不同耕作措施对雨养冬小麦碳足迹的影响

为了解不同耕作管理措施对我国北方旱作农田作物生产生命周期内生产资料及生产过程碳排放足迹的影响,在山西省临汾市尧都区连续15年保护性耕作长期定位试验基地,利用静态箱-气相色谱法连续两年测定了不同秸秆管理和耕作措施(秸秆不还田旋耕、秸秆还田旋耕、秸秆覆盖免耕)下,旱作冬小麦田N_2O周年排放通量,并对不同耕作管理措施的生产资料和生产过程中的碳排放进行全面分析与计算,以估算不同耕作措施的碳足迹。结果表明:1)秸秆覆盖免耕和秸秆不还田旋耕条件下旱作冬小麦田N_2O年度累积排放量较秸秆还田旋耕分别平均减少19.2%和18.9%;2)旱作冬小麦在秸秆覆盖免耕条件下产量最高;3)旱作农田碳足迹中氮肥生产、农田N_2O直接排放和柴油消耗排放占到总排放足迹的90%以上;4)秸秆覆盖免耕较其他耕作方式的碳足迹低,两年试验期间,较秸秆还田旋耕处理碳足迹分别低11.0%和6.9%,较秸秆不还田旋耕处理碳足迹分别低7.9%和8.3%。5)在半干旱地区,秸秆覆盖免耕处理单位产量碳足迹最低,是本研究中低碳低排的推荐措施。本研究结果可为旱作农田以低碳减排为目标的可持续发展提供科学依据。     

鄱阳湖南矶山湿地不同植被类型对土壤碳组分、羧化酶及cbbl基因的影响

选取鄱阳湖南矶山湿地南荻群落(ND)、芦苇苔草混合群落(HH)、苔草群落(TC)、茭白群落(JB)及裸滩地(LT)土壤为研究对象,分析土壤中不同碳组分、固碳酶(1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(RubisCO)酶活及其大亚基编码基因(cbbl)及环境因子对它们的影响。结果表明:土壤中全碳(TC)、有机碳(SOC)、微生物生物量碳(MBC)和可溶性有机碳(DOC)依次为6 380~33 830、1 209~2 259、124.6~1 282、2.848~18.00 mg kg~(-1),其平均值变化表现为NDHHTCJB;土壤中RubisCO酶活性在38.08~125.1 nmol CO_2 kg~(-1) min~(-1)之间,ND土壤RubisCO酶活性最高(125.1 nmol CO_2 kg~(-1) min~(-1)),TC最低(38.08 nmol CO_2 kg~(-1) min~(-1));HH与JB的RubisCO酶活性分别为38.85、66.05 nmol CO_2 kg~(-1) min~(-1)。土壤cbbl基因总拷贝数在36.07×10~4~195.6×10~4 copies g~(-1)之间,ND最高,JB最低。相关性分析表明,MBC和DOC与cbbl基因均呈极显著正相关(p0.01),而TC、SOC分别与RubisCO酶活性呈显著正相关关系(p0.05)。本研究结果说明,固碳酶及cbbl基因与各碳组分具有密切的关系,这对于进一步揭示鄱阳湖湿地土壤碳素循环及其微生物机制具有重要的参考意义。     

岩溶区不同土地利用方式对土壤有机碳碳库及周转时间的影响

通过土壤样品的室内培养,运用三库一级动力学理论,分析桂林毛村典型岩溶区旱地、灌丛、果园、林地4种不同土地利用类型下石灰土有机碳库容大小、各碳库平均周转时间及其影响因素。结果表明:4种土地利用类型土壤有机碳含量分别为15.41～20.10g/kg,13.07～31.16g/kg,9.38～14.74g/kg,30.82～37.52g/kg。活性有机碳占总有机碳的比例最小,分别为0.61%～0.93%,0.95%～1.24%,0.77%～1.00%,1.49%～1.66%。缓效性有机碳库分别占总有机碳含量的21.13%～30.18%,13.58%～23.46%,29.54%～46.58%,30.39%～33.84%。平均周转时间分别为7,8,7,12年。惰性有机碳占总有机碳的比例最高,分别为69.18%～78.26%,75.27%～85.47%,56.63%～69.70%,64.64%～68.12%。延长缓效性碳库驻留时间在一定程度上是提高土壤有机碳库的关键因素。相关分析表明,土壤有机碳总量、土壤碳酸钙含量、总钙量、土壤pH值、全氮含量、C/N与土壤有机碳各库库容及周转时间存在显著的正相关,腐殖质含量与土壤有机碳库及周转时间呈极显著正相关,土壤过氧化氢酶及脲酶活性显著影响土壤有机碳库含量及周转时间。     

川西亚高山云杉人工林恢复过程中土壤有机碳矿化研究

研究了川西亚高山云杉(Picea asperata Mast.)人工林不同阶段(22、47、65年)及原始林表层(0～30cm)土壤有机碳的矿化,并用两室模型对实验数据进行了回归。结果表明,不同恢复阶段云杉人工林各层土壤(0～10、10～20、20～30cm)有机碳64天累积释放的CO2-C显著大于原始林。两室模型模拟土壤有机碳矿化过程得出土壤活性有机碳(AC)含量及其占总有机碳含量的比例均大于原始林,表明原始林转化为云杉人工林后,土壤有机碳稳定性降低。此外,本文分析了凋落物、微生物、土壤理化性质等因素对云杉人工林土壤有机碳矿化的可能影响。     

黑龙江省大庆地区植被和土壤碳氮储量的最新估算

利用1978年MSS多光谱数据、2008年中国资源卫星数据和野外实验数据,对黑龙江省土壤退化典型地区大庆地区的植被和土壤碳氮储量进行了估算。结果表明:大庆地区的植被平均碳密度1978年为0.58 kgm-2,2008年为0.67 kgm-2;土壤平均碳氮密度分别为(8.18±1.65)kgm-3和(0.37±0.11)kgm-3,土地覆被平均土壤碳氮密度分别为(7.53±2.16)kgm-3和(0.33±0.16)kgm-3。1978和2008年植被碳储量分别为9.38×106 t和1.04×107 t,30年期间植被碳储量增加了1.02×106 t;全区土壤总碳量为(1.65±0.33)×108 t,总氮量为(7.55±2.15)×106 t;全区土地覆被土壤总碳量为(1.52±0.44)×108 t,总氮量为(6.74±3.32)×106t。大庆地区的植被和土壤平均碳密度都低于中国的平均水平,应加强土地保护,防止土壤的进一步退化。     

Short-term biochar-induced increase in soil CO2 release is both biotically and abiotically mediated

The application of biochar to soil has been shown to cause an apparent increase in soil respiration. In this study we investigated the mechanistic basis of this response. We hypothesized that increased CO₂ efflux could occur by: (1) Biochar-induced changes in soil physical properties (bulk density, porosity, moisture content); (2) The biological breakdown of organic carbon (C) released from the biochar; (3) The abiotic release of inorganic C contained in the biochar; (4) A biochar-induced stimulation of decomposition of native soil organic matter (SOM) which could occur both biotically or abiotically; (5) The intrinsic biological activity of the biochar results in the liberation of CO₂. Our results show that most of the extra CO₂ produced after biochar addition to soil came from the equal breakdown of organic C and the release of inorganic C contained in the biochar. Using long-term ¹⁴C-labelled SOM, we show that biochar repressed native SOM breakdown, counteracting the release of CO₂ from the biochar. A range of mechanisms to describe this negative priming response is presented. Although biochar-induced significant changes in the physical characteristics of the soil, overall this made no contribution to changes in soil respiration. Similarly, the evidence from our study suggests that changes in soluble polyphenols do not help explain the respiration response. In summary, biochar induced a net release of CO₂ from the soil; however, this C loss was very small relative to the amount of C stored within the biochar itself (ca. 0.1%). This short-term C release should therefore not compromise its ability to contribute to long-term C sequestration in soil environments.     

长期施肥对西南黄壤碳氮磷生态化学计量学特征的影响

为了解长期不同施肥措施下黄壤碳、氮、磷生态化学计量学特征,研究以贵州黄壤长期定位试验2003~2013共11年土样为研究对象,测定分析土壤碳、氮、磷养分及生态化学计量指标变化特征,旨为黄壤培肥、增加土壤碳汇提供重要理论依据。结果表明:(1)长期不同施肥措施下,有机碳、全氮、全磷含量变化较一致,均以有机肥处理较高,且随有机肥施用量增加而增加;(2)不同处理土壤C/N、C/P、N/P比变化范围为13.49~15.58、13.72~17.86、0.99~1.28,通过各处理变异系数和碳、氮、磷两两相关分析可知,黄壤C/N比较稳定,碳氮变化一致,而C/P、N/P比变化较大;(3)C/N、C/P比与有机碳呈极显著正相关关系,N/P比与全氮呈极显著正相关关系,但相关系数各不同;(4)与中国和世界土壤C/N/P比平均水平相比,黄壤碳、氮、磷比例失衡。     

不同耕作措施对黑土碳排放和活性碳库的影响

农田耕地土壤碳的动态变化是陆地生态系统碳循环的研究热点,明确人为干预下土壤碳固定及排放的主导途径和因素,可以为制定农田固碳减排管理措施提供理论基础。为探究不同耕作措施下农田土壤碳循环特征,在东北典型黑土区黑龙江省青冈县设置不同耕作措施和秸秆还田方式的玉米种植田间试验,包括深松25 cm(T1),深松25 cm+秸秆粉碎还田(T2),深松35 cm(T3),深松35 cm+秸秆粉碎还田(T4),深松35 cm+秸秆粉碎覆盖还田(T5);对5种处理下土壤呼吸速率及碳累积排放量、土壤活性有机碳库组分和作物产量进行了分析。结果表明,秸秆粉碎还田显著增加了土壤碳排放,并且秸秆粉碎翻埋还田在增加土壤有机碳库和提高作物产量方面的效果优于秸秆粉碎覆盖还田。     

碳源和巨大芽孢杆菌添加对土壤微生物环境及N2O、CH4排放的影响

2014年9-10月设计小麦盆栽试验,设置常规施氮处理（CK）、氮肥添加葡萄糖（G）、氮肥添加葡萄糖和巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium,GY）、氮肥添加秸秆（S）、氮肥添加秸秆和巨大芽孢杆菌（SY）5种处理,通过观测小麦苗期温室气体排放、土壤碳氮环境以及微生物菌群等变化,以分析研究不同碳源和巨大芽孢杆菌对土壤温室气体排放和微生物的影响。结果表明：（1）在施氮的同时增施葡萄糖（G）以及葡萄糖和巨大芽孢杆菌处理（GY）,对土壤微生物碳含量变化影响不显著,但降低土壤观测物种数与物种多样性;明显抑制硝态氮和铵态氮的增加,继而抑制N2O排放量的增加,同时促进了旱地土壤对CH4的吸收。（2）若用秸秆代替葡萄糖,在施氮的同时增施秸秆（S）,显著减少小麦苗期土壤硝态氮含量,但对N2O排放影响不显著。与秸秆相比,葡萄糖能快速提供有机碳,作为碳源更能体现巨大芽孢杆菌改善土壤微生物菌群、减少硝态氮生成及N2O气体排放的效果。     

Design and Validation of an Assay for Isotope Ratio Mass Spectrometry Analysis of Biologically Relevant Dissolved and Heat-Extracted Organic Carbon with Neutral Potassium Phosphate Buffer

Labile soil dissolved organic carbon (DOC) and heat-extracted carbon (HEC) are sensitive indicators of changing soil organic carbon (SOC) stocks. Isotope ratio mass spectrometry (IRMS) is an important tool for studying SOC turnover and soil biological function. Several complications are involved in measuring DOC/HEC, for example salt ionic strength; solution pH; and anionic damage to elemental analyzer-IRMS. We evaluated a method for DOC/HEC analysis with 0.1 M potassium phosphate buffer (PPB). This method was strongly correlated with commonly used carbon (C) extractants for C quantification. Carbon-13 comparisons between DOC/HEC extracted with Milli-Q water and PPB were similar. The δ¹³C (‰) values of particulate OC and DOC were similar, whereas the relationship between humic OC and HEC was soil specific. An incubation experiment demonstrated that DOC/HEC δ¹³C (‰) successfully explained respired microbial carbon dioxide over 90 days. We conclude that this method represents an alternative for DOC/HEC quantification and δ¹³C (‰) analyses.