不同化学性质叶凋落物添加对土壤有机碳矿化及激发效应的影响

凋落物输入可显著影响土壤有机碳(SOC)矿化速率,但添加不同化学性质叶凋落物对土壤有机碳矿化释放CO₂及激发效应的影响及其机理仍不清楚。本研究将亚热带6种树种¹³C标记的叶凋落物添加至天然次生林0～10 cm原位土柱中,比较不同树种叶凋落物添加对土壤总CO₂、外源凋落物和土壤来源CO₂释放速率和累积量以及激发效应的影响,并量化叶凋落物化学性质与土壤CO₂释放累积量、激发效应的相关关系。结果表明: 添加叶凋落物能够显著提高土壤总CO₂和土壤来源CO₂释放量,存在显著正激发效应,激发效应值为68%～128%。不同树种叶凋落物添加对土壤有机碳矿化和激发效应的影响存在显著差异。Pearson相关分析和逐步多元线性回归分析发现,凋落物来源CO₂释放累积量与叶凋落物C、P和纤维素含量呈显著负相关,而土壤来源CO₂释放量与叶凋落物C:N和木质素:N呈显著正相关。综上,不同化学性质的叶凋落物对土壤有机碳矿化和激发效应的影响存在异质性,在亚热带地区森林类型转变过程中营造具有高质量叶凋落物的人工林将有助于减少森林土壤碳损失。     

黄河三角洲典型滨海盐沼湿地土壤CO2和CH4排放对水盐变化的响应

滨海盐沼湿地是重要的“蓝碳”碳汇,研究水盐变化对土壤碳矿化(CO₂和CH₄排放)的影响,对理解滨海盐沼湿地的碳汇稳定机制具有重要意义。该研究选取黄河三角洲典型盐沼湿地土壤为研究对象,通过水盐梯度模拟实验,研究土壤碳矿化、理化性质、微生物生物量及群落结构对不同土壤水分和盐分含量的响应。主要结果:(1)水盐变化对土壤CO₂、CH₄排放量以及CH₄:CO₂的影响均不存在交互作用,CO₂排放量随土壤含水量增加呈先升后降的单峰型变化趋势,盐分含量升高则显著抑制CO₂排放;水分含量升高对CH₄排放具有显著促进作用,盐分升高则显著抑制CH₄排放。(2)水盐变化对土壤可溶性有机碳(DOC)含量具有弱交互作用,在低水分处理下,DOC随着土壤盐分的增加呈减少趋势,但在高水分处理下呈增加趋势;CO₂排放与DOC含量呈显著正相关关系,而CH₄排放与D...     

稻田土壤有机碳矿化及其激发效应对磷添加的响应

采用室内模拟培养和¹³C同位素标记技术相结合的研究方法,探讨了在葡萄糖与无机氮肥共施的条件下,土壤有机碳矿化及其激发效应对外源磷添加的响应,以揭示土壤有机碳矿化的碳磷耦合调控机制.结果表明:外源磷的输入加快了CO_2的释放,但抑制了CH_4的释放;在整个土壤淹水培养期间,磷添加抑制了土壤碳矿化释放CH_4总量的53.1%,其中外源葡萄糖-¹³C矿化成¹³CH_4的总量降低了70.5%;磷添加促使通过微生物转化的葡萄糖-¹³C向易利用态碳库的分配比例增加了3.6%,显著提高土壤有机碳快库矿化速率,缩短土壤碳矿化周期.土壤培养前期,外源有机质的添加表现为短暂的负激发效应;随着葡萄糖不断矿化分解,CO_2累积激发效应(PE_{CO_2})总体上呈现先增加后下降的趋势,而CH_4累积激发效应(PE_{CH_4})稳步增加最终保持基本稳定状态;培养结束时(100 d),在磷添加条件下,PE_{CO_2}增强32.3%,PE_{CH_4}显著降低93.4%.冗余分析和Pearson分析表明,电导率、氧化还原电位和溶解有机碳对稻田土壤碳矿化的影响最为显著;速效磷与¹³CH_4、PE_{CH_4}呈极显著负相关.在外源有机质添加条件下,磷的添加能够抑制CH_4排放及其激发效应,促进土壤有机质的矿化和养分释放,提高土壤原有有机碳的可利用性,促进稻田土壤有机碳循环.     

红壤和风沙土添加不同化学结构有机碳对外源碳去向及累积贡献的影响

植物凋落物碳输入显著影响陆地生态系统土壤CO₂排放和有机碳(SOC)形成,然而,针对不同质地土壤添加不同化学结构外源碳去向依然不清楚。本研究将¹³C标记的葡萄糖、淀粉和纤维素添加至红壤和风沙土,比较2种质地土壤添加不同化学结构外源碳在土壤释放的CO₂、SOC、可溶性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)库的净累积量、回收率及贡献比例上的差异。结果表明: 添加外源有机碳显著提高了CO₂、SOC、DOC和MBC的δ¹³C值,且随着外源有机碳化学结构复杂性的增加,CO₂的δ¹³C峰值依次延迟出现;外源有机碳种类、土壤类型和培养时间均显著改变外源碳去向及其在各碳库的贡献比例;在风沙土中,外源有机碳更多被矿化为CO₂,且CO₂库的外源碳净累积量和回收率大小依次为葡萄糖>淀粉>纤维素;红壤添加外源碳转变为SOC的累积量和回收率显著高于风沙土,且红壤SOC库的外源碳净累积量和回收率大小顺序也为葡萄糖>淀粉>纤维素。可见,外源有机碳化学结构和土壤质地共同调控外源碳去向及累积贡献。     

祁连山中部四种典型生态系统土壤有机碳矿化及其影响因素

以正交试验培养土壤探讨了祁连山4种典型生态系统土壤有机碳矿化及其与温湿度的关系。结果表明:温度对土壤有机碳累积矿化量及其比例影响显著(P<0.05)。就土壤有机碳累积矿化量,35℃和25℃比5℃下高(P<0.05);土壤培养14d,10%含水量下为最低,山地森林土壤比荒漠草原和干草原高,高寒草甸比荒漠草原高(P<0.05)。就土壤有机碳矿化比例,35℃和25℃比5℃下高,35℃比15℃下高(P<0.05);荒漠草原和干草原比山地森林和高寒草甸低(P<0.05)。土壤有机碳矿化速率及其比例随培养时间延长而递减。温度和生态系统类型对土壤有机碳矿化速率及比例影响显著(P<0.05)。就土壤有机碳矿化速率,25℃和35℃比5℃下高(P<0.05);土壤培养0～4d和6～10d,10%含水量下最低,高寒草甸和山地森林比荒漠草原高(P<0.05)。就土壤有机碳矿化速率比例,25℃和35℃比5℃下高,35℃比15℃下高;山地森林和高寒草甸比荒漠草原和干草原中高(P<0.05)。一阶动态方程拟合土壤有机碳矿化动态效果较好(R2>0.95)。表明祁连山4种典型生态系统土壤有机碳分解受温度变化影响较大。     

蒙古栎叶片及其土壤碳、氮同位素自然丰度对大气CO2浓度升高的响应

大气CO₂浓度升高对土壤氮素转化过程产生重要影响,研究其变化有助于更好地预测陆地生态系统的固碳潜力.氮同位素自然丰度作为生态系统氮素循环过程的综合指标能够有效地指示CO₂浓度升高对土壤氮素转化过程的影响.本研究采用开顶箱CO₂ 熏蒸法研究连续10年的大气CO₂ 浓度升高对我国东北地区蒙古栎及其土壤和微生物生物量碳、氮同位素自然丰度的影响.结果表明: 大气CO₂浓度升高改变了土壤氮循环过程,增加了土壤微生物和植物叶片δ¹⁵N;促进了富¹³C土壤有机碳分解,中和了贫¹³C植物光合碳输入的效果,导致土壤可溶性有机碳和微生物碳δ¹³C在CO₂升高条件下没有发生显著变化.这些结果表明,CO₂浓度升高很可能促进了土壤有机质矿化过程,并加剧了系统氮限制的状态.     

蒙古栎叶片及其土壤碳、氮同位素自然丰度对大气CO2浓度升高的响应

大气CO₂浓度升高对土壤氮素转化过程产生重要影响,研究其变化有助于更好地预测陆地生态系统的固碳潜力.氮同位素自然丰度作为生态系统氮素循环过程的综合指标能够有效地指示CO₂浓度升高对土壤氮素转化过程的影响.本研究采用开顶箱CO₂ 熏蒸法研究连续10年的大气CO₂ 浓度升高对我国东北地区蒙古栎及其土壤和微生物生物量碳、氮同位素自然丰度的影响.结果表明: 大气CO₂浓度升高改变了土壤氮循环过程,增加了土壤微生物和植物叶片δ¹⁵N;促进了富¹³C土壤有机碳分解,中和了贫¹³C植物光合碳输入的效果,导致土壤可溶性有机碳和微生物碳δ¹³C在CO₂升高条件下没有发生显著变化.这些结果表明,CO₂浓度升高很可能促进了土壤有机质矿化过程,并加剧了系统氮限制的状态.     

不同培养温度下严重侵蚀红壤的有机碳矿化特征

研究侵蚀土壤有机质矿化及其温度敏感性(Q₁₀)对深入认识水土流失地区土壤有机碳动态变化具有重要意义。该文以福建省长汀县河田镇严重侵蚀区的裸露红壤为研究对象, 通过测定不同培养温度(10 ℃、20 ℃和30 ℃)下的土壤有机碳矿化速率、培养过程中微生物生物量碳(MBC)和可溶性有机碳(DOC)含量的变化, 探讨了温度对严重侵蚀红壤有机碳矿化特征的影响及其Q₁₀。结果表明: 温度对严重侵蚀红壤有机碳矿化具有显著影响, 温度越高土壤有机碳矿化速率和矿化率越高; 培养过程中土壤有机碳累积矿化量与MBC显著正相关, 与DOC极显著负相关, 说明微生物生物量和可利用碳含量显著影响土壤有机碳的矿化。尽管严重侵蚀红壤有机碳含量仅为1.54 g·kg^-1, 但培养180天的土壤有机碳的累积矿化率高达22.2%-33.3%, 表明侵蚀红壤有机碳容易被矿化。严重侵蚀红壤在10-20 ℃时的Q₁₀值为1.41, 20-30 ℃时Q₁₀值下降到1.06, 土壤有机碳质量低是导致Q₁₀值较低的重要原因, 而严重侵蚀区的红壤长期裸露使微生物对高温产生适应性是高温时Q₁₀值接近1的重要原因。因此, 在未来气候变暖的趋势下, 恢复植被覆盖对减少严重侵蚀红壤有机碳矿化损失具有重要意义。     

施用竹叶生物质炭对板栗林土壤CO2通量和活性有机碳库的影响

于2012年7月—2013年7月,在浙江省临安市典型板栗林样地采用静态箱-气相色谱法测定了施用竹叶生物质炭后板栗林土壤CO₂排放速率及土壤温度、含水量、水溶性有机碳(WSOC)和微生物生物量碳(MBC)含量变化.结果表明： 板栗林土壤CO₂排放通量呈现显著的季节性变化特征.在试验的第1个月中,生物质炭处理土壤CO₂排放通量显著高于对照(无生物质炭),但之后无显著差异;生物质炭处理的土壤CO₂通量年均值和年累积排放量与对照相比无显著差异.生物质炭处理土壤MBC含量年均值(362 mg·kg^-1)显著高于对照(322 mg·kg^-1),而土壤WSOC年均值无显著差异.土壤CO₂排放通量与不同土层土壤温度之间均具有显著相关性;生物质炭处理的土壤呼吸温度敏感系数Q₁₀值显著高于对照;土壤CO₂排放通量与WSOC含量之间具有显著相关性,而与土壤含水量和MBC含量均无显著相关性.综上所述,施用竹叶生物质炭对板栗林土壤CO₂年累积排放量无显著影响,但增加了土壤Q₁₀值;土壤温度和WSOC含量是影响板栗林土壤CO₂排放的主要因素.     

施用竹叶生物质炭对板栗林土壤CO2通量和活性有机碳库的影响

于2012年7月—2013年7月,在浙江省临安市典型板栗林样地采用静态箱-气相色谱法测定了施用竹叶生物质炭后板栗林土壤CO₂排放速率及土壤温度、含水量、水溶性有机碳(WSOC)和微生物生物量碳(MBC)含量变化.结果表明： 板栗林土壤CO₂排放通量呈现显著的季节性变化特征.在试验的第1个月中,生物质炭处理土壤CO₂排放通量显著高于对照(无生物质炭),但之后无显著差异;生物质炭处理的土壤CO₂通量年均值和年累积排放量与对照相比无显著差异.生物质炭处理土壤MBC含量年均值(362 mg·kg^-1)显著高于对照(322 mg·kg^-1),而土壤WSOC年均值无显著差异.土壤CO₂排放通量与不同土层土壤温度之间均具有显著相关性;生物质炭处理的土壤呼吸温度敏感系数Q₁₀值显著高于对照;土壤CO₂排放通量与WSOC含量之间具有显著相关性,而与土壤含水量和MBC含量均无显著相关性.综上所述,施用竹叶生物质炭对板栗林土壤CO₂年累积排放量无显著影响,但增加了土壤Q₁₀值;土壤温度和WSOC含量是影响板栗林土壤CO₂排放的主要因素.     

武夷山低海拔和高海拔森林土壤有机碳的矿化特征

研究不同海拔土壤有机碳矿化对深入认识不同海拔森林土壤有机碳动态变化具有重要意义.本文以武夷山低海拔和高海拔森林土壤为研究对象,通过室内模拟其在各自年平均气温(17、9℃)条件下的矿化培养试验,探讨土壤有机碳矿化特征的差异.结果表明:培养126 d后,尽管高海拔森林土壤的有机碳含量显著高于低海拔森林土壤,但低海拔和高海拔森林土壤在各自环境温度背景下的有机碳累积矿化量并无显著差异.一级动力学方程均能较好地模拟高低海拔森林土壤有机碳矿化特征,高海拔和低海拔森林土壤有机碳潜在矿化量(CP)和矿化速率常数均无显著差异,但低海拔土壤C_P/SOC值和矿化率显著高于高海拔土壤,表明在环境温度背景下,低海拔土壤固碳能力低于高海拔土壤.随着培养时间增加,高海拔土壤微生物生物量碳和微生物熵显著高于低海拔土壤,表明高海拔土壤微生物的碳同化量高于低海拔土壤微生物,有利于有机碳的积累.高海拔森林土壤中的β-葡萄糖甘酶和纤维素水解酶高于低海拔森林土壤,说明高海拔土壤微生物可能更多地分解活性碳.未来气候变暖可能暗示着会降低高海拔土壤有机碳固碳能力和微生物碳利用效率,从而导致土壤有机碳储量下降.     

易分解有机碳输入量对武夷山常绿阔叶林不同土层深度土壤激发效应的影响

土壤有机碳(SOC)的矿化在碳、氮循环过程中起着极为重要的作用。易分解有机碳的输入可以通过正(负)激发效应加快(减缓)原有SOC的矿化。然而,先前的研究更多关注易分解有机碳输入量对表层(0~20 cm)土壤激发效应的影响,而较少关注其对深层(>20 cm)土壤激发效应的影响。本研究利用¹³C标记葡萄糖(99 atom%)添加试验,研究葡萄糖添加量对武夷山常绿阔叶林表层(0~20 cm)和深层(30~40 cm)土壤激发效应的影响,并通过分析微生物群落组成的变化以及土壤可利用氮含量的变化探讨土壤激发效应产生的机理。结果表明:葡萄糖的添加抑制了表层和深层SOC的矿化(P<0.05),使SOC的矿化量分别减少了26%~61%与62%~68%,呈现负的激发效应,但激发强度因葡萄糖添加量和土层深度而异。对于表层土壤,激发强度随着葡萄糖添加量的增加而增加;而对于深层土壤,激发强度对葡萄糖添加量的响应并不敏感。而且,葡萄糖的添加并未显著影响表层和深层土壤的微生物量碳氮含量和微生物群落组成(总磷脂脂肪酸含量;细菌、真菌、放线菌磷脂脂肪酸含量以及细菌真菌比)(P>0.05)。土壤激发强度并非取决于土壤微生物群落组成,而是取决于土壤中可利用氮的含量,其可以分别解释表层和深层土壤激发效应变化的90.8%与63.4%。虽然葡萄糖的添加降低了土壤可利用氮的含量,但并未造成土壤氮的固持,这表明土壤现有可利用氮仍能够满足微生物对氮的需求。因此,在土壤矿质养分充足的情况下,微生物对外源易分解有机物的优先利用可能是负激发效应产生的主要原因。     

氮肥减量配施生物炭对黄壤稻田土壤有机碳活性组分和矿化的影响

化肥减施增效有助于农业的可持续发展。本研究用等氮量生物炭替代化肥氮,设置0、10%、20%、30%、40%(CK,T₁～T₄) 5个替代比例,在水稻收获后采集土壤样品进行室内分析,研究氮肥减量配施生物炭对黄壤稻田土壤有机碳活性组分和矿化的影响。结果表明: 氮肥减量配施生物炭均可显著提高土壤有机碳(SOC)含量,且与生物炭配施量呈正比。氮肥减施20%条件下,土壤微生物生物量碳(MBC)和易氧化碳(ROC)含量均最高,分别为293.68和250.00 mg·kg^-1,土壤可溶性碳(DOC)含量最低。SOC矿化速率在培养的第3天达到最高,前期(第3~6天)迅速下降,中期(第6~18天)缓慢下降,后期(第18~30天)趋于稳定,矿化速率随时间的动态变化符合对数函数;SOC累积矿化量和累积矿化率分别为0.66～0.86 g·kg^-1和2.9%～4.0%,均以T₂处理最低。稻谷产量随氮肥减施比例的增加呈先增加后下降趋势,T₂处理最高,比CK显著增加了13.4%。本试验条件下,化学氮肥减量20%配施适量生物炭(5 t·hm^-2)可有效提高SOC、MBC、ROC含量和水稻产量,降低SOC累积矿化量和累积矿化率,增强土壤固碳能力,是贵州黄壤稻田土壤固碳培肥的较好选择。     

表层和下层免耕黑土有机碳矿化速率及激发效应

激发效应是调控土壤有机质分解的重要机制之一,而土层与激发效应的关系还不清晰.本研究通过室内培养试验,采用¹³C葡萄糖标记和动态碱液吸收的方法,探究免耕农田黑土表层土壤(0～10 cm)和下层土壤(30～40 cm)有机碳矿化速率及其激发效应.结果表明: 表层与下层土壤以单位有机碳表示的矿化速率并未发现显著差异.添加葡萄糖使表层土壤原有机质分解加快36.7%(正激发),但使下层土壤原有机质分解减慢12.4%(负激发).在整个培养期间(30 d),表层和下层土壤的累积激发碳量分别为3.14和-1.24 mg C·g^-1 SOC,但由于新碳(葡萄糖)的补偿作用,即使在产生显著正激发的表层土壤中,仍表现为有机碳净积累.说明外源碳输入使不同土层土壤有机质分解的幅度甚至方向产生明显差别.这为今后免耕和秸秆还田等保护性耕作措施的实践提供了重要的理论基础.     

若尔盖湿地高寒草甸退化过程中土壤有机碳含量变化及成因分析

土壤碳输入与输出之间的收支差决定土壤有机碳(SOC)含量。若尔盖湿地高寒草甸退化过程中, 土壤碳输入和输出哪个过程对SOC含量的影响占主导作用还不明确。该研究用空间序列代替时间序列的方法研究了若尔盖湿地高寒草甸不同退化阶段(高寒草甸(AM)、轻度退化高寒草甸(SD)和重度退化高寒草甸(HD)) SOC含量变化及原因。首先, 通过测定高寒草甸退化阶段上主要的土壤理化性状、微生物生物量、植物生物量和功能群组成的变化, 分析了退化阶段上土壤碳输入量的变化及原因; 其次, 结合室内土壤碳矿化培养实验结果和研究区的月平均气温以及土壤呼吸温度敏感性(Q₁₀)估算了该区域土壤碳输出, 并分析了其变化原因; 最后, 分析了造成SOC含量变化的主要原因和过程。结果表明: 在退化梯度上, 土壤含水量(SWC)、SOC和全氮(TN)含量、微生物生物量碳氮含量降低; 植物群落组成逐渐从莎草科、禾本科占优势过渡到杂类草占优势, 且植物生物量降低; SOC矿化量降低; 有机碳潜在积累量降低(与AM阶段相比, SD和HD阶段有机碳潜在输入量、输出量和积累量分别降低了16%、18%、15%和59%、63%、41%)。SWC降低引起土壤容重、SOC含量、TN含量、全磷含量、C:N的改变, 进而导致植物功能群分布模式和土壤微生物的变化, 最终引起SOC输入和输出量的降低。SWC降低导致的植物碳潜在输入量的降低是若尔盖湿地高寒草甸退化过程中SOC含量下降的主要原因。     

大气CO2浓度升高对不同层次水稻土有机碳稳定性的影响

研究大气CO₂浓度升高对不同层次土壤有机碳(SOC)稳定性的影响对深入理解高浓度CO₂下SOC转化具有重要意义.以FACE(Free Air Carbon-dioxide Enrichment)平台长期定位试验水稻土为研究对象,通过SOC物理分级及矿化培养试验,研究大气CO₂浓度升高对稻田SOC含量、颗粒有机质(POM)含量、SOC矿化强度和酶活性变化的影响,探讨CO₂浓度升高对不同层次稻田SOC稳定性的影响.结果表明:大气CO₂浓度升高对表层SOC含量无显著影响,但使表层土壤POM-C显著增加了93.7%,同时使表层土壤蔗糖酶和多酚氧化酶活性分别提高了61.1%和83.7%,从而降低了表层SOC稳定性;大气CO₂浓度升高对深层SOC含量及其稳定性均无显著影响.研究结果将有助于评估土壤固定和储备碳的能力,为今后温室效应下农田管理提供科学依据.     

长白山苔原带土壤碳、氮矿化对氮沉降的响应

高山苔原生态系统的土壤无机氮含量较低,对氮的缓冲性弱而易受外源氮输入的影响.本研究以长白山北坡苔原带土壤为研究对象,通过室内培养试验,以NH₄NO₃为外加氮源,设置3个施氮水平:对照(CK,0 kg·hm^-2),低氮(N₁,25 kg·hm^-2),高氮(N₂,50 kg·hm^-2),分析长白山苔原带土壤碳、氮矿化对氮沉降的响应.结果表明: 氮添加处理对长白山苔原带土壤碳矿化速率影响不显著,但对土壤碳矿化累积矿化量影响显著,N₂抑制了土壤的碳矿化作用.培养40 d后,氮添加处理提高了土壤无机氮含量;而培养80 d后,N₂与N₁的无机氮含量差异不显著,但都明显高于CK,氮输入促进了土壤氮的矿化.培养过程中,N₁处理下的微生物生物量碳、氮高于N₂和CK处理,说明低氮输入对土壤微生物活性的促进作用更明显.在未来氮沉降增加的背景下,长白山苔原土壤碳、氮周转可能加快,提高土壤无机氮含量.土壤中无机氮含量增加,虽然可以为植物生长提供更多生长所需的氮素,但也提高了土壤氮素的流失风险.