亚热带杉木林土壤有机碳及其活性组分对氮磷添加的响应

通过野外氮、磷添加,分析N₀(0 kg N·hm^-2·a^-1)、N₁(50 kg N·hm^-2·a^-1)、N₂(100 kg N·hm^-2·a^-1)、P(50 kg P·hm^-2·a^-1)、N₁P和N₂P等6种处理3年后对亚热带杉木人工林土壤有机碳(SOC)、颗粒有机碳(POC)和水溶性有机碳(WSOC)的影响.结果表明:氮、磷添加对0～20 cm土层SOC含量无显著影响.磷添加显著降低0～5 cm土层POC含量,与无磷处理相比,加磷处理POC含量降低26.1%.WSOC含量对氮、磷添加的响应主要表现在0～5 cm土层,低水平氮添加和磷添加显著提高WSOC含量.在0～5 cm土层,氮添加对POC/SOC值无显著影响,而与无磷添加相比,POC/SOC值在磷添加处理下显著降低15.9%.在5～10和10～20 cm土层,氮、磷添加处理对POC/SOC值无显著影响.在亚热带地区,森林土壤碳稳定性主要受磷含量的调控,短期磷添加易导致表层土壤活性有机碳分解,增加土壤碳稳定性.     

猪粪配施化肥对稻-麦轮作系统籽粒产量和氮素利用率的影响

通过大田试验,以水稻(品种‘F优498’)-小麦(品种‘内麦863’)轮作体系为研究对象,根据成都平原稻麦种植体系常规施氮水平,设7个不同猪粪施用处理:对照(CK,无化学氮肥,无猪粪)、常规化肥(T₁,无猪粪)、化肥减量25%+猪粪2500 kg·hm^-2(T₂)、化肥减量50%+猪粪5000 kg·hm^-2(T₃)、猪粪10000 kg·hm^-2(T₄)、猪粪15000 kg·hm^-2(T₅)和猪粪20000 kg·hm^-2(T₆),研究添加猪粪对稻麦干物质、氮素积累及分配特征、籽粒产量和氮素利用率等的影响.结果表明: 猪粪配施化肥对稻麦各生育期干物质积累均有促进作用,稻麦成熟期作物地上部干物质积累量均以高量猪粪施用处理(T₆)最高,但其干物质积累及氮素分配向茎叶富集,且籽粒干物质积累及氮积累分配率显著低于T₂处理;随着配施猪粪用量的增加,稻麦氮肥偏生产力、氮肥农学利用率、籽粒产量均呈现先增加后减少趋势,其中水稻季以T₃处理最优,较常规化肥处理提高11.4%、55.4%、11.4%,小麦季则以T₂处理最优,较常规化肥处理提高14.0%、29.1%、14.0%.本试验条件下,2500～5000 kg·hm^-2猪粪+化肥减量25%～50%处理,有利于促进稻麦干物质积累、氮素向籽粒运移,达到增产及提高氮素利用率的效果,超量施用猪粪(15000～20000 kg·hm^-2)后,土壤氮素供应过量,干物质向经济器官运移受阻,氮素向茎秆富集,贪青晚熟现象严重,稻麦籽粒产量显著下降.     

南方双季稻田稻草还田的碳汇效应

利用长期稻草还田定位试验和短期不同稻草还田模式试验,研究稻草还田对南方双季稻田土壤固碳、甲烷排放和综合碳汇的影响.结果表明： 稻草还田能增加土壤有机碳,长期还田的耕层土壤碳汇年增长率为0.07 t C·hm^-2·a^-1,土壤有机碳的表观转化率随着稻草还田量的增加而减少.稻草还田导致稻田甲烷排放量显著增加,其中,NPK添加稻草（NPK+RS）处理早、晚稻期间甲烷排放通量比仅施NPK分别增加了75.0%和251.5%（P<0.01）.稻田甲烷排放随着稻草还田量的增加而增加,在水稻产量和耕作方式相近的条件下,稻草（茬）的甲烷表观转化率接近.综合土壤固碳和甲烷排放的稻田净碳汇,NPK+RS处理负碳汇效应显著,基本与其水稻生物固碳接近,比稻草不还田处理（NPK）增加158.3%;不同还田模式中,稻草覆盖免耕处理能显著减少甲烷排放,其净碳汇（负值）比高桩翻耕处理减少50.9%,有利于水稻高产稳产.     

长期施用化肥、猪粪和稻草对红壤水稻土化学和生物化学性质的影响

2005年和2007年分别从望城县已建立27年的肥力定位试验田内采集土壤样品,测定土壤有机碳（TOC）、全N、速效N、速效P、微生物生物量碳、氮（C_mic、N_mic）及土壤呼吸和酶活性,研究长期施用化肥、猪粪和稻草对土壤化学和生物化学性质的影响.结果表明：长期施用化肥、猪粪和稻草处理的土壤pH值与试验前相比均有所下降,电导率（EC）变化不大.化肥与猪粪、稻草配施处理的TOC、全N、速效N、速效P、土壤呼吸、C_mic、N_mic和酶活性均高于不施肥（CK）和单施化肥处理;化肥与猪粪、稻草配施处理的水稻产量也高于单施化肥处理.在研究期间,NK化肥与猪粪、NPK化肥与稻草配施处理 的C_mic/TOC大于相应的单施化肥处理.各处理土壤生物化学性质与TOC和养分含量呈正相关(P<0.01).猪粪、稻草与化肥长期配合施用能显著改善土壤化学和生物化学性质,提高土壤质量和土壤肥力.     

长期施肥条件下黄土高原黑垆土作物产量与土壤碳氮的关系

通过设置在黄土高原黑垆土区的长期定位试验系统,研究了长期施肥条件下作物产量与土壤碳氮的互馈关系.试验设不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷配施(NP)、秸秆与氮磷配施(SNP)、施有机肥(M)和有机肥与氮磷配施(MNP)6个处理.结果表明: 与对照相比,长期平衡施用化肥、单施有机肥、化肥与有机肥配合施用和秸秆还田配施化肥显著增加了作物产量及其稳定性, NP、SNP、M、MNP处理玉米和小麦产量分别增加92%、97%、93%、141%和147%、164%、139%、214%.NP处理玉米和小麦年均产量与当地常规施肥作物产量相当且稳定,小麦-玉米轮作体系施肥量为N 90 kg·hm^-2、P₂O₅ 75 kg·hm^-2能够满足作物需要.秸秆还田与隔年施磷相配合的SNP处理与NP处理作物产量相似,且可减少磷肥施用量50%.平衡施用化肥、有机肥、化肥与有机肥配施和秸秆还田配施化肥均可显著增加土壤有机碳含量,而施用化肥对土壤全氮含量影响不明显,综合所有处理,土壤有机碳和全氮含量呈显著正相关.不同处理土壤有机碳固存率在15%～41%.SNP处理土壤有机碳累积投入量增加1 t·hm^-2,土壤有机碳含量增加0.06 g·kg^-1,而CK、N、NP、M和MNP处理的增幅在0.12～0.15 g·kg^-1.玉米和小麦产量都与土壤全氮含量呈显著正相关,玉米产量随土壤有机碳含量的增加而增加,但小麦产量随土壤有机碳含量的增加先快速增加后趋于平稳,拐点出现在6.8 g·kg^-1.长期平衡施用化肥、有机肥、有机肥与化肥配合施用及秸秆还田配施化肥可显著增加黄土高原黑垆土土壤有机碳和全氮含量、作物产量和根茬还田量,根茬还田量的增加又进一步增加了土壤有机碳和全氮含量,形成了相互促进的互馈关系.     

长期不同施肥对玉米根茬生物量及养分累积量的影响

以黄土高原南部两个长期定位试验（分别开始于1990和2003年）为研究对象,探讨了不同肥料处理对玉米根茬生物产量和养分累积的影响.于2011年10月玉米收获后采集0～20 cm土层不同施肥处理玉米根茬.结果表明：与不施肥及偏施N、NK、PK化肥相比,氮磷配施（NP）、氮磷钾平衡施肥（NPK）、有机无机配施（M₁NPK、M₂NPK）及化肥配合秸秆（SNPK）处理均显著提高了玉米根茬干质量.根茬固碳量及氮、磷、钾养分累积量在NP、NPK、M₁NPK、M₂NPK、SNPK处理显著高于不施肥和偏施N、NK、PK化肥处理,其中以有机无机配施处理效果最好.与不施氮肥（N₀）相比,施氮120 kg N·hm^-2（N₁₂₀）和240 kg N·hm^-2（N₂₄₀）处理根茬干质量分别提高38%和45%,高量氮肥对根茬增量效果不显著.施用氮肥也显著提高了根茬碳、氮、磷、钾累积量.根茬可溶性有机碳、可溶性总氮含量在NP、NPK、M₁NPK、M₂NPK、SNPK及N₁₂₀和N240处理中较高.氮磷钾平衡施肥、有机无机配施以及秸秆还田处理降低了根茬的纤维素、木质素含量.根茬C/N、木质素/N在CK、PK、N₀处理间显著高于其他施肥处理.因此,氮磷配施、氮磷钾平衡施肥、有机无机配施及秸秆还田处理能够促进玉米根生长,提高营养成分含量,有利于土壤培肥和固碳.     

长期不同施肥模式对南方双季稻田生态系统净碳汇效应和经济收益的影响

施肥措施与稻田生态系统净碳汇效应、经济收益的关系密切。本研究以长期(35年)定位施肥试验田为平台,分析了单独施用化肥(MF)、秸秆还田+化肥(RF)、30%有机肥+70%化肥(OM)和无肥对照(CK)4种不同施肥模式对我国南方双季稻田耕层土壤固碳速率、碳密度、年碳汇平衡和经济收益的影响。研究表明: 不同施肥处理双季稻田耕层土壤碳库变化范围为216.02～866.74 kg·hm^-2·a^-1,OM处理土壤碳年变化量显著高于MF、RF和CK处理;双季稻田土壤固碳速率为51.5～650.7 kg·hm^-2·a^-1,表土碳密度为55.64～78.42 t·hm^-2,各施肥处理高低顺序均为OM>RF>MF>CK。各施肥处理双季稻田生态系统水稻的碳吸收为4.42～9.32 t C·hm^-2·a^-1,其高低顺序为OM>RF>MF>CK;与MF处理相比,OM和RF处理稻田土壤净碳汇量分别提高了27.6%和13.6%。各施肥处理双季稻田生态系统的碳成本物质投入变化范围为1.49～2.17 t C·hm^-2·a^-1,年经济收益变化范围为1.30×10³～7.83×10³元·hm^-2·a^-1,其高低顺序为RF>OM>MF>CK;OM、RF和MF处理双季稻田生态系统经济效益的净收益均显著高于CK处理。总之,长期施用有机肥、秸秆还田配施化肥措施均有利于增加双季稻田土壤固碳速率、碳汇效应和经济收益,是提高南方双季稻田土壤有机碳贮量的施肥模式。     

宁夏回族自治区森林生态系统固碳现状

根据宁夏回族自治区森林资源清查资料以及野外调查和室内分析的结果,研究了宁夏地区森林生态系统固碳现状,估算了该区森林生态系统的碳密度、碳储量,并分析了其空间分布特征.结果表明: 宁夏森林各植被层生物量大小顺序为: 乔木层(46.64 Mg·hm^-2)>凋落物层(7.34 Mg·hm^-2)>细根层(6.67 Mg·hm^-2)>灌草层(0.73 Mg·hm^-2).云杉类(115.43 Mg·hm^-2)和油松(94.55 Mg·hm^-2)的单位面积植被生物量高于其他树种.不同林龄乔木层碳密度中,过熟林最高,但由于幼龄林面积所占比例最大,其乔木层碳储量(1.90 Tg C)最大.宁夏地区森林生态系统平均碳密度为265.74 Mg C·hm^-2,碳储量为43.54 Tg C,其中,植被层平均碳密度为27.24 Mg C·hm^-2、碳储量为4.46 Tg C,土壤层碳储量是植被层的8.76倍.宁夏地区的森林碳储量整体呈南高北低分布,总量较低.这与其森林面积小和林龄结构低龄化有很大关系.随着林龄结构的改善和林业生态工程的进一步实施,宁夏森林生态系统将发挥巨大的固碳潜力.     

长期施肥对双季稻区红壤性水稻土质量的影响及其评价

为量化27年连续施用化肥及其与猪粪、稻草配施处理对双季稻区土壤质量的影响,选择土壤容重、最大持水量、孔隙度、标准化平均质量直径、pH、阳离子交换量、有效养分、土壤有机质、微生物生物量碳、土壤酶和作物生产力等项目作为评价指标,并根据不同指标所具有的功能归纳为：抗物理退化的能力、养分供应和贮藏的能力、抗生物化学退化的能力、保持作物生产力的能力4项功能,以这4项功能为基础划分土壤质量指数(SQI).结果表明：SQI等级范围为0.544（CK）～0.729（施氮磷钾肥＋稻草处理）.与施氮磷钾肥（NPK）处理土壤相比,长期非均衡施肥的PK、NP、NK处理土壤质量发生了退化.土壤缺磷和缺钾是限制水稻生产力的主要因素,即使每年施用30 t·hm^-2猪粪或4.2 t·hm^-2稻草也不能达到满足高产水稻所需要的土壤磷、钾含量水平.长期施用石灰对红壤水稻土质量的提升效果不明显.在南方红壤水稻种植区,氮、磷、钾与有机肥配施是提升土壤质量的最佳措施.     

天童国家森林公园植被碳储量估算

以典型木荷-栲树群落、含苦槠的木荷-栲树群落、含杨梅叶蚊母树的木荷-栲树群落、披针叶茴香-南酸枣群落、枫香-马尾松群落、黄毛耳草-毛竹群落6种群落类型样地实测数据为基础,结合文献资料汇总,采用生物量相对生长方程法,研究了天童国家森林公园森林生态系统的植被碳储量、碳密度及其组分和空间分布特征.结果表明：野外调查的6种群落类型中,含苦槠的木荷-栲树群落碳储量（12113.92 Mg C）和碳密度（165.03 Mg C·hm^-2）均最高,披针叶茴香 南酸枣群落碳储量最低（680.95 Mg C）,其碳密度为101.26 Mg C·hm^-2.各群落类型中,常绿树种的碳储量均显著高于落叶树种,其碳密度范围分别为76.08～144.95和0.16～20.62 Mg C·hm^-2.各群落类型的乔木层各组分中,植株干的碳储量均最高.各林分类型中,常绿阔叶林碳储量最高,为23092.39 Mg C,占天童林区森林生态系统碳储量的81.7%,碳密度为126.17 Mg C·hm^-2.天童国家森林公园植被总碳储量为28254.22 Mg C,碳密度为96.73 Mg C·hm^-2.     

长期施肥下红壤性水稻土有机碳储量变化特

研究了1982—2012年长期不同施肥下红壤性水稻土土壤有机碳含量变化、固碳趋势及外源碳输入对土壤固碳的贡献.结果表明： 施肥能提高土壤有机碳含量,连续30年不同施肥后,各施肥处理土壤有机碳含量趋于稳定,有机无机配施的土壤有机碳含量为21.02～21.24 g·kg^-1,增加速率为0.41～0.59 g·kg^-1·a^-1,单施化肥的土壤有机碳含量为15.48 g·kg^-1.各有机无机肥配施处理土壤的平均有机碳储量为43.61～48.43 t C·hm^-2,历年平均土壤有机碳储量显著大于单施化肥处理.土壤固碳速率与年均投入碳量呈显著指数正相关.本试验条件下,每年需要增加外源有机碳为0.12 t C·hm^-2才能维持土壤有机碳的平衡.     

等量蚕豆鲜秆还田配施不同比例化肥对单季晚稻的影响

2012年4-11月在浙江省丽水市碧湖镇下季村进行田间试验,研究等量蚕豆鲜秆还田配施不同比例常规用量化肥对单季晚稻养分吸收、养分利用率和产量的影响.试验设置不翻压蚕豆鲜秆和不施化肥(CK)、常规用量化肥(CF)及翻压15 t·hm^-2(GM₁₅)蚕豆鲜秆配施0、20%、40%、60%和80% CF共7个处理.结果表明： 在所有的蚕豆鲜秆还田配施化肥处理中,GM₁₅+60%CF和GM₁₅+80%CF处理的水稻N、P、K养分的总吸收量高于其他处理,但GM₁₅+40%CF和GM₁₅+60%CF处理的水稻N、P、K养分的农学利用效率最高.水稻稻谷产量与N、P、K的养分农学利用效率和养分生理利用效率之间均有显著的相关性,因此养分农学利用效率和养分生理利用效率2个指标可以用来准确综合评价N、P、K养分的肥效.与CK相比,CF和蚕豆鲜秆还田配施化肥处理的稻谷产量分别提高25.0%和6.1%～29.2%.在蚕豆 单季晚稻耕作制中,蚕豆鲜秆异地还田量15 t·hm^-2不会使单季晚稻苗期产生僵苗现象.本试验条件下,从提高水稻产量、水稻养分利用率及降低环境风险的角度出发,蚕豆鲜秆异地还田量为15 t·hm^-2时,以配施常规用量化肥60%为宜.
     

秸秆还田对水稻固碳特性及产量形成的影响

以中浙优1号为材料、秸秆不还田为对照,在大田试验条件下研究了不同秸秆还田量（4000、6000、8000 kg·hm^-2）对水稻群体干物质积累、运转、植株固碳及产量形成的影响. 结果表明： 与对照相比,秸秆还田处理的水稻群体干物质积累总量平均增加63.03 g·m^-2,以6000 kg·hm^-2处理的干物质积累量最高,比对照增加154.40 g·m^-2;在水稻各生育阶段中,秸秆还田处理对分蘖盛期—齐穗期干物质积累的影响最为明显,干物质积累量比对照平均增加71.25 g·m^-2;与对照相比,秸秆还田处理的茎叶干物质输出率和表观转变率分别平均增加4.2%和3.7%,均以6000 kg·hm^-2处理最高,分别为12.8%和11.1%.秸秆还田处理的群体植株固碳量比对照平均增加55.38 g·m^-2,以6000 kg·hm^-2处理的增幅最大,为17.8%;从固碳量在各器官中的分配来看,秸秆还田有利于生育前期茎叶固碳量的积累和生育后期固碳量向穗部的分配.秸秆还田处理的水稻产量比对照平均增加794.59 kg·hm^-2,增幅9.5%,其中6000和4000 kg·hm^-2处理的产量均显著提高,而8000 kg·hm^-2处理的产量增加不显著;从产量构成因素来看,秸秆还田处理单位面积有效穗数的增加是增产的主要原因,平均增加8.4穗·m^-2.     

施用生物炭对华北平原农田土壤容重、阳离子交换量和颗粒有机质含量的影响

以华北平原高产农田3年定位试验为基础,研究了生物炭与矿质肥配施对土壤容重、阳离子交换量和颗粒有机质组分中碳、氮含量的影响.试验共设4个处理：单施氮磷钾肥（CK）;氮磷钾肥+2250 kg·hm^-2生物炭（C₁）;氮磷钾肥+4500 kg·hm^-2生物炭（C₂）;炭基缓释肥（750 kg·hm^-2,CN）.结果表明： 与CK相比,C₁和C₂处理显著降低了0～7.5 cm土层容重,降低幅度分别为4.5%和6.0%;施用生物炭增加了0～15 cm土层的阳离子交换量,其中C₂处理增加了24.5%;在0～7.5 cm土层,C₁处理土壤颗粒有机质组分中的碳、氮浓度较CK处理分别增加了250%和85%,C₂处理分别增加了260%和120%.施用生物炭3年后土壤理化特性得到明显改善,并在碳增汇和温室减排方面具有潜在积极效应.     

大气CO2浓度增加与氮肥对棉花生物量、氮吸收量及土壤脲酶活性的影响

试验设置半开顶式CO₂人工气候室,研究了不同CO₂浓度处理(360、540 μmol·mol^-1)与施氮(N)量(0、150、300 和450 kg·hm^-2)对棉花干物质的积累与分配、氮素吸收量及土壤脲酶活性的影响.多样性指数和主成分分析表明: 各施N水平下,CO₂浓度增加下棉花蕾、茎、叶和整株的总干物质积累量显著增加;2个CO₂浓度下,300 kg·hm^-2-N (N₃₀₀)处理棉花蕾、茎、叶、根及整株干物质量显著高于其他3个N肥处理,合理的氮肥施用可显著提高棉花干物质积累量.棉花蕾和茎的氮素吸收量受CO₂浓度影响显著,与360 μmol·mol^-1CO₂浓度相比,CO₂浓度为540 μmol·mol^-1条件下蕾和茎的氮含量显著增加,其中N₃₀₀处理下蕾的氮含量最高,N₁₅₀和N₃₀₀处理茎的氮含量高于N₀和N₄₅₀处理;叶的氮素吸收量受CO₂和N的交互作用影响显著,在N₀、N₁₅₀、N₃₀₀处理下,540 μmol·mol^-1CO₂浓度下叶的氮含量增加;棉花根的氮素吸收量受施N的影响显著,540 μmol·mol^-1CO₂浓度下根的氮含量随着施N量的增加显著增加.总体上,540 μmol·mol^-1CO₂浓度下棉花的氮素吸收量高于360 μmol·mol^-1 CO₂浓度,各CO₂和N组合处理下,棉花各器官的氮素积累量蕾铃最高,叶片居中,其次是茎秆,根系最低.各施N水平下,两个土层的土壤脲酶活性随着CO₂浓度升高而显著增加;不同CO₂浓度处理下,0~20 cm土层土壤脲酶活性随着施N量的增加而增加,20～40 cm土层N₃₀₀处理下的土壤脲酶活性高于其他N肥处理;CO₂和N互作下,0~20 cm土层土壤脲酶活性的平均值显著高于20~40 cm土层.大气CO₂浓度为540 μmol·mol^-1、氮肥施用量为300 kg·hm^-2可显著提高棉花干物质积累量和氮素吸收量.     

亚热带天然阔叶林转换为杉木人工林对土壤呼吸的影响

采用静态箱-气相色谱法对浙江省临安市玲珑山风景区天然阔叶林和由天然阔叶林改造的杉木人工林的土壤呼吸进行1年的定位监测.结果表明：天然阔叶林和杉木人工林土壤CO₂排放速率均呈现一致的季节性变化规律即夏秋季高、冬春季低;天然阔叶林和杉木人工林土壤CO₂排放速率分别为20.0～111.3和4.1～118.6 mg C·m^-2·h^-1;天然阔叶林土壤CO₂年累积排放通量（16.46 t CO₂·hm^-2·a^-1）显著高于杉木人工林（11.99 t CO₂·hm^-2·a^-1）.天然阔叶林和杉木人工林土壤CO₂排放速率与土壤含水量均没有显著相关性,而与5 cm处土壤温度呈显著指数相关,Q₁₀值分别为1.44和2.97;天然阔叶林土壤CO₂排放速率与土壤水溶性碳（WSOC）含量无显著相关性,杉木人工林土壤CO₂排放速率与WSOC含量呈显著相关.天然阔叶林转换为杉木人工林显著降低了土壤CO₂排放,提高了土壤呼吸对环境因子的敏感性.