炉渣与生物炭施加对稻田土壤碳库及微生物的影响

以福州平原稻田为实验区,在2015年早、晚稻秧苗移栽前,对稻田进行施加生物炭、炉渣、生物炭+炉渣（混施）处理,并以不施加处理作为对照。为了了解施加处理的后续效应,于2017年检测早、晚稻拔节期和成熟期土壤有机碳含量及真菌、细菌数量。结果表明：3种施加处理稻田土壤有机碳（SOC）含量均比对照组有显著提高（P < 0.05）,但溶解性有机碳（DOC）、易氧化碳（EOC）、土壤微生物量碳（MBC）含量各处理之间差异不显著（P > 0.05）。与对照组相比,各施加处理组在一定程度上提高了土壤中真菌和细菌数量,但差异不显著（P > 0.05）。细菌数量与DOC含量呈极显著负相关（P < 0.01）,与EOC含量呈显著负相关（P < 0.05）,与MBC含量呈显著正相关（P < 0.05）。真菌/细菌比值与真菌数量、DOC含量呈极显著正相关（P < 0.01）。说明炉渣和生物炭施加处理2年后,仍可提高稻田土壤的碳库稳定性,并增加土壤微生物数量。     

培养条件下旱地和稻田土壤活性有机碳对外源有机底物的响应

土壤微生物生物量碳（MBC）和溶解有机碳（DOC）是土壤有机碳的活性组分,能够较快反映土壤环境变化。以¹⁴C标记葡萄糖和稻草为底物,室内培养法研究了相同含水量（45% WHC）条件下,红壤旱地和稻田土壤活性有机碳对外源有机底物的响应。结果表明,土壤微生物能迅速吸收利用葡萄糖和稻草中的DOC组分,而使土壤MBC含量在短时间（前5 d）内出现最大值。添加葡萄糖和稻草处理,旱地土壤MBC峰值分别高于对照69.4%和55.1%,稻田土壤高于对照10.2%和10.5%。整个培养期（100 d）内,添加葡萄糖和稻草处理旱地土壤MBC的平均含量分别高于对照82.1%和41.5%（P<0.05）;而稻田土壤MBC在培养前期（0～60 d）,分别高于对照8.8%和5.1%（P<0.05）,60 d后与对照差异不显著。葡萄糖和稻草的添加对旱地土壤总DOC含量没有显著影响（0～2 d除外）,但可明显提高稻田土壤总DOC含量（增幅为12.8%～26.0%）。100 d内,2个土壤中¹⁴C标记MBC（¹⁴C-MBC）占总量的比例为4.5%～47.4%,¹⁴C标记DOC（¹⁴C-DOC）为4.0%～12.7%。说明在土壤含水量为45%WHC条件下,有机底物的添加对旱地土壤MBC的影响大于稻田土壤,但对DOC的影响则反之。同位素示踪表明,土壤有机质本身是DOC和MBC的主要来源。     

接种丛枝菌根真菌对云南石漠化土壤呼吸的影响

为探明"丛枝菌根（Arbuscular mycorrhiza，AM）真菌-植物-土壤"耦合作用对石漠化土壤呼吸季节动态的影响，采用LI-6400-09土壤呼吸室和便携式光合作用测量系统，对圆柏（Sabina chinensis）接种摩西斗管囊霉（Funneliformis mosseae，FM）、根内根孢囊霉（Rhizophagus intraradices，RI）2种AM菌种处理下土壤呼吸季节动态进行野外连续定位观测，并探究AM真菌接种处理下石漠化土壤呼吸速率与植物生长、土壤理化性质之间的关系。结果表明：（1）相较于对照，接种AM真菌对石漠化生境土壤呼吸季节动态产生了显著影响（P<0.01）。AM真菌处理具有较高的土壤呼吸季节变化幅度，即根内根孢囊霉处理土壤呼吸速率（1.55-9.10 μmol m^-2 s^-1）显著高于摩西斗管囊霉（1.62-8.29 μmol m^-2 s^-1）和对照（1.23-4.46 μmol m^-2 s^-1）；（2） AM真菌接种处理下土壤温湿度变化对土壤呼吸的影响显著大于对照，即土壤温度与水分对土壤呼吸的平均解释量大小顺序为：RI （44.84%；52.35%）>FM （17.18%；41.65%）>CK （2.66%；16.55%）；（3）2种菌种处理下土壤呼吸速率均与土壤有机质、硝态氮、全氮、速效钾、树高、胸径及根系生物量呈显著或极显著正相关（P<0.01或0.05），而与pH呈极显著负相关（P<0.01），但对照处理土壤呼吸速率除与pH呈显著负相关（P<0.05）外，与其它土壤理化指标相关性不显著；（4）土壤温度和水分、硝态氮、铵态氮、有机质、易氧化有机碳、速效钾、全氮及全磷对土壤呼吸变化的贡献最大，而胸径、树高、有效磷、微生物生物量、根系生物量及pH的影响次之。因此，"AM真菌-寄主植物-土壤"相互作用对石漠化生境土壤呼吸季节动态的影响，主要取决于不同AM真菌接种处理对土壤微气候（如含水量）、碳素（有机质、易氧化有机碳）、无机氮库（铵态氮、硝态氮）、根系生物量及磷钾养分可利用性的调控。     

不同退耕模式细根(草根)分解过程中C动态及土壤活性有机碳的变化

由于土壤活性有机碳可以在土壤全碳变化之前反映土壤因管理措施和环境引起的微小的变化,又直接参与土壤微生物化学转化过程,对土壤碳平衡和土壤化学、土壤肥力保持具有重要意义。因此,采用原状土芯(intact core)法,探讨了4种退耕还林模式--光皮桦(Betula luminifera)与扁穗牛鞭草(Hemarthria compressa)复合模式、扁穗牛鞭草草地、柳杉(Cryptameria fortunei)人工林、光皮桦人工林细根(草根)分解过程中的C动态以及土壤活性有机碳变化。研究结果表明,各模式细根(草根)中的C表现为净释放,其质量残留率符合单指数模型(P＜0.01)。光皮桦与扁穗牛鞭草复合模式下的土壤微生物量碳(SMBC)、水溶性有机碳(WSOC)、易氧化碳(ROC)、总有机碳(TOC)都大于其他3种模式。4种模式下的SMBC对土壤TOC的贡献分别是1.2%-3.3%、0.7%-1.5%、0.8%-2.2%、0.5%-0.8%;光皮桦与扁穗牛鞭草复合模式的ROC/TOC大于其他3种模式模式;各模式土壤ROC含量与土壤TOC呈极显著正相关关系(P＜0.05)。以上结果显示,与其他人工林相比,光皮桦与扁穗牛鞭草复合模式土壤有机碳活性大、易转化,土壤总有机碳的高低决定了易氧化碳的丰缺。     

马尾松林两种林下植被土壤碳氮特征及其与凋落物质量的关系

以飞播马尾松林为研究对象,通过典型样地调查和样品测定,采用配对样本t检验和冗余分析（RDA）方法分析芒萁类和禾草类两种林下植被类型土壤碳、氮特征及其与凋落物质量之间的关系。结果表明：（1）土壤有机碳、微生物量碳、可溶性有机碳、全氮、速效氮、微生物量氮和可溶性有机氮含量在0-10、10-20 cm土层均表现为禾草类显著高于芒萁类（P < 0.05）,而在20-40、40-80 cm土层两种植被类型碳氮指标的大小未表现出相同的变化规律,且差异不显著（P > 0.05）。（2）两种植被类型凋落物半分解和未分解层的C含量及C/N值均表现为芒萁类显著高于禾草类（P < 0.05）,而N含量则表现为禾草类显著高于芒萁类（P < 0.05）;同一植被类型的未分解层C含量及C/N值均显著大于半分解层,N含量则半分解层显著大于未分解层（P < 0.05）。（3）0-10 cm土层两种类型凋落物C/N值和C含量均与土壤碳氮各指标呈显著负相关（P < 0.05）,N含量与土壤碳氮各指标的相关性不显著（P > 0.05）;10-20 cm土层,芒萁类的半分解层C/N值与土壤碳氮各指标存在显著相关性（P < 0.05）,禾草类的凋落物C含量与土壤碳氮各指标也存在显著相关性（P < 0.01）。林下植被凋落物C/N值越小,其分解速率越快,有利于土壤养分的积累,禾草类凋落物C/N值低于芒萁类是导致其土壤碳氮指标高于芒萁类的重要原因。     

黄土高原天然次生林植被演替过程中土壤团聚体有机碳动态变化

土壤团聚体物理保护是促进有机碳积累主要机制之一。以黄土高原子午岭林区天然次生林植被演替群落为对象,研究从农田、草地（白羊草,Bothriochloa ischaemum）、灌木林（沙棘,Hippophae rhamnoides）、先锋林（山杨,Populus davidiana）到顶级林（辽东栎,Quercus liaotungensis）5个植被演替阶段0-20 cm土壤团聚体稳定性和团聚体有机碳的动态变化,并分析团聚体有机碳的影响因素。结果表明：土壤团聚体稳定性随着植被演替显著提高（P<0.05）,顶级林的团聚体稳定性最高;土壤有机碳含量和各粒径土壤团聚体（> 2 mm、2-0.25 mm、0.25-0.053 mm、<0.053 mm）有机碳含量均随着植被演替而增加。除草地0.25-0.053 mm团聚体有机碳含量最高外,其他演替阶段均为0.25-2 mm粒径最高。根系生物量、凋落物生物量、微生物生物量碳、团聚体稳定性均与团聚体有机碳含量呈显著正相关关系（P<0.05）。总体而言,长期植被演替有助于团聚体稳定性和团聚体有机碳累积。     

滇南喀斯特断陷盆地土地利用方式对土壤有机碳及其活性组分的影响

土地利用方式是影响土壤有机碳库的重要因素,为探究喀斯特断陷盆地土壤有机碳库对土地利用方式及环境因素的响应,以滇南喀斯特地区5种典型土地利用方式(耕地、草地、灌丛、人工林、天然林)为研究对象,分析不同土地利用方式土壤有机碳(SOC)及活性有机碳(LOC)组分,即可溶性有机碳(DOC)、易氧化性有机碳(EOC)及微生物量碳(MBC)的含量、储量及分配比例在土壤垂直剖面(0-60 cm)的变化特征。结果表明：5种土地利用方式的SOC含量随土层深度的增加逐渐降低,其储量依次为灌丛(191.77 t/hm²)、草地(166.86 t/hm²)、耕地(142.47 t/hm²)、人工林(134.31 t/hm²)和天然林(102.62 t/hm²);EOC和MBC的平均含量及储量均以草地及灌丛最高、人工林及天然林次之,二者在土壤垂直剖面上与SOC含量的变化特征一致,但EOC和MBC含量在土层间的下降幅度大于SOC;土地利用方式和土层深度对DOC无显著影响(P>0.05);活性有机碳的分配比例受土地利用方式及土层深度的显著影响(P<0.01),其中人工林的EOC/SOC和MBC/SOC显著低于草地、灌丛及天然林。通径分析指出SOC和EOC主要受C/P比、全磷、砂粒和交换性钙的影响,砂粒和C/P比是影响MBC的主要因子。研究阐明在喀斯特断陷盆地地区EOC和MBC对土地利用方式的响应比SOC更敏感。另外,今后在土壤碳库的研究中应更多关注土壤磷和物理结构对其的影响。     

武夷山自然保护区不同海拔甜槠天然林土壤有机碳变化特征及影响因素

为揭示中亚热带常绿阔叶林建群种--甜槠天然林不同海拔土壤有机碳含量垂直分布差异及影响机制，以武夷山自然保护区甜槠天然林单一植被类型为研究对象，在其集中分布的5个海拔梯度（540、700、850、1022、1200 m）范围内设置固定样地，测定每个海拔梯度不同深度土层土壤因子（土壤全氮、全磷、土壤pH值、容重、土壤有机质、粉粒、砂粒、粘粒）、气候因子（土壤温度）、植被因子（细根生物量）及土壤有机碳含量等指标，分析了土壤有机碳沿海拔及垂直土层分布特征，并在主成分分析基础上构建了基于主控因子的线性回归模型。结果表明：（1）同一海拔高度，土壤有机碳含量在土壤垂直剖面分布具有明显的"表聚性"现象；同一土层深度，随着海拔升高，土壤有机碳含量逐渐增加，但增幅随土层深度增加而减小，高海拔地区有助于土壤有机碳的固存；（2）不同土层土壤有机碳含量与海拔、土壤全氮、土壤含水量、土壤粉粒呈极显著正相关（P<0.01），与土壤温度、土壤容重、土壤粘粒、砂粒呈极显著负相关（P<0.01）；土壤细根生物量、土壤有机质与土壤有机碳含量在土壤表层（0-10、10-20 cm）呈极显著（P<0.01）或显著正相关（P<0.05）；土壤pH值、土壤砂粒与土壤有机碳含量在20-30 cm土层呈显著负相关（P<0.05），但与其他土层关系不显著（P>0.05）；海拔因素是影响土壤有机碳含量分布的主要因素，其次为土壤因素，植被因素主要影响土壤表层有机碳含量分布。（3）海拔因素能通过影响与土壤有机碳形成和转化的因子及改变土壤有机碳的累积和分解速率，对土壤有机碳的分布产生影响。（4）多元线性回归模型拟合R²高于一元线性回归模型拟合R²，能解释土壤有机碳含量变异的82.1%-98.1%。由此可见，不同环境因子组合可以更好的解释不同土层土壤有机碳含量随海拔梯度的变异。     

不同施肥下农田表土有机碳含量变化分析: 基于中国农业生态系统长期试验资料

收集整理1979~2008年中国长期施肥试验文献, 提取和整合了这些长期施肥试验中农田表土有机碳的资料. 采用有效文献涉及中国大陆23个省区的70个长期试验点(其中旱地42个, 水田28个), 涵盖16种土壤类型. 总样本481个(旱地346个, 水田135个). 将施肥处理分为6种类型: N: 无机氮肥; NP: 无机氮磷肥配施; NPK: 无机氮磷钾肥配施; O: 单施有机肥; OF: 有机无机肥配施和其他非平衡施肥(如单施磷或钾, 磷钾配施和氮钾配施等). 按农田土壤总体和区分旱地与水田两种农业利用类型, 分别统计分析一种施肥处理下表土有机碳含量相对于特定试验对照的变化特征. 结果表明, 这些长期试验不同施肥处理下农田表土有机碳在时间上成总体上升趋势, 旱地和水田表土有机碳年均变化量分别介于−0.14~0.60和−0.12~0.70 g·kg⁻¹·a⁻¹之间, 年均增量分别为0.13和0.19 g/kg. 水田增长高于旱地. 不同长期试验地点间施肥处理下, 农田表土有机碳含量积累趋势相似, 而且与单施氮肥和化肥相比, 有机施肥和化肥配合平衡施肥普遍较大幅度提高了土壤有机碳积累速率. 尽管随着试验持续时间的延长, 土壤有机碳增幅存在下降趋势, 但良好施肥的固碳效应在旱地土壤中可持续15年以上, 在稻田可持续20年以上, 且其技术效应的幅度仍然十分明显. 因此, 良好施肥管理的推广可以作为促进中国农田生产力和土壤长期固碳潜力的重要技术途径.     

武夷山不同海拔森林表层土壤轻组有机质特征

土壤轻组有机质是土壤有机质的重要组分,研究轻组有机质在不同森林生态系统土壤中的变化规律对理解土壤有机质形成与转换具有重要意义。以福建省武夷山国家级自然保护区不同海拔的常绿阔叶林（海拔600 m）、针阔混交林（海拔1000 m）和针叶林（海拔1400 m）为研究对象,利用密度分组方法分离了表层（0-5 cm和5-10 cm）土壤轻组有机质,研究了不同海拔森林土壤轻组有机质特征及其影响因素。结果表明：针阔混交林表层土壤的轻组有机质含量大于针叶林和常绿阔叶林（P < 0.05）,并且轻组有机碳的含量变化亦是如此（P < 0.05）,而轻组有机氮的含量无显著差异（P > 0.05）。表层土壤对应土层的轻组C：N大于土壤C：N,针阔混交林轻组C：N和土壤C：N均大于其他林分类型。0-5 cm与5-10 cm土层针阔混交林的轻组有机碳、氮储量均大于针叶林和常绿阔叶林（P < 0.05）,并且针阔混交林的轻组有机碳、氮储量所占土壤有机碳与总氮的比重均大于其余两种林分。0-10 cm土层针叶林土壤有机碳与总氮含量与储量最高,并随海拔降低而减小,但差异不显著（P > 0.05）。相关分析结果表明,轻组有机碳、氮储量与SOC、DOC、MBC和细根生物量具有显著相关关系（P < 0.05）,而与年凋落物量无关（P > 0.05）,说明地下细根可能是土壤轻组有机质的重要来源。因此,在未来气候和植被变化共同作用下,地下细根对土壤轻组有机质的形成可能具有不可忽视的作用。     

改变施肥管理后不同肥力稻田土壤CO2排放特征

利用一个长达30a水稻土长期定位试验,在保证原有定位试验继续正常开展的前提下,将原化肥处理改施有机肥,原有机肥处理改施化肥或者增施有机肥。通过观测田间试验2012—2013年双季稻轮作周期内不同肥力水平稻田土壤施肥管理改变后的土体CO2排放通量(FCO2),研究不同后续施肥管理对不同肥力红壤性水稻土CO2排放的影响。结果表明:变更施肥能明显改变CO2排放动态变化,其中长期施用有机肥处理改施化肥后其FCO2明显减小,长期施用化肥或有机肥处理增施有机肥后其FCO2显著增大。有机肥和土壤有机碳均可促进土体CO2排放,有机肥处理有机物料碳添加量与CO2-C年排放量呈极显著的正相关关系(r=0.9015**,n=21),单施化肥处理土壤有机碳含量与土体CO2-C年排放量符合线性方程:y=10.962x-68.86(R2=0.7507,n=9,P0.01)。长期施用有机肥土壤改施化肥会导致其有机碳矿化损失,土壤有机碳含量越高,矿化损失量越多,最终其有机碳水平将与长期施用化肥的土壤有机碳平衡值一致;长期施用化肥或有机肥土壤改施或增施有机肥可促进土壤有机碳积累,外源添加碳越多,土壤积累碳越多;相同有机肥施用量下土壤有机碳含量越高,有机物料表观分解率越大,积累于土壤中的有机碳越少,不同有机碳水平土壤在相同有机肥管理下其有机碳最终会达到相同的平衡值。在有机碳水平较低(20.46 g/kg)红壤稻田上增施有机肥是提升已培肥水稻土有机碳含量的可持续发展措施,而在有机碳水平较高(14.45 g/kg)红壤稻田上应避免改施化肥。总之,在有机碳含量较高或者较低的中国南方红壤性水稻土上,持续的有机肥施用是保持或者提高其有机碳水平的必要措施。     

The variation of soil microbial respiration with depth in relation to soil carbon composition

The vertical variation in soil microbial respiratory activity and its relationship to organic carbon pools is critical for modeling soil C stock and predicting impacts of climate change, but is not well understood. Mineral soil samples, taken from four Scottish soils at different depths (0–8, 8–16, 16–24, 24–32 cm), were analyzed and incubated in the laboratory under constant temperature and environmental conditions. The vegetation type/plant species showed significant effects on the absolute concentration of C components and microbial activity, but the relative distribution of C and respiration rate with soil depth are similar across sites. Soil C pools and microbial respiratory activity declined rapidly with soil depth, with about 30% of total organic carbon (TOC) and dissolved organic carbon (DOC), and about half microbial carbon (C_mic) and respired CO₂ observed in the top 8 cm. The ratio of CO₂:TOC generally decreased with soil depth, but CO₂:DOC was significantly higher in the top 8 cm of soil than in the subsoil (8–32 cm). No general pattern between qCO₂ (CO₂:C_mic) and soil depth was found. The vertical distributions of soil C pools and microbial respiratory activity were best fitted with a single exponential equation. Compared with TOC and DOC, C_mic appears to be an adequate predictor for the variation in microbial respiration rate with soil depth, with 95% of variation in normalized respiration rate accounted for by a linear relationship.     

西南喀斯特地区轮作旱地土壤CO2通量

中国已承诺大幅降低单位GDP碳排放,农业正面临固碳减排的重任.西南喀斯特地区环境独特,旱地面积占据优势比例,土壤碳循环认识亟待加强.以贵州省开阳县玉米-油菜轮作旱地为研究对象,采用密闭箱-气相色谱法对整个轮作期土壤CO2释放通量进行了观测研究,结果表明:(1)整个轮作期旱地均表现为CO2的释放源.其中油菜生长季土壤CO2通量为(178.8±104.8)mg CO2·m-2·h-1,玉米生长季为(403.0±178.8) mg CO2·m-2·h-1,全年平均通量为(271.1±176.4) mg CO2·m-2·h-1,高于纬度较高地区的农田以及同纬度的次生林和松林;(2)CO2通量日变化同温度呈现显著正相关关系,季节变化与温度呈现显著指数正相关关系,并受土壤湿度的影响,基于大气温度计算得出的Q10为2.02,高于同纬度松林以及低纬度的常绿阔叶林;(3)CO2通量与土壤pH存在显著线性正相关关系,显示出土壤pH是研究区旱地土壤呼吸影响因子之一.     

水田改果园后土壤性质的变化及其特征

近年来,水田改作经济林地,在我国南方地区非常普遍。为深入了解这一转变对土壤质量的影响,以浙江省典型水稻土(青粉泥田)及其改果园不同年限的系列表层土壤(0—15 cm)为研究对象,应用磷脂脂肪酸生物标记等方法,研究了水田改果园后土壤理化性质和微生物群落结构等性质的变化以及它们之间的关系。结果表明,水田改果园后,土壤中大于0.25 mm水稳定性团聚体、盐基饱和度、p H值、有机质、全氮和碱解氮等随着改果园年限的延长而显著降低(P0.05)。土壤微生物生物量碳氮、微生物商和土壤呼吸强度随改果园年限增加而显著下降(P0.01)。土壤微生物群落结构也发生明显变化:磷脂脂肪酸总量显著降低(P0.01),微生物种类减少,原生动物在土壤微生物中所占比例增加,革兰氏阴性细菌与革兰氏阳性细菌比值降低(P0.01),好氧细菌/厌氧细菌和甲烷氧化菌/细菌增加(P0.01),表征养分胁迫的环丙基脂肪酸/前体物和异式脂肪酸/反异支链脂肪酸显著增加(P0.01)。冗余分析表明,土壤含水率、有机质和碱解氮是决定水田和果园土壤微生物群落结构差异的最重要因子(P0.01);改果园后,土壤微生物群落结构发生了阶段性变化,不同利用方式对微生物群落结构的影响程度要大于同一利用方式耕作不同年限对微生物群落结构的影响。研究表明,水田改果园后土壤理化性质以及生物学性质发生退化,土壤质量下降;而水田中微生物数量和种类都比较丰富,因而认为水田是土壤(地)可持续利用的一种有效方式。     

温带针阔混交林土壤碳氮气体通量的主控因子与耦合关系

中高纬度森林地区由于气候条件变化剧烈,土壤温室气体排放量的估算存在很大的不确定性,并且不同碳氮气体通量的主控因子与耦合关系尚不明确。以长白山温带针阔混交林为研究对象,采用静态箱-气相色谱法连续4a(2005—2009年)测定土壤二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)净交换通量以及温度、水分等相关环境因子。研究结果表明:温带针阔混交林土壤整体上表现为CO2和N2O的排放源和CH4的吸收汇。土壤CH4、CO2和N2O通量的年均值分别为-1.3 kg CH4hm-2a-1、15102.2 kg CO2hm-2a-1和6.13 kg N2O hm-2a-1。土壤CO2通量呈现明显的季节性规律,主要受土壤温度的影响,水分次之;土壤CH4通量的季节变化不明显,与土壤水分显著正相关;土壤N2O通量季节变化与土壤CO2通量相似,与土壤水分、温度显著正相关。土壤CO2通量和CH4通量不存在任何类型的耦合关系,与N2O通量也不存在耦合关系;土壤CH4和N2O通量之间表现为消长型耦合关系。这项研究显示温带针阔混交林土壤碳氮气体通量主要受环境因子驱动,不同气体通量产生与消耗之间存在复杂的耦合关系,下一步研究需要深入探讨环境变化对其耦合关系的影响以及内在的生物驱动机制。     

岩溶区不同土地利用方式下土壤CO2排放模拟研究

土地利用变化作为全球气候变化研究的重要内容之一，对土壤CO₂的排放具有重要影响。岩溶区石漠化治理过程中植被恢复伴随着土地利用方式的转变，其对土壤CO₂排放的影响有待进一步研究。基于控制性实验，以土壤、岩溶含水介质初始条件相同，仅土地利用方式不同的贵州普定沙湾模拟试验场为研究对象，通过1年的土壤CO₂浓度和通量数据，研究岩溶区不同土地利用方式下土壤CO₂的排放规律及其影响因素。结果表明：(1)土壤CO₂的浓度和通量具有明显的季节变化规律，不同季节下的土壤CO₂通量呈现昼夜变化规律，温度和降雨影响着土壤CO₂的排放，前者可促进排放量，后者可抑制排放量，且不同土地利用方式受影响的程度不同；(2)耕作活动也会影响土壤CO₂的排放，耕作使得土壤变得松散，加上岩溶区下伏基岩的溶蚀作用，增加了土壤CO₂向含水层的扩散，导致春季耕地表现为负通量；(3)不同土地利用方式下土壤CO₂的年排...     

Metagenomic and 14C tracing evidence for autotrophic microbial CO2 fixation in paddy soils

Autotrophic carbon dioxide (CO₂) fixation by microbes is ubiquitous in the environment and potentially contributes to the soil organic carbon (SOC) pool. However, the multiple autotrophic pathways of microbial carbon assimilation and fixation in paddy soils remain poorly characterized. In this study, we combine metagenomic analysis with ¹⁴C-labelling to investigate all known autotrophic pathways and CO₂ assimilation mechanisms in five typical paddy soils from southern China. Marker genes of six autotrophic pathways are detected in all soil samples, which are dominated by the cbbL genes (67%–82%) coding the ribulose-bisphosphate carboxylase large chain in the Calvin cycle. These marker genes are associated with a broad range of phototrophic and chemotrophic genera. Significant amounts of ¹⁴C-CO₂ are assimilated into SOC (74.3–175.8 mg ¹⁴C kg⁻¹) and microbial biomass (5.2–24.1 mg ¹⁴C kg⁻¹) after 45 days incubation, where more than 70% of ¹⁴C-SOC was concentrated in the relatively stable humin fractions. These results show that paddy soil microbes contain the genetic potential for autotrophic carbon fixation spreading over broad taxonomic ranges, and can incorporate atmospheric carbon into organic components, which ultimately contribute to the stable SOC pool.     

皆伐火烧对亚热带森林不同深度土壤CO2通量的影响

评估不同深度土壤的CO_2通量是研究土壤碳动态的重要手段。目前有关皆伐火烧对森林土壤碳排放的影响研究仅局限于表层土壤,而对不同深度土壤碳排放影响鲜见报道。以米槠(Castanopsis carlesii)次生林(对照)及其皆伐火烧后林地为研究对象,利用非红外散射CO_2探头测定土壤CO_2浓度,并结合Fick第一扩散法则估算不同深度(0—80 cm)土壤CO_2通量。结果表明:(1)皆伐火烧改变土壤向大气排放的表观CO_2通量,在皆伐火烧后的2个月内土壤表观CO_2通量显著高于对照68%;2个月后,土壤表观CO_2通量低于对照37%。(2)皆伐火烧后,除10—20 cm的CO_2通量提高外,其余各深度(0—10、20—40、40—60 cm和60—80 cm)的CO_2通量均降低。同时,皆伐火烧改变不同土层对土壤呼吸的贡献率,降低0—10 cm土层的贡献率,提高10—20 cm土层的贡献率。(3)对照样地仅0—10 cm土壤CO_2通量与温度呈显著指数相关,10—40 cm深度CO_2通量则与土壤含水率呈显著线性相关。皆伐火烧后0—10 cm和10—20 cm处土壤的CO_2通量均与温度呈指数相关。说明皆伐火烧改变了不同深度土壤CO_2通量对于环境因子的响应。因此为准确评估和预测皆伐火烧对土壤与大气间碳交换的影响,应考虑皆伐火烧后不同时期土壤CO_2通量的变化,以及不同深度土壤CO_2通量对皆伐火烧的响应。     

Influence of rhizodeposition under elevated CO2 on plant nutrition and soil organic matter

Atmospheric CO₂ concentrations can influence ecosystem carbon storage through net primary production (NPP), soil carbon storage, or both. In assessing the potential for carbon storage in terrestrial ecosystems under elevated CO₂, both NPP and processing of soil organic matter (SOM), as well as the multiple links between them, must be examined. Within this context, both the quantity and quality of carbon flux from roots to soil are important, since roots produce specialized compounds that enhance nutrient acquisition (affecting NPP), and since the flux of organic compounds from roots to soil fuels soil microbial activity (affecting processing of SOM).From the perspective of root physiology, a technique is described which uses genetically engineered bacteria to detect the distribution and amount of flux of particular compounds from single roots to non-sterile soils. Other experiments from several labs are noted which explore effects of elevated CO₂ on root acid phosphatase, phosphomonoesterase, and citrate production, all associated with phosphorus nutrition. From a soil perspective, effects of elevated CO₂ on the processing of SOM developed under a C4 grassland but planted with C3 California grassland species were examined under low (unamended) and high (amended with 20 g m^–2 NPK) nutrients; measurements of soil atmosphere 13C combined with soil respiration rates show that during vegetative growth in February, elevated CO₂ decreased respiration of carbon from C4 SOM in high nutrient soils but not in unamended soils.This emphasis on the impacts of carbon loss from roots on both NPP and SOM processing will be essential to understanding terrestrial ecosystem carbon storage under changing atmospheric CO₂ concentrations.Abbreviations SOM soil organic matter - NPP net primary productivity - NEP net ecosystem productivity - PNPP p-nitrophenyl phosphate     

Effects of rainfall events on soil CO2 flux in a cool temperate deciduous broad-leaved forest

The effects of rainfall events on soil CO₂ fluxes were examined in a cool temperate Quercus/Betula forest in Japan. The soil CO₂ fluxes were measured using an open-flow gas exchange system with an infrared gas analyzer in the snow-free season from August 1999 to November 2000. Soil CO₂ flux showed no significant diurnal trend on days without rain. In contrast, rainfall events caused a significant increase in soil CO₂ flux. To determine the effect of rainfall events and to evaluate more precisely the daily and annual soil carbon flux, we constructed a multiple polynomial regression model that included two variables, soil temperature and soil water content, using the soil CO₂ flux data recorded on sunny days. Daily soil carbon fluxes on sunny days calculated by the model were almost the same as those determined by the field measurements. On the contrary, the fluxes measured on rainy days were significantly higher than those calculated daily from the soil carbon fluxes by the model. Annual soil carbon fluxes in 1999 and 2000 were estimated using models that both do and do not take rainfall effects into consideration. The result indicates that post-rainfall increases in soil CO₂ flux represent approximately 16–21% of the annual soil carbon flux in this cool temperate deciduous forest.