关中平原作物秸秆不同还田方式对土壤有机碳和碳库管理指数的影响

以关中平原持续4年的小麦、玉米（麦玉）秸秆还田中长期定位试验为基础,研究了麦玉秸秆9种不同还田方式对土壤总有机碳（TOC）、活性有机碳（LOC）含量和活性有机碳分配比例（LOC/TOC）、总有机碳储量（SCS）及碳库管理指数（CPMI）的影响.结果表明： 麦玉秸秆还田均可显著提高土壤（0～30 cm）TOC、LOC含量和SCS,且土壤有机碳主要集中于耕层（0～20 cm）;麦玉秸秆双季还田的TOC、LOC含量和SCS显著高于单季还田和双季均不还田,其中,与双季均不还田相比,小麦秸秆粉碎还田 玉米秸秆深松还田的TOC、LOC含量和SCS提高幅度最显著.在0～10和10～20 cm土层中,小麦秸秆粉碎还田 玉米秸秆深松还田的CPMI显著高于其他处理,其中,小麦秸秆粉碎还田较其不还田可使CPMI提高19.1%和67.9%,玉米秸秆深松还田较其不还田可提高22.6%和32.4%.相关性分析显示,CPMI较LOC/TOC更能有效表征0～30 cm土层土壤有机碳的固持和转化关系.从提高本地区土壤有机碳固持量角度来看,小麦秸秆粉碎还田 玉米秸秆深松还田为最佳还田方式.     

不同退耕年限对菜子湖湿地表土有机碳组分与质量的影响

退耕还湿后土壤有机碳不同组分变化和有机碳质量的评价是退耕湿地生态恢复研究的重要内容。对安徽菜子湖湿地不同退耕年限(2、5、8、10和20a)的湿地土壤总有机碳(TOC)、颗粒态有机碳(POC)和矿物结合态有机碳(MOC)的含量与有机碳质量进行了研究。结果表明,随着退耕年限增加,土壤TOC、POC、MOC含量均有显著增加,且退耕后土壤有机碳增加过程中,以POC为代表的活性有机碳优先恢复,而以MOC为代表的稳定有机碳恢复相对滞后。随着退耕年限增加,POC/MOC、TOC和POC的层化比(SR)增加,反映有机碳的活性明显提高。退耕期间所增加的有机碳在组成上以易降解的POC为主,在分布上以易降解的表层有机碳居多,因此有机碳库的稳定性并未明显提高。通过计算碳库管理指数(CPMI),发现土壤质量随着退耕年数增加而提高,根据CPMI变化趋势线,土壤质量大约需要13a才能恢复到对照水平;退耕湿地生态恢复过程中,有机碳数量(碳库指数CPI)恢复较快,而有机碳质量(碳库活度指数AI)恢复需要较长的时间,二者分别需7.6和22.7a恢复到对照水平。     

虾池生态系各有机碳库的储量

1997年6～8月于山东省海阳市黄海集团公司养虾场,采用围隔实验生态学方法研究了虾池生态系各有机碳库的储量,结果表明:溶解有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)库储量(mgC/l)平均分别为9.95±2.04及3.10±1.60,DOC/POC比值平均为3.21.POC库中,腐质颗粒碳为总浮游生物碳的2倍.浮游植物碳、浮游动物碳、浮游细菌碳平均分别占总浮游生物碳的53%、13%及34%.腐质碳、总浮游生物碳平均分别占总有机碳(TOC)的92%及8%,腐质碳为总浮游生物碳的11.08倍.     

关中平原麦玉轮作体系作物秸秆不同还田模式下土壤有机碳和无机碳库变化特征

为探究不同秸秆还田模式对土壤碳库的影响,以陕西关中平原连续11年麦玉秸秆还田定位试验为基础,选择5种还田模式,即秸秆均不还田(CK)、小麦高留茬-玉米秸秆粉碎还田(WH-MC)、小麦玉米秸秆均粉碎还田(WC-MC)、小麦高留茬-玉米秸秆不还田(WH-MN)和小麦秸秆粉碎还田-玉米秸秆不还田(WC-MN),测定不同模式土壤有机碳(SOC)、活性碳组分和无机碳(SIC)在0～40 cm土层的分布。结果表明: 与CK相比,WH-MC和WC-MC的SOC储量分别增加28.1%和22.2%,SIC储量分别增加20.4%和17.3%;与试验初始土壤碳储量相比,各还田模式SOC固持量变化为-0.84～6.55 t·hm^-2,SIC固持量为-0.26～8.61 t·hm^-2;土壤总固碳效率为7.5%,维持土壤初始碳储量水平的最小碳投入量为4.65 t·hm^-2·a^-1;与CK相比,WH-MC和WC-MC显著提升0～20 cm土层活性碳组分含量。主成分分析表明,不同还田模式下土壤碳库变化主要受秸秆投入量的影响。来源于灌溉水和植物残体的Ca²⁺、Mg²⁺与SOC矿化产生的CO₂可共沉淀形成CaCO₃,可能是本研究SIC增加的主要机制。从提高土壤碳固持角度来看,小麦高留茬-玉米秸秆粉碎还田模式为最佳还田模式。     

不同耕法和培肥措施组合对农田有机碳的影响

通过2009-2012年在河北吴桥开展旋耕、深松、翻耕、免耕4种耕法以及有机肥、秸秆、化肥3种培肥措施的田间定位试验,分析了0 ～ 20 cm耕层土壤总有机碳(TOC)和颗粒有机碳(POC)的变化.结果表明:连年进行耕作处理不同程度地降低了土壤碳的固定,免耕相对能够较好地维持耕层土壤碳的固定;与连续免耕相比,深松一年后免耕2年能够使土壤截留更多的碳,且深松一年后免耕2年处理的TOC和POC比连续免耕3年的处理分别高8％和2％;翻耕一年后免耕2年有利于土壤碳的恢复,其TOC与连续3年免耕的TOC比值能够从0.74恢复到0.93,其POC与连续3年免耕的POC比值能够从0.59恢复到0.94.维持耕层土壤碳固定效果最好的培肥措施是有机肥+化肥,其次是秸秆+化肥,单施化肥最差.综合来看,在华北平原有利于土壤碳固定的耕法和培肥措施组合是,深松一次后施行2年的免耕,同时配合有机肥或秸秆还田.     

不同冬季覆盖作物对双季稻田土壤有机碳的影响

以冬闲-双季稻种植模式为对照(CK),分析了黑麦草-双季稻(Ry)、紫云英-双季稻(Mv)、马铃薯-双季稻(Po)和油菜-双季稻(Ra)5种不同种植模式下冬季覆盖作物秸秆还田后对0～5、5～10、10～20 cm土壤有机碳、活性有机碳、碳库管理指数和有机碳储量的影响.结果表明:与CK处理相比,黑麦草、紫云英、马铃薯和油菜秸秆还田处理均提高了稻田0～5、5～10、10～20 cm土壤总有机碳和活性有机碳含量,其中Po处理最高.冬季覆盖作物秸秆还田均提高了稻田不同层次土壤的碳库活度、碳库活度指数、碳库指数和土壤碳库管理指数,其大小顺序均表现为Po>Mv>Ry>Ra>CK.不同冬季覆盖作物秸秆还田处理与CK处理相比均有利于提高稻田不同层次土壤有机碳储量,其中以紫云英秸秆还田的效果最好,黑麦草和马铃薯次之;各处理稻田土壤有机碳储量均随土壤深度的增加而递增.     

生态恢复对红壤侵蚀地土壤有机碳组成及稳定性的影响

为了研究红壤侵蚀区生态恢复过程中土壤有机碳的组成与动态变化,选择红壤侵蚀区生态恢复10 a和30 a的马尾松林为对象,以侵蚀裸地和次生林为对照,应用土壤有机碳物理分组方法,研究了侵蚀地植被恢复过程中表层土壤粗颗粒态有机碳(cPOC)、细颗粒态有机碳(f POC)和矿质结合有机碳(MOC)含量及POC/MOC比值的变化。结果表明:生态恢复显著提高了土壤有机碳含量(P0.05),土壤中不同组分有机碳含量也相应增加。生态恢复10 a,土壤有机碳主要以f POC形式积累,cPOC和MOC没有显著变化,其中0—10 cm土层POC占总土壤有机碳(SOC)比例高达64.1%,但稳定性较差。与恢复10 a相比,生态恢复至30 a时,0—10 cm土壤f POC含量相对不变,cPOC和MOC含量均显著增加(P0.05),10—20 cm土壤f POC和MOC增加量达到显著水平,而cPOC含量仍未显著增加,说明生态恢复过程中土壤固碳模式符合SOC饱和理论。生态恢复过程中土壤POC/MOC比值呈先升高后降低的趋势,且表层土壤大于亚表层土壤,说明随着生态恢复时间的增加,土壤有机碳稳定性逐渐提高,且亚表层土壤高于表层。因此,生态恢复对于侵蚀地碳固定的长期有效性具有重要意义。     

麦秸秆全量还田对稻田土壤溶解有机碳含量和水稻产量的影响

以南粳44为供试材料,在粘土和砂土土壤中,设置麦秸秆不还田和全量还田(6000kg·hm-2)及3种施氮量(0、225、300 kg·hm-2)试验,研究了麦秸秆全量还田的腐解率和有机碳释放量动态变化,及其对稻田0~45 cm土壤溶解有机碳(DOC)含量和水稻产量的影响.结果表明:麦秸秆还田的前期(0~30 d)其腐解率和有机碳释放量最高,腐解率为35.0%(粘土)和31.7%(砂土),有机碳释放率为34.1%(粘土)和33.1%(砂土);30 d后两者均减小.施用氮肥可显著促进秸秆腐解和有机碳释放量,粘土中麦秸秆腐解率和有机碳释放量明显大于砂土.麦秸秆还田后土壤DOC含量逐渐增加,至25 d达最大值,粘土和砂土分别为60.18和56.62 mg·L-1,此后逐渐减小并趋于稳定.麦秸秆还田处理15 cm处土壤DOC含量显著高于未还田处理,但两者在30和45 cm处土壤DOC含量差异不显著,说明秸秆还田主要增加了稻田0~15 cm土层DOC含量.与不施氮处理相比,施氮处理土壤DOC含量降低,2种施氮处理间差异不显著.秸秆还田减少了水稻前期分蘖发生量,显著降低了有效穗数,增加了穗粒数、结实率和千粒重,显著提高了水稻产量.     

秸秆全量还田对稻田土壤溶解有机碳含量和水稻产量的影响

以南粳44为供试材料,在粘土和砂土土壤中,设置麦秸秆不还田和全量还田(6000 kg·hm^-2)及3种施氮量(0、225、300 kg·hm^-2)试验,研究了麦秸秆全量还田的腐解率和有机碳释放量动态变化,及其对稻田0～45 cm土壤溶解有机碳(DOC)含量和水稻产量的影响.结果表明： 麦秸秆还田的前期(0～30 d)其腐解率和有机碳释放量最高,腐解率为35.0%(粘土)和31.7%(砂土),有机碳释放率为34.1%(粘土)和33.1%(砂土);30 d后两者均减小.施用氮肥可显著促进秸秆腐解和有机碳释放量,粘土中麦秸秆腐解率和有机碳释放量明显大于砂土.麦秸秆还田后土壤DOC含量逐渐增加,至25 d达最大值,粘土和砂土分别为60.18和56.62 mg·L^-1,此后逐渐减小并趋于稳定.麦秸秆还田处理15 cm处土壤DOC含量显著高于未还田处理,但两者在30和45 cm处土壤DOC含量差异不显著,说明秸秆还田主要增加了稻田0～15 cm土层DOC含量.与不施氮处理相比,施氮处理土壤DOC含量降低,2种施氮处理间差异不显著.秸秆还田减少了水稻前期分蘖发生量,显著降低了有效穗数,增加了穗粒数、结实率和千粒重,显著提高了水稻产量.     

生态恢复对石漠化地区土壤有机碳累积特征及其机制的影响

为从土壤碳组分对团聚体及其结合有机碳的影响的角度去解析生态恢复下土壤有机碳积累特征及其机制,以典型干热河谷石漠化地区生态恢复措施（次生林,15-20a;花椒林,15-20a）和对照耕地（>50 a）为研究对象,测定0-10 cm和10-20 cm土层土壤有机碳（SOC）、颗粒有机碳（POC）、易氧化有机碳（EOC）、矿物结合有机碳（MOC）、非活性有机碳（NLOC）、团聚体、团聚体有机碳含量,研究了生态恢复对SOC及组分、团聚体以及团聚体有机碳的影响。结果表明：①与耕地相比,生态恢复显著增加0-20 cm土层SOC及组分的含量与储量（MOC除外）,含量与储量的增幅范围为10.4%-151.7%和6.3%-134.5%,其中POC、EOC含量和储量增幅最大,且POC、EOC与SOC相关性较强;②生态恢复显著提高>2 mm团聚体数量、MWD和MGD,其中以次生林0-10 cm土层的增幅最大（379.3%、172.0%、265.2%）;③生态恢复显著增加各粒径团聚体有机碳含量,团聚体有机碳含量增幅随团聚体粒径增大而减小,然而生态恢复后>2 mm团聚体有机碳贡献率显著上升,<2 mm团聚体有机碳贡献率显著减小,土壤团聚体对有机碳的贡献率转为以>2 mm团聚体贡献为主,且>2 mm团聚体数量的显著增加是>2 mm团聚体有机碳贡献率高的主要原因;④土壤SOC、POC、EOC、NLOC与>2 mm团聚体数量、MWD、MGD、>2 mm团聚体有机碳贡献率显著正相关（P<0.05）,其中POC、EOC与这些指标的相关性较强（P<0.01）。此外,从土壤有机碳及组分、团聚体数量及稳定性、>2 mm团聚体有机碳贡献率的增幅来看,自然恢复措施（次生林）较人工种植恢复措施（花椒林）增幅较大。     

秸秆还田条件下盐渍土团聚体中有机碳化学结构特征

为揭示秸秆还田后盐渍土团聚体中有机碳分布规律和化学结构特征,本研究以苏打碱化潮土为对象,于2020年设置0(CK)、2100(ST₁)、4200(ST₂)、6300(ST₃)、8400(ST₄)和10500 kg·hm^-2(全量还田,ST₅)6个不同秸秆还田用量处理,通过物理分组方法并结合红外光谱技术,测定土壤各粒级团聚体及内部不同组分有机碳含量和红外光谱特征。结果表明: 1)随着秸秆还田量增加,土壤及各级团聚体有机碳含量均呈增加趋势。2)不同秸秆还田处理均显著提高了53～250 μm团聚体轻组有机碳(LOC)含量;与CK相比,ST₃、ST₄处理显著提高250～2000 μm团聚体中矿物结合有机碳(MOC)和53～250 μm团聚体中细颗粒有机碳(fPOC)含量;团聚体内部不同组分有机碳含量由高到低均表现为: LOC>MOC>POC;250～2000 μm团聚体内部fPOC含量高于粗颗粒有机碳(cPOC)含量。3)主成分分析结果显示,秸秆还田对团聚体不同组分有机碳化学结构的影响较小,有机碳化学结构差异主要受粒级的影响。4)>250 μm粒级团聚体有机碳主要来源于芳香碳和多糖,53～250 μm粒级团聚体有机碳主要来源于单糖和多糖等碳水化合物,<53 μm黏粒有机碳主要来源于脂肪碳、烷基碳、芳香碳和酚醇化合物;不同粒级团聚体内部LOC主要来源于脂肪碳、芳香碳、酚醇化合物,颗粒有机碳(POC)主要来源于碳水化合物,MOC主要来源于烷基碳。综上,秸秆还田短期内能够提高土壤团聚体有机碳含量,但对团聚体有机碳化学结构无显著影响,且不同团聚体内部相同粒级组分有机碳化学结构相似,随着粒径减小,有机碳含量增加,化学结构趋于稳定。因此,秸秆还田短期内可促进盐渍土团聚体对有机碳的固定,但不改变有机碳化学结构特征,同时,土壤有机碳在团聚体中的存在位置和受保护程度是影响有机碳化学结构的主要因素。     

降水变率对森林土壤有机碳组分与分布格局的影响

2006年12月-2008年6月,通过加倍降水、自然降水和去除降水3种处理的人工控制试验,研究了降水变率改变对南亚热带不同演替阶段的季风常绿阔叶林、针阔叶混交林和马尾松针叶林土壤有机碳组分与空间分布格局的影响.结果表明：在3种降水强度条件下,相同森林类型的同一层次土壤总有机碳（TOC）含量差异不显著（P>0.05）;去除降水处理下土壤表层（0～10 cm）颗粒有机碳（POC）和轻组有机碳(LFOC)含量有明显的积累趋势,加倍降水和自然降水处理下增加了POC、LFOC向下层土壤（10～20 cm、20～30 cm、30～50 cm）的运输;去除降水处理下,马尾松林土壤易氧化有机碳（ROC）含量显著高于降水处理（P<0.05）;演替早期森林土壤的POC、ROC、LFOC占总有机碳的比例大于演替后期土壤,不利于土壤有机碳的存埋.森林土壤总有机碳含量变化缓慢,而其活性有机碳组分（POC、LFOC、ROC）对降水变率改变的响应更敏感.     

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.     

Duration of mulching caused variable pools of labile organic carbon in a Phyllostachys edulis plantation

Aims Soil total organic carbon and labile organic carbon are important indicators in evaluating soil quality. Mulching is widely applied to promote the emergence of bamboo shoot in winter time through stand management. Yet the consequences of mulching on soil quality in Phyllostachys edulis have not been well studied. We aim at the quantitative effect of mulching duration on soil quality in P. edulis stands.
Methods Several P. edulis stands located in Huangyan District of Taizhou, Zhejiang Province of China, had been applied with mulching for 1-2 years and were used in this study to assess the mulching effects. We also selected stands without mulching treatment as the reference sites (or control, CK) for comparisons.||||Important findings Total soil organic carbon (TOC), light fraction organic matter (LFOM), and easily-oxidized carbon (EOC) contents at stands with 1-year and 2-year mulching treatments were significantly increased compared with those at the CK sites. The 1-year mulching increased TOC, LFOM and EOC by 11.2%-74.2%, 31.7%-196.9% and 5.0%-79.6%, respectively, than those of CK sites, while by 22.2%-90.8%, 36.7%-238.5%, and 21.9%-97.5% with 2-year treatment. However, the contents of water-soluble organic carbon (WSOC) changed insignificantly. Among the indicators, we found that WSOC:TOC in CK was higher than that with the mulching treatments, while EOC:TOC with 1-year treatment was higher than that with 2-year treatment, and EOC:TOC with 2-year treatment was higher than that of CK. Additionally, WSOC, EOC, and LFOM at all three treatments showed high correlations with TOC, with a higher correlation coefficient of WSOC with TOC of 0- 30 cm soil layers in CK than those with mulching treatments. The correlation coefficient of EOC and LFOM with TOC was the highest at the 2-year mulching sites. More importantly, TOC, WSOC, EOC, and LFOM were significantly (p < 0.05), or extremely significantly (p < 0.01), correlated with soil nutrient content, including total N, hydrolysis N, available P, available K, exchangeable Ca, and exchangeable Mg in all treatments. In sum, it appeared that mulching in short term can increase the contents of TOC, soil labile organic carbons and soil nutrients in bamboo soils, yielding an improved soil quality and thus can be promoted as a plausible practice for the sustainable management of P. edulis stands.     

不同秸秆还田量和氮肥配施对玉米田土壤CO2排放的影响

探讨不同秸秆还田量和氮肥量配施对辽西北半干旱区玉米田土壤CO₂排放的影响,可为固碳减排和黑土地保护计划的实施提供理论支撑。本试验主区设置3个秸秆还田水平,分别为3000(S₁)、6000(S₂)和9000 kg·hm^-2(S₃,秸秆全量还田);副区设置3个氮肥施用水平,分别为105(N₁)、210(N₂,常规施氮量)和420 kg N·hm^-2(N₃),另设置不施氮肥不添加秸秆的对照处理(CK),共10个处理。采集定位试验4年后玉米田间土壤,通过培养试验,探究不同处理对玉米田土壤CO₂排放的影响及CO₂排放与土壤溶解性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)的关系。结果表明: 秸秆还田和氮肥施用均会促进玉米田土壤CO₂排放,并随秸秆还田量和施氮量的增加而显著增加,其中氮肥施用是促进玉米田土壤CO₂排放的最主要因素;秸秆还田与氮肥配施通过促进微生物生物量增加并加剧DOC消耗来促进玉米田土壤CO₂排放;MBC和DOC含量显著刺激玉米田土壤CO₂排放,且主要受两者培养前期含量的影响。从保障秸秆还田培肥地力同时减少CO₂排放的角度考虑,210 kg N·hm^-2常规施氮量与6000 kg·hm^-2秸秆还田配合施用(N₂S₂)是本试验条件下辽西北半干旱区最有潜力的田间施肥模式。