双季稻田冬季种植模式对土壤有机碳和碳库管理指数的影响

为探讨冬季覆盖作物还田对稻田土壤碳库的影响,通过冬季种植油菜、紫云英、黑麦草、马铃薯,并以冬闲为对照进行大田试验,测定了不同冬季作物模式下早稻和晚稻的土壤有机碳、活性有机碳含量,并计算了稳态碳、碳库活度、活度指数、碳库指数和土壤碳库管理指数.结果表明:冬季作物还田增加了土壤有机碳含量,早稻和晚稻后的土壤有机碳含量比对照分别提高了1%～8%和3%～18%;油菜、黑麦草和紫云英还田均促进了土壤活性有机碳含量的增加,早稻后增加16.2%～84.2%,晚稻后增加24.4%～28.1%;冬季作物还田增加了土壤碳库管理指数,增加幅度为1.4%～41.8%.综上所述,冬种作物还田有利于提高土壤的固碳效应,并提升土壤质量,以种植黑麦草、紫云英的综合效果较佳.     

有机物料还田对双季稻田土壤有机碳及其活性组分的影响

有机物料还田是提升农田土壤有机碳、培肥土壤的重要措施。为探讨不同有机物料的还田效果,采用室外培养方法,研究了在等碳输入条件下,施用水稻秸秆、紫云英、生物有机肥、猪粪和水稻秸秆生物炭对洞庭湖双季稻区潮土有机碳和活性有机碳组分含量的影响。结果表明: 经过180 d的培养试验,与不施用有机物料相比,施用有机物料提高了土壤活性有机碳含量。生物有机肥、猪粪和水稻秸秆生物炭处理分别使土壤有机碳含量显著提升了26.1%、9.7%和30.7%,水稻秸秆和紫云英对土壤有机碳含量的提升效应在试验期间并不显著。水稻秸秆和紫云英还田更有利于土壤可溶性有机碳和微生物生物量碳的积累,猪粪更有利于土壤可溶性有机碳的积累,生物有机肥更有利于土壤微生物生物量碳和易氧化有机碳的积累,水稻秸秆生物炭则更有利于土壤微生物生物量碳和轻组有机碳的积累。与水稻秸秆还田相比,紫云英、生物有机肥、猪粪和水稻秸秆生物炭还田使土壤碳库管理指数分别提高了31.8%、111.6%、62.2%和50.7%。从土壤固碳和土壤碳库管理指数来看,生物有机肥、猪粪和水稻秸秆生物炭的还田效果优于水稻秸秆和紫云英还田。     

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.     

不同年限免耕秸秆覆盖对土壤活性有机碳和碳库管理指数的影响

为探明渭北旱塬免耕秸秆覆盖对春玉米田土壤活性有机碳(LOC)、碳库管理指数(CMI)和作物产量的影响,进而明确该区免耕覆盖的适宜年限,于2001-2010年在陕西合阳县旱农试验站,设置了不同年限处理:1年(S1)、3年(S3)、5年(S5)、8年(S8)和10年(S10)的免耕秸秆覆盖定位试验,以常规耕作(CK)和10年免耕不覆盖(CK)为对照.结果表明:与CK相比,S1、S3、S5、S8和S10处理0～10 cm土层土壤有机碳(TOC)质量分数分别提高7.6％、13.5％、25.4％、48.6％和79.0％:LOC分别提高40.1％、51.5％、102.4％、78.4％和75.3％;CMI分别提高49.4％、61.2％、126.8％、85.4％和75.3％.春玉米产量、全氮、全磷和有效磷分别与LOC和CMI呈极显著相关(P＜0.01),而与TOC无显著相关性.本研究表明,LOC和CMI较TOC更能快速准确地反映不同年限免耕覆盖对土壤碳库和玉米产量的影响,可以作为渭北旱塬免耕秸秆覆盖生态效应的评价指标,且该区覆盖年限以5～8年为宜.     

南方不同“冬种+双季稻”种植模式对土壤有机碳和作物产量的影响

设置了冬闲-双季稻、紫云英-双季稻、油菜-双季稻、大蒜-双季稻,马铃薯、紫云英、油菜轮作接茬双季稻5个处理,通过3年(2013—2015)大田试验,系统研究了双季稻田冬季复种对产量和土壤有机碳、活性有机碳及碳库管理指数等的影响。结果表明:冬种作物早稻产量均高于对照,晚稻产量除冬种油菜有所降低外,其他各冬作处理均高于对照。各冬种处理土壤总有机碳、活性有机碳、可溶性有机碳、微生物量碳含量和碳库指数较冬闲处理均有显著提高。土壤碳库管理指数除了冬季作物轮种处理外,其他冬种处理较冬闲处理均有显著提高。土壤总有机碳与活性有机碳和微生物量碳之间呈极显著相关,与可溶性有机碳和碳库管理指数存在显著相关,碳库活度和碳库活度指数各冬种处理也有所提高,但影响不显著。     

不同树龄香榧土壤有机碳特征及其与土壤养分的关系

该研究以浙江省诸暨市的香榧国家森林公园5个树龄段(0~50、50~100、100~300、300~500和500a以上)的香榧(Torreyagrandis)为研究对象,通过野外采集土壤样品,分析其0~20、20~40、40~60cm土层土壤总有机碳(TOC)、易氧化碳(ROC)、轻组有机质(LFOM)及土壤养分含量,探讨不同树龄香榧土壤有机碳变化规律,为香榧林的土壤质量评价与持续利用,以及香榧古树的保护提供理论依据。结果表明:(1)不同树龄香榧土壤的总有机碳、易氧化碳和轻组有机质含量均随香榧树龄的增加呈先增大后减小的趋势,且300~500a生的数值最大,但易氧化碳与轻组有机质含量在各树龄间的差异不明显。(2)不同树龄香榧土壤中易氧化碳占总有机碳的比例总体表现为:50~100a0~50a100~300a300~500a500a以上(0~20cm土层除外)。(3)各树龄段香榧土壤易氧化碳和轻组有机质含量与土壤总有机碳之间的相关性均达到极显著水平;不同树龄段香榧土壤总有机碳、各活性有机碳组分与全氮(TN)、水解性氮(AN)、有效磷(AP)之间的相关性较好(0~50a生除外),与速效钾(AK)、交换性钙(Ca)和交换性镁(Mg)之间的相关性较差(500a以上除外);500a以上香榧土壤总有机碳、各活性有机碳组分与土壤养分的相关性均达到极显著水平。     

冬季覆盖作物秸秆还田对双季稻田根际土壤微生物群落功能多样性的影响

微生物群落功能多样性是土壤质量变化重要的指标,不同作物类型的秸秆还田措施对土壤微生物群落功能多样性具有明显的影响。以位于双季稻主产区不同冬季覆盖作物-双季稻种植模式大田定位试验田为研究对象,以冬闲-双季稻种植模式为对照(CK),应用Biolog-GN技术开展黑麦草-双季稻(Ry)、紫云英-双季稻(Mv)、油菜-双季稻(Ra)和马铃薯-双季稻(Po)种植模式条件下不同冬季覆盖作物秸秆还田后对双季稻田根际土壤微生物功能多样性影响的研究。研究结果表明,早稻和晚稻成熟期,与CK处理相比,冬季覆盖作物秸秆还田处理增加了稻田土壤碳源平均颜色变化率(AWCD),以Po处理AWCD均为最高,均显著高于Ry和CK处理。不同冬季覆盖作物秸秆还田处理土壤微生物代谢多样性指数表现出明显的差异,早稻成熟期,Po处理的Richness、Shannon和McIntosh指数均为最高,其次为Ry、Mv和Ra处理,CK处理最低;晚稻成熟期,各处理的Richness、Shannon和McIntosh指数大小顺序均表现为PoRaMvRyCK。土壤微生物碳源利用的主成分分析结果表明,各冬季覆盖作物秸秆还田处理根际土壤微生物利用的主要碳源为氨基酸类和糖类物质,不同处理间碳源利用类型有差异。冬季覆盖作物秸秆还田措施有利于提高双季稻田根际土壤微生物对碳源的利用能力、物种丰富度和均匀度。     

黄土高原小流域不同地形下土壤有机碳分布特征

研究了黄土高原小流域尺度塬面、坡地、沟道和梯田4种地形条件下土壤有机碳总量和活性组分的分布、储量及碳库管理指数的差异.结果表明,小流域土壤有机碳和不同活性有机碳的变异系数介于32％-70％之间,表现出中到高度的变异特征.4种地形下各组分有机碳含量和储量以塬面土壤最高,沟道土壤最低,并随土层深度的增加而降低,降低程度随有机碳活性增强而增加.以塬面土壤为对照所获得的碳库管理指数可灵敏指示有机碳对地形条件的响应特征,中活性有机碳库管理指数的指示效果最好.研究结果可部分解释黄土高原土壤有机碳地带性分布特征.     

长期不同施肥措施对双季稻田土壤活性有机碳组分和水解酶活性的影响

施肥是改善土壤质量、提高土壤肥力和影响土壤微生物多样性的关键措施.为了探明南方双季稻区长期不同施肥处理下稻田土壤活性有机碳组分和水解酶活性的变化特征,本研究以34年大田定位试验为平台,设置化肥(MF)、秸秆还田+化肥(RF)、30％有机肥+70％化肥(OM)3个处理,并以无肥处理为对照(CK),分析了长期不同施肥处理下...     

土地利用方式对土壤活性碳库和碳库管理指数的影响

以江西省安福县15年利用历史的撂荒地和3种林地(毛竹人工林、木荷次生林、杉木人工林)等土地利用方式为研究对象,探讨土地利用方式对活性有机碳库以及碳库管理指数的影响。结果表明:(1)不同样地土壤活性有机碳库的大小顺序为毛竹人工林(14.56 t·hm-2)木荷次生林(14.41 t·hm-2)杉木人工林(13.39 t·hm-2)撂荒地(9.53 t·hm-2),3种林地均显著高于撂荒地。(2)土地利用方式转变成林地后土壤总有机碳含量、活性有机碳含量、稳定态碳含量、碳库指数均有大幅度提高,木荷次生林土壤碳库活度、碳库活度指数值均最大,毛竹人工林氧化稳定系数最大,以撂荒地作为参考计算出不同土地利用方式土壤碳库管理指数值,排列顺序为:木荷次生林(184.61)毛竹人工林(172.58)杉木人工林(150.50)撂荒地(100)。(3)林地对土壤更具有培肥作用,处于良性管理状态,尤其以木荷次生林最佳。     

施氮和冬种绿肥对土壤活性有机碳及碳库管理指数的影响

为探讨冬季绿肥改良土壤的生态效应及确定合适比例的氮肥与绿肥翻压量,在“冬季绿肥 双季稻”复种型农作制度基础上,设置4×4双因素试验,研究不同紫云英翻压量和施氮水平对土壤活性有机碳库各组分及碳库管理指数的影响.结果表明： 单施绿肥能够显著促进土壤总有机碳和活性有机碳的累积.与对照相比,单施绿肥处理土壤总有机碳含量和活性有机碳含量分别平均增加22.2%、26.7%,但单施氮肥处理的土壤有机碳含量下降了0.6%～3.4%.与不施肥相比,单施绿肥和绿肥氮肥配施处理的土壤碳库管理指数分别平均增加了24.55和15.17,而单施氮肥处理减少了2.59.单施绿肥、绿肥氮肥配施和单施氮肥处理的土壤平均微生物生物量碳分别比对照高54.0%、95.2%和14.3%.活性有机碳含量与碳库管理指数存在极显著（P＜0.01）的相关性,与可溶性有机碳、微生物生物量碳也存在显著的相关性（P＜0.05）.水稻产量与活性有机碳含量和碳库管理指数均存在极显著的相关性,且相关系数明显大于总有机碳.可见在当地土壤肥力条件下,施有机肥或有机无机肥适当配施能提高土壤有机碳含量和土壤碳库管理指数,有利于改善土壤质量,提高土壤肥力.     

油蒿(Artemisia ordosica)光化学量子效率和非光化学淬灭的动态及其影响因子

叶绿素荧光的测定是探究干旱半干旱区沙生植物对环境变化响应的重要手段,叶绿素荧光的动力学研究对认识植物适应环境胁迫的生理生态过程与机制具有重要意义。本文于2012年6—10月研究了宁夏盐池油蒿(Artemisia ordosica)的光化学量子效率(Φ)和非光化学淬灭(NPQ)的季节变化和日变化,及其与光合有效辐射(PAR)、相对湿度(RH)和空气温度(Ta)的关系。结果表明:在观测期内,油蒿的Φ随PAR和Ta升高而降低,随RH的升高而升高,NPQ的变化与Φ相反;在日变化尺度,油蒿的Φ(R20.92)和NPQ(R20.90)与PAR紧密相关,而与空气温度(Ta)和相对湿度(RH)的日变化存在3~4 h的滞后;此外,在相同PAR下,生长季前期的Φ大于后期,生长季旺期的NPQ大于末期;因此,PAR、Ta和RH对Φ和NPQ均有影响。     

不同耕作方式和秸秆还田对麦田土壤有机碳含量的影响

通过两个生长季试验,研究了不同耕作方式和秸秆还田及其交互效应对小麦全生育期0～20 cm土壤有机碳含量的影响.结果表明：小麦不同生育时期0～20 cm土层有机碳含量呈明显的动态变化;秸秆还田各处理的有机碳含量都高于无秸秆还田处理;保护性耕作措施土壤有机碳增加量显著高于传统翻耕.除传统翻耕处理外,各处理0～10 cm土层的有机碳含量都高于10～20 cm土层,秸秆还田各处理0～10 cm土层有机碳含量表现为深松(PS)＞旋耕(PR)＞免耕(PZ)＞耙耕(PH)＞传统翻耕(PC),而10～20 cm土层表现为传统翻耕(PC)＞深松(PS)＞旋耕(PR)＞耙耕(PH)＞免耕(PZ),说明保护性耕作措施能提高0～10 cm土层的有机碳含量.多因素方差分析表明：耕作因素、秸秆因素和两者交互效应在不同生育期对0～20 cm土层的有机碳含量都有显著影响.     

Assessing long-term impacts of cover crops on soil organic carbon in the central US Midwestern agroecosystems

Cover crops have been reported as one of the most effective practices to increase soil organic carbon (SOC) for agroecosystems. Impacts of cover crops on SOC change vary depending on soil properties, climate, and management practices, but it remains unclear how these control factors affect SOC benefits from cover crops, as well as which management practices can maximize SOC benefits. To address these questions, we used an advanced process-based agroecosystem model, ecosys, to assess the impacts of winter cover cropping on SOC accumulation under different environmental and management conditions. We aimed to answer the following questions: (1) To what extent do cover crops benefit SOC accumulation, and how do SOC benefits from cover crops vary with different factors (i.e., initial soil properties, cover crop types, climate during the cover crop growth period, and cover crop planting and terminating time)? (2) How can we enhance SOC benefits from cover crops under different cover crop management options? Specifically, we first calibrated and validated the ecosys model at two long-term field experiment sites with SOC measurements in Illinois. We then applied the ecosys model to six cover crop field experiment sites spanning across Illinois to assess the impacts of different factors on SOC accumulation. Our modeling results revealed the following findings: (1) Growing cover crops can bring SOC benefits by 0.33 ± 0.06 MgC ha⁻¹ year⁻¹ in six cover crop field experiment sites across Illinois, and the SOC benefits are species specific to legume and non-legume cover crops. (2) Initial SOC stocks and clay contents had overall small influences on SOC benefits from cover crops. During the cover crop growth period (i.e., winter and spring in the US Midwest), high temperature increased SOC benefits from cover crops, while the impacts from larger precipitation on SOC benefits varied field by field. (3) The SOC benefits from cover crops can be maximized by optimizing cover crop management practices (e.g., selecting cover crop types and controlling cover crop growth period) for the US Midwestern maize–soybean rotation system. Finally, we discussed the economic and policy implications of adopting cover crops in the US Midwest, including that current economic incentives to grow cover crops may not be sufficient to cover costs. This study systematically assessed cover crop impacts for SOC change in the US Midwest context, while also demonstrating that the ecosys model, with rigorous validation using field experiment data, can be an effective tool to guide the adaptive management of cover crops and quantify SOC benefits from cover crops. The study thus provides practical tools and insights for practitioners and policy-makers to design cover crop related government agricultural policies and incentive programs for farmers and agri-food related industries.     

不同水旱复种轮作方式对稻田土壤有机碳及其组分的影响

通过连续2年的田间试验,研究不同水旱复种轮作方式对土壤有机碳及其组分的影响.结果表明: 稻田2年水旱复种轮作后的土壤总有机碳(TOC)呈现先升高后下降的趋势,易氧化有机碳(ROC)分蘖期最高、成熟期最低,土壤微生物生物量碳(SMBC)在分蘖期最高,可溶性有机碳(DOC)则在成熟期达到最高.土壤TOC的差异变化最大值和最小值分别出现在孕穗期和成熟期,ROC出现在返青期和孕穗期,DOC出现在成熟期和返青期,SMBC出现在分蘖期和返青期.“冬闲-早稻-晚稻→冬闲-早稻-晚稻”的土壤TOC、DOC变化幅度最大,“紫云英-早稻-晚稻→油菜-花生-晚稻”的土壤ROC变化幅度最大,“蔬菜-花生/玉米-晚稻→紫云英-早稻-晚稻”模式的SMBC变化幅度最大.“马铃薯-玉米/大豆-晚稻→蔬菜-花生/玉米-晚稻”在孕穗期的TOC含量较高;“紫云英-早稻-晚稻→油菜-花生-晚稻”能在晚稻生长的前期和中期积累较多的土壤ROC;“油菜-花生-晚稻→马铃薯-玉米/大豆-晚稻”在返青期和成熟期的土壤DOC含量较高,在孕穗期和抽穗期的SMBC较高.土壤各有机碳及其组分的大小关系为:TOC>ROC>SMBC>DOC.可见在当地土壤肥力条件下,水旱复种轮作方式能提高土壤有机碳及其组分的含量,有利于改善土壤质量,提高土壤肥力.     

红壤侵蚀地不同人工恢复林对土壤总有机碳和活性有机碳的影响

土壤有机碳尤其是活性有机碳可快速反映土壤肥力和土壤质量的恢复程度。研究了南方红壤侵蚀地3种典型人工恢复林(马尾松与阔叶复层林(Pinus massoniana-broadleaved multiple layer forest(PB))、木荷与马尾松混交林(Schima superba-Pinus massoniana mixed forest(SP))、阔叶混交林(broad-leaved mixed forest(BF)))土壤(0—60 cm)总有机碳和不同活性有机碳的垂直分布特征及其差异。结果表明:不同恢复林分土壤总有机碳(SOC)含量和有机碳储量均表现为PBSPBF,均随土层深度的增加而逐渐降低;土壤表层有机碳富集系数为0.49—0.55,表明表层土壤具有较高的有机碳恢复水平和保持强度。不同林分土壤易氧化有机碳(ROC)、水溶性有机碳(DOC)和微生物量碳(MBC)含量变化范围为0.92—9.17 g/kg、535.89—800.46 mg/kg和27.24—261.31 mg/kg,且均随土层深度的增加而降低,土壤活性有机碳含量总体以BF较高。土壤活性有机碳分配比例以ROC/SOC最高,DOC/SOC次之,MBC/SOC最低,且随土层深度的增加,ROC/SOC的值呈逐渐降低趋势,DOC/SOC的值却呈逐渐升高趋势,MBC/SOC(微生物熵)则变化规律不明显;不同林分间土壤活性有机碳分配比例以BF最高,表明阔叶混交林更有利于活性碳的积累。因此,对于红壤侵蚀地森林恢复初期,可适当密植和立体种植,以提高土壤碳储量和土壤肥力,并在马尾松等先锋树种林分中补植阔叶树种,以增加土壤活性有机碳含量,从而有利于退化生态系统土壤速效养分和土壤功能的快速恢复。