稻田土壤氧化态有机碳组分变化及其与甲烷排放的关联性

稻田土壤有机碳是甲烷排放的关键底物之一,不同研究者由于采取的有机碳研究方法不同而得出稻田甲烷排放与土壤有机碳关系的结论不一.为明确影响稻田甲烷排放的土壤有机碳组分,设计了稻田施用不同外源有机碳(稻草还田、鸡粪和猪粪)的田间试验,对稻田甲烷排放和土壤有机碳组分的动态变化及其关联性进行监测和分析.结果表明,猪粪处理的甲烷排放与化肥处理无显著差异,而鸡粪和稻草2个处理的甲烷排放分别比化肥增加1.67倍(P＜0.05),2.69倍(P＜0.05);甲烷排放量与土壤易氧化有机碳含量显示相同顺序:稻草＞鸡粪＞猪粪＞化肥;通径分析表明,土壤易氧化有机碳组分1(被33 mmol/L KMnO4氧化的有机碳)与甲烷排放直接相关,其他有机碳组分仅通过组分1间接作用于水稻生育后期甲烷排放,且排放量较低.由此推断,易氧化有机碳组分1是甲烷排放的主要底物,通过有效措施降低肥源中易氧化态有机碳组分1是减排甲烷的关键技术之一.     

杜邦正式投产世界最大纤维素乙醇工厂

<正>2015年10月30日,杜邦公司位于美国爱荷华州内华达市的纤维素生物燃料工厂正式投产,包括爱荷华州州长Terry Brandstad在内的众多贵宾出席了庆典活动。这座生物精炼设施是世界上最大的纤维素乙醇工厂,每年可生产3000万加仑(约1.14亿升)较汽油的温室气体排放量降低90%的清     

不同施肥处理对土壤活性有机碳和甲烷排放的影响

通过采集田间试验区连续3a施入有机肥的稻田耕层土壤,分析土壤中微生物量碳(MBC)、水溶性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(ROC)和可矿化有机碳(readily mineralizable carbon,RMC)等活性有机碳的含量,稻田甲烷(CH_4)的排放通量,探讨施用有机肥的土壤活性有机碳变化及与CH_4排放的关系。研究结果显示:(1)施有机肥对土壤中的活性有机碳均有一定的促进作用。3a不同施肥处理土壤中DOC、ROC、MBC和RMC的平均含量分别为383.6、2501.2、640.4 mg/kg和291.7 mg/kg。3a施猪粪(猪粪+化肥,PM)、鸡粪(鸡粪+化肥,CM)和稻草(稻草+化肥,RS)的DOC的含量分别比化肥(CF)处理增加5.6%、6.7%和19.3%,ROC的含量分别比CF增加6.6%、8.4%和9.8%;MBC含量分别比CF增加5.1%、14.8%和21.5%,RMC增加6.8%、22.0%和33.9%。不同施肥处理的稻田土壤活性有机碳为分蘖期高于成熟期。(2)施肥处理显著增加稻田CH_4排放,CH_4分蘖期的排放通量是成熟期的143倍,3a PM、CM和RS处理的CH_4排放分别比CF处理增加37.0%(P0.05)、92.7%(P0.05)和99.4%(P0.05)。(3)不同施肥处理的DOC、ROC、MBC和RMC含量与CH_4排放通量均存在显著正相关关系,ROC与CH_4排放的相关系数最高,为0.754(P0.01),且4种有机碳间关系密切。稻田分蘖期土壤中的活性有机碳与稻田CH_4排放呈显著正相关关系。(4)综合分析,在4种有机碳中,土壤中ROC和MBC的含量直接影响CH_4排放。     

产甲烷菌在酿酒中的独特作用

60年代末至80年代初,中科院成都生物所先后从污水处理厂泥浆中与沼气池中分离出了产甲烷细菌。近年来该所从特殊生态环境的酒厂老窖泥中分离出了布氏甲烷杆菌(Methanobacterium bryanfii),实践表明,该菌在酿酒过程中有独特作用。目前一般认为,甲烷菌只能产沼气、治理环境,但甲烷菌能参予酒窖发酵及其在酿酒中的特殊作用还鲜为人知。甲烷细菌是一个特殊的、专门的生理群,它具有特殊产能代谢功能。H_2和CO_2几乎是所有产甲烷细菌都能利用的底物,在氧化H_2的同时把CO_2还原     

沙化草地恢复过程中土壤有机碳物理组分和全氮含量的变化

以宁夏中北部盐池县不同恢复阶段的沙化草地(流动沙地、半固定沙地、固定沙地和荒漠草地)土壤为研究对象,分析土壤粗砂粒有机碳、细砂粒有机碳、粘粉粒有机碳、重组有机碳、轻组有机碳和土壤全氮的变异特征,探讨沙化草地恢复过程中土壤有机碳变化机制。结果显示:(1)荒漠草地、固定沙地、半固定沙地0~30cm土层土壤,粗砂粒有机碳、细砂粒有机碳和粘粉粒有机碳含量分别比流动沙地增加了67.7%、69.8%、212.1%和48.8%、35.3%、99.9%以及33.6%、23.0%、48.9%。(2)随着沙化草地不同程度的恢复,轻组有机碳含量、分配比例和重组有机碳含量均表现为流动沙地半固定沙地固定沙地荒漠草地;重组有机碳分配比例随沙化草地恢复程度的升高呈降低趋势。(3)土壤细砂粒、粘粉粒、重组有机碳、轻组有机碳、粗砂粒有机碳、细砂粒有机碳、粘粉粒有机碳含量与土壤有机碳、土壤全氮含量均呈显著正相关关系,与粗砂粒含量均呈显著负相关关系。研究表明,轻组有机碳和粘粉粒有机碳含量对土壤有机碳的影响最大,轻组有机碳、重组有机碳、粗砂粒有机碳和粘粉粒有机碳对土壤全氮的影响最大,表明沙化草地的恢复有利于减小土壤侵蚀,改善土壤结构与质量。     

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。     

湛江高桥红树林湿地有机碳分布及埋藏特征

红树林是世界上单位生产力最高的生态系统之一,其能够持续地固定有机碳,对全球碳平衡和生物地球化学循环有着深远影响。以广东湛江国家级红树林自然保护区高桥核心区为研究区,旨在分析我国典型红树林湿地的固碳潜力,为红树林湿地碳计量提供依据。在垂直于海岸线的两条样线上选取6个不同潮位的样点进行沉积柱取样分析,通过重铬酸钾氧化-外加热法测定有机碳含量,基于放射性同位素~(210)Pb定年推演沉积率,并对湿地有机碳密度和埋藏率进行计算。结果表明:研究区红树林湿地有机碳含量2.14—36.94 g/kg,平均(12.79±9.91)g/kg。红树林湿地有机碳密度为(0.0100±0.0056)g/cm3,空间上差异显著显著,水平方向上两条样线均以中带样点的有机碳密度最大,近陆侧(内带)样点的有机碳密度高于近海侧(外带);垂直方向上,内带和外带样柱的有机碳密度均以表层最高,而且随深度增加而减小。研究区红树林湿地百年尺度上沉积率为6.5—11mm/a,且外带样点沉积速率显著快于内带样点。有机碳埋藏率空间差异大,外带样点为(34.58±7.67)g m-2a-1,而中带样点可达150.56 g m-2a-1。红树林湿地有机碳的分布受潮位的影响大,更高潮位点和表层的有机碳含量和密度更高,而处于低潮位的外带样点的有机碳沉积更快。研究区红树林湿地有机碳含量和密度比更低纬度带低,但均高于地带性陆地植被,且其能够通过持续的沉积过程来捕捉和固定有机碳,固碳潜力大。     

人工油松林表层土壤团聚体活性有机碳含量对短期氮添加的响应

大气氮沉降正在显著影响着森林生态系统的土壤碳循环过程。目前关于大气氮沉降如何影响土壤不同粒级团聚体内活性有机碳含量还不是十分清楚,制约人们对森林土壤碳循环的认识和有关碳循环模型的发展。通过近2年的林地梯度氮添加(0、3、6、9 g Nm~(-2)a~(-1))实验,研究了短期氮添加对人工油松林表层土壤团聚体中不同活性有机碳含量的影响。结果表明:短期氮添加对表层土壤(0—10 cm)水稳性团聚体分布无显著影响;随着氮添加水平增加,大、微团聚体有机碳含量,大、微团聚体中活性和高活性有机碳含量呈先升高后降低的变化规律,并在N6处理(6 g Nm~(-2)a~(-1))下上述各指标达到最大;同一处理下土壤大、微团聚体活性有机碳含量都表现为高活性有机碳中活性有机碳低活性有机碳;相比CK处理,N6处理大团聚体低、中、高活性有机碳含量分别增加115.06%、178.73%和79.61%,微团聚体低、中、高活性有机碳含量增加32.84%、166.79%和62.05%。大、微团聚体中活性有机碳含量增幅最大,表明团聚体中活性有机碳对氮添加响应最为明显。研究发现,短期氮添加主要通过影响表层大、微团聚体中的中活性有机碳进而影响土壤表层有机碳含量。主成分分析表明,N添加改变了土壤理化性质,进而导致根系生物量增加并促进凋落物分解,是表层土壤团聚体活性有机碳变化的主要原因。     

增温对冻土区泥炭沼泽土壤孔隙水甲烷关联微生物和溶解性有机碳的影响

多年冻土区泥炭沼泽土壤孔隙水甲烷关联微生物及底物的研究有助于深入理解气候变化背景下寒区湿地生态系统甲烷循环过程。选取大兴安岭连续多年冻土区柴桦-泥炭藓和狭叶杜香-泥炭藓两种典型植被群落泥炭沼泽,设置开顶箱(Open Top Chamber,OTC)增温实验。于生长季(6月、7月、8月和9月)采集土壤孔隙水样品,对比分析OTC内外土壤孔隙水中产甲烷菌数量、甲烷氧化菌数量及溶解性有机碳(Dissolved Organic Carbon,DOC)浓度的动态变化特征,并探究土壤孔隙水甲烷关联微生物与DOC浓度的关系。结果表明:增温提高了生长季大兴安岭多年冻土区土壤孔隙水中产甲烷菌数量和DOC浓度,而对甲烷氧化菌数量的影响因月份而异。生长季柴桦-泥炭藓和狭叶杜香-泥炭藓泥炭沼泽土壤孔隙水中产甲烷菌数量的平均增加幅度分别为54.52%和44.97%,DOC浓度的平均增加幅度分别为34.16%和28.33%。增温使得生长季柴桦-泥炭藓和狭叶杜香-泥炭藓泥炭沼泽土壤孔隙水中甲烷氧化菌平均数量分别降低了46.20%和31.42%。一元线性回归分析结果表明,土壤孔隙水中DOC浓度可分别解释柴桦-泥炭藓和狭叶杜香-泥炭藓泥炭沼泽土壤孔隙水中产甲烷菌数量变化的29.00%和24.10%(P<0.01),而对两种植被群落下土壤孔隙水中甲烷氧化菌数量的影响并不显著(P>0.05)。     

广东省北江流域河流有机碳浓度历史重建

根据河流颗粒有机碳浓度(CPOC)、溶解有机碳浓度(CDOC)与河流总悬浮物含量(CTSS)和流量(Q)的关系,构建广东省北江流域河流有机碳浓度估算模型分别为:CPOC=0.0195×CTSS+0.0589和CDOC = 0.0047×CTSS+0.0027×Q+0.9087.由上述模型重建了北江流域河流有机碳浓度变化历史,结果发现,北江流域河流有机碳主要以颗粒有机碳形式存在;年内分布表现为汛期高于平水期;年际变化多样,但总体上均表现出下降趋势;空间分布上表现为自上游往下有机碳浓度有所下降,但在三水站有所回升.     

川西沿海拔梯度典型植被类型土壤活性有机碳分布

研究土壤活性有机碳含量及分配比例是揭示土壤碳库周转及调控机理的重要途径,通过利用高锰酸钾氧化法获得易氧化有机碳、湿筛法获得颗粒有机碳和密度分离法获得轻组有机碳3项指标探讨沿海拔梯度不同植被类型间(山地常绿阔叶林、常绿落叶阔叶混交林、落叶阔叶林、针阔混交林、暗针叶林)土壤活性有机碳含量差异及调控因子,结果表明:随土层加深,土壤颗粒和轻组有机碳含量及分配比例均降低,土壤易氧化有机碳含量降低而分配比例保持较稳定水平。高海拔植被类型具有较高的土壤活性有机碳含量和分配比例。不同活性有机碳含量之间均呈显著线性相关(P0.05)表明活性有机碳起源的类似。活性有机碳与土壤粘粒+粉粒含量百分比呈显著负相关(P0.05)表明活性有机碳趋向分布于土壤大团聚体当中。年均温与不同植被类型间表层土壤活性有机碳含量和分配比例成负相关趋势,但可能由于取样点较少的缘故而在统计上不显著。年均温与土壤非保护性有机碳向保护性有机碳的转化速率常数(K)接近于显著负相关(P=0.062)。     

城郊有机农场生态系统服务评估——以北京市为例

快速城市化对周边农业区域造成巨大影响。都市农业能够提供世界上20%的食品,为粮食安全做出了重要贡献。在全球环境危机的背景下,农业生态保护问题得到了越来越多的关注。有机农场在生产过程中遵循自然规律,不使用化学合成的农药、化肥和生长调节剂等物质,是实现生态农业的有效模式之一。城郊有机农场得益于临近都市的地理位置,常常同时提供参观、采摘等休闲服务,加深了游客对农业的理解和与自然的连结。目前,国内研究大多关注有机食品健康、有机农业政策和环境效益,但往往忽视其提供的经济和文化价值。基于生态系统服务与人类福祉关系的概念框架,以北京市为例,从供给、调节、文化三个方面全面评估城郊有机农场的生态系统服务。结果显示,截至2019年北京市城郊共有271家有机农场,种植面积1.09万hm²,占北京市耕地面积的5.1%。供给服务价值为16.12亿元。调节服务方面,提供了2140万元的土壤碳固存价值,并且比相同面积的常规农场减少了16.4万GJ能量、2639tCO₂、202tSO₂和29tPO₄^3-的排放。文化服务方面,提供了1.189亿元的采摘服务,并促成了120余次农夫市集和50余次讲座、沙龙的宣传教育活动,积累了社会资本。本研究尝试通过直观的数据全面反映城郊有机农场对收益者的多种惠益,凸显了在有限的供给服务之外,城郊有机农场在休闲游憩和教育宣传等文化服务的贡献,为深入理解城郊有机农场生态系统服务提供基础,有助于进一步提高农业管理的精细程度和城市的可持续性。     

红壤稻田生态系统有机物料循环对土壤有机碳转化的影响

通过对12年田间定位试验数据的分析,研究了红壤稻田生态系统有机物料循环再利用对土壤有机碳积累的贡献及其对转化的影响。结果表明,红壤稻田生态系统有机物料循环再利用可促进土壤有机碳的积累、改善腐殖质组分和改良有机质品质。红壤稻田生态系统内有机物料循环再利用,土壤有机碳的年增速率最大可达到0.37 g.kg-1;12年间易氧化有机碳最大增量达到3.8 g.kg-1,胡敏酸和富里酸最大增量分别达到3.06和1.63 g.kg-1。预测结果显示,有机物料循环再利用红壤稻田生态系统土壤有机碳50年内可提高8.3~18.9 g.kg-1,增长率达到62.0%~140.7%。     

有机废弃物厌氧发酵技术展望

为了实现能源的低碳化,世界各国对可再生能源的开发和利用越来越积极。厌氧甲烷发酵因其技术成熟、实用化强及可持续的回收能源成为各国关注的热点之一。文章对全球有机废弃物的厌氧发酵技术及发展状况进行了归纳分析。通过对厌氧技术及甲烷发酵相关文献进行分析,结合中国厌氧甲烷发酵技术的发展现状及趋势,对中国甲烷发酵产业的发展提出了若干对策建议。     

世界第一座标准厌氧发酵罐

国际生物量公司(Biomass Intornational)宣称,他们发明设计了全世界第一座标准厌氧发酵罐。这个发酵罐以工业废水和家用废水为原料生产甲烷、乙醇、溶剂和各种酸类物质。废水含的有机物包括乳制品、制酒厂废液、造纸厂废纸浆及杂草。据称,公司投入到发酵罐的资金因此而能收回,数额达到数百万。以乳制品业为例,把乳清转化成为甲烷所带来的经济收益高于市场     

自然风化过程对赤泥团聚体有机碳组分的影响

以华中地区某氧化铝企业赤泥堆场为研究对象,采集不同时间赤泥堆场(1a,10a,20a)0—20 cm样品,采用物理分组方法,研究自然风化过程对赤泥团聚体有机碳组分的影响。结果发现,赤泥轻组有机碳分配比例随堆存时间的延长呈上升趋势。重组有机碳约占赤泥总有机碳的97.24%—99.11%,以粗颗粒有机碳和矿物结合态颗粒有机碳为主。3种堆存时间(1a,10a,20a)赤泥团聚体颗粒有机碳含量变化范围分别为1.21—1.85、2.62—2.95、3.52—4.15 g/kg。颗粒有机碳含量在2—1 mm粒级赤泥团聚体中最高,随赤泥粒级减小而降低,其中矿物结合态颗粒有机碳分配比例最高,游离态颗粒有机碳分配比例最低。这表明自然风化过程增加了赤泥有机碳组分含量,提高了赤泥中有机碳库的稳定性。     

四川森林土壤有机碳储量的空间分布特征

利用森林土壤实测数据与GIS相结合的研究方法估算了四川森林土壤有机碳密度和碳储量,研究了四川森林土壤有机碳密度的空间分布特征.四川森林土壤有机碳储量为(2394.26 ±514.15) TgC,平均碳密度为190.45 Mg·hm-2;四川不同森林类型土壤有机碳储量和碳密度差异较大,分别介于(5.05±0.37)～(1101.74±205.40) TgC、(102.69±21.09)～(264.41±49.24) Mg·hm-2之间,其有机碳含量、碳密度和碳储量都随土层厚度的增加而降低.四川森林土壤有机碳密度空间分布特征明显,总体上表现出随纬度、海拔高度的增加而增加,随经度的增加而减小.从森林土壤生态系统水平监测森林土壤有机碳储量有助于提高其估算精度.     

利用1:5万土壤数据库估算浙江省土壤有机碳密度及储量

土壤有机碳库作为陆地生态系统中重要的碳库之一,对于温室效应和全球变化研究具有重要意义.利用浙江省1:5万土壤数据库,对浙江省277个土种0～100cm土层的有机碳密度进行估算,分析了全省土壤有机碳密度和储量,以及各主要土壤类型有机碳密度和分布.结果表明:浙江省土壤有机碳密度值主要集中在5～10kg·m-2;山香灰土有机碳密度最高,为52.80kg·m-2,清水砂最低,为1.82kg·m-2;红壤和水稻土土类土壤有机碳储量最大,两者之和占浙江省土壤有机碳总储量的63.8%;浙江省土壤总面积为100784.19km2,土壤有机碳储量为875.42×106t,土壤有机碳平均密度为8.69kg·m-2.通过叠加数字高程模型分析,发现土壤有机碳密度随高程、坡度和坡向的变化均呈现明显的变化趋势.     

有机碳对海洋着色菌YL28去除无机三态氮的影响

【目的】在无机三态氮(氨氮、亚硝氮和硝氮)共存的模拟海水水体中,阐明有机碳尤其是海藻寡糖对海洋着色菌(Marichromatium gracile)YL28生长及去除无机三态氮的影响规律。【方法】采用次溴酸钠氧化法、N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法和紫外分光光度法分别测定水体中氨氮、亚硝氮和硝氮的含量,菌体生物量采用比浊法测定。【结果】在光照厌氧环境中,小分子有机酸盐(乙酸钠、丙酮酸钠、琥珀酸钠和柠檬酸钠)是YL28生长和去除无机三态氮的良好有机碳,亚硝氮、硝氮和氨氮去除率分别达到97.92%、99.98%、73.23%-87.15%。单糖(葡萄糖和果糖)、双糖(麦芽糖和蔗糖)和寡糖(壳寡糖和海藻寡糖)是YL28可利用的有机碳,亚硝氮和硝氮去除率分别达到99%和87%以上,氨氮去除率在44.82%-54.53%之间。多糖(β-环糊精、淀粉、黄原胶、琼脂粉、海藻酸钠和卡拉胶)不是菌体利用和去除无机三态氮的有机碳。酵母提取物可作为菌体生长、去除硝氮和亚硝氮的良好有机碳,但严重抑制氨氮去除。海藻酸钠、β-环糊精和卡拉胶分别与乙酸钠共存时,YL28生长和对无机三态氮去除能力与乙酸钠为唯一有机碳的水平相当。乙酸钠体系中添加海藻寡糖,YL28生长速率、最大生物量以及氨氮的去除速率和最大去除率均升高,添加酵母提取物时,生长速率和最大生物量升高,但氨氮去除速率和最大去除率降低。黑暗厌氧环境下,以乙酸钠和氨氮为唯一有机碳和氮源时,YL28不生长,但在无机三态氮共存时,则能良好生长并去除无机三态氮。【结论】在无机三态氮共存海水体系和厌氧条件下,无论是光照还是黑暗环境,YL28均能良好地生长和去除无机三态氮,小分子有机酸盐(乙酸钠、丙酮酸钠、琥珀酸钠、柠檬酸钠)是其良好的有机碳,相对而言,乙酸钠和丙酮酸钠更好。海藻寡糖与乙酸钠复合可提高菌体生长和脱氮能力。本研究为研制开发高效脱氮微生物制剂及其合理性应用提供了指导。     

耕作方式对紫色水稻土轻组有机碳的影响

以位于西南大学实验农场的长期免耕试验田为研究对象,通过0—60cm分层采集土壤样品的方法,探讨了不同耕作方式———冬水田平作(DP)、水旱轮作(SH)、垄作免耕(LM)及垄作翻耕(LF)对土壤轻组有机碳的影响。结果表明,重组有机碳是土壤总有机碳的主体,约占土壤总有机碳的69.56%—95.66%,在土壤剖面上随土壤深度的增加其分配比例逐渐升高;其次是自由轻组有机碳,约占土壤总有机碳的5.03%—26.43%,从土壤表层向下,其分配比例迅速下降;闭合轻组有机碳最低,仅占土壤总有机碳的1.37%—4.93%,其分配比例随土壤深度的变化不明显。在0—60 cm土壤深度内,不同耕作方式下自由轻组有机碳的平均含量为LM(4.36 g/kg)>DP(2.11 g/kg)>LF(1.74 g/kg)>SH(1.46 g/kg),相应的有机碳分配比例分别为17.1%、14.0%、12.2%和11.3%;闭合轻组有机碳的平均含量为LM(0.82 g/kg)>DP(0.51 g/kg)>LF(0.36 g/kg)>SH(0.34g/kg),相应的有机碳分配比例分别为3.36%、3.45%、2.71%和3.00%。因此,在西南地区紫色水稻土上实行垄作免耕能提高轻组有机碳的含量及其分配比例,从而改善土壤有机碳质量。另外,与土壤总有机碳、重组有机碳及闭合轻组有机碳相比,自由轻组有机碳对耕作方式的变化最敏感,是指示土壤有机碳变化的良好指标。