农田土壤有机碳库大小及周转

对水稻土、早地潮土和红壤下土壤有机碳库的大小、分解速率和平均驻留时间进行了分析,根据有机碳周转时间的不同,可将土壤有机碳库划分为活性碳库、缓效性碳库和惰效性碳库3个库,其遵循三库一级动力学方程,根据土壤有机碳的分解变化,用此方程在SAS8.2软件上拟合出活性碳库、缓效性碳库的大小及其分解速率.结果表明,农田土壤各剖面的活性碳一般占土壤有机碳的0.6%～3.7%,平均驻留时间为4～45 d;缓效性碳库一般占土壤有机碳的37.7%～81.2%,平均驻留时间为5～24年;利用酸水解测得的惰效性碳一般占土壤有机碳的17.1%～48.1%.不同水型及不同母质下的水稻土中各碳库变化规律分别为：潴育型水稻土＞潜育型水稻土＞淹育型水稻土、第四纪红粘土＞第三纪红砂岩类.不同水稻土和旱地土壤中,活性碳库变化规律为水稻土＞旱地,而缓效性碳为旱地土壤＞水稻土,表明旱地土壤的固碳能力较水田强.     

天山云杉森林土壤有机碳沿海拔的分布规律及其影响因素

对森林土壤有机碳库含量的估测及其影响因素的研究一直是学术界关注的热点。在水热梯度上可能会存在森林土壤有机碳的分布规律,但多数在混交林内开展的工作因无法区分群落类型变化的影响而无法准确反映出森林土壤有机碳在水热梯度上的变化规律。天山云杉森林为纯林类型,在天山山脉巨大山体上呈带状分布(平均海拔下限1750 m至平均海拔上限2760m),存在水热梯度,能够排除混交林中群落类型变化对土壤有机碳的影响。因此,在天山云杉森林带按海拔梯度设置系列样地并采样,用重铬酸钾-氧化外加热法测定土壤有机碳含量并研究土壤有机碳密度沿海拔的分布规律,分析水热配比关系与植物群落(生物量)对该规律的影响。结果表明:①1 m深度的标准土壤剖面上,各海拔梯度的土壤有机碳密度随着剖面深度的增加呈减少的趋势;②各海拔梯度的有机碳主要集中在土壤表面0—40 cm范围内,所占的比例约占全剖面的60%—70%,具有明显的表聚现象;③在天山北坡中段云杉森林带的海拔下限到海拔上限标准剖面总土壤有机碳密度出现不显著的先下降后上升再下降的双峰变化,峰值出现在海拔1800—2000 m与海拔2400—2600 m,海拔2600—2800 m的有机碳密度最小;④云杉纯林在不同海拔的平均胸径呈先减少后增加再减少的趋势,与土壤总有机碳密度变化规律较吻合;⑤天山云杉森林土壤有机碳密度沿海拔的变化是水热梯度变化及受其影响的森林长势二者共同作用的结果。     

小兴安岭4种典型阔叶红松林土壤有机碳分解特性

土壤有机碳分解是陆地生态系统碳循环的重要组成部分.主要采用土壤有机碳释放速率的室内培养实验的方法,并根据三库一级动力学模型,对小兴安岭地区4种典型阔叶红松林的土壤有机碳分解特征及各组分含量进行研究.实验结果如下:(1)土壤有机碳的分解趋势表现为前期迅速,后期缓慢,并且土壤腐殖质层(A)大于淀积层(B);在4种阔叶红松林中,云冷杉红松林土壤有机碳的分解速率最大,枫桦红松林最小;土壤有机碳的分解速率与土壤总有机碳、活性碳及土壤的C/N呈显著的正相关关系(P＜0.05).(2)在土壤A层和B层,4种阔叶红松林的活性碳分别占总有机碳的0.89％-1.78％和1.91％-2.87％,平均驻留时间为12-35 d和27-58 d.缓效性碳占总有机碳的22.58％-28.44％和23.87％-42.63％,平均驻留时间为4-19 a和18-37 a.惰性碳占总有机碳的69.98％-76.24％和54.50％-74.22％,平均驻留时间为173 a;土壤有机碳各组分含量及驻留时间的大小顺序均为:云冷杉红松林＞椴树红松林＞枫桦红松林＞蒙古栎红松林.     

近10年典型区红壤性水稻土有机碳库平均驻留时间变化特征

弄清土壤有机碳库平均驻留时间的时空变化特征对采取有效措施增强农业生态系统碳“汇”尤为关键。本研究基于历史采样信息开展新一轮土壤样品采集,进行100 d土壤呼吸培养实验,借助三库一级动力学模型拟合获得土壤活性碳库(MRT_a)和缓效性碳库平均驻留时间(MRT_s),揭示了2009—2019年江西东乡红壤性水稻土表层土壤MRT_a和MRT_s的时空变化特征及其影响因子。结果表明,东乡2019年红壤性水稻土表层土壤MRT_a与MRT_s均值分别为26.5 d和14.1 a,与2009年相比,未发生显著性变化。整体上,东乡南部地区活性碳库和缓效性碳库更为稳定,且东乡地区红壤性水稻土MRT_a与MRT_s存在明显的时空分异,不同地理位置的MRT_a与MRT_s变化幅度分别达-1.3%～544.5%和-6.7%～1375.5%。这种时空变异,部分源于土壤活性碳和缓效性碳组分构成的空间分异。尽管存在较大...     

土壤碳库构成研究进展

土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库。土壤碳库的构成影响其累积和分解,并直接影响全球陆地生态系统碳平衡,同时也影响土壤质量变化。弄清土壤碳库的组分及构成,是进一步研究土壤碳库变化机制的关键。综述了土壤碳库的组分和构成,对有机碳库进行不稳定性有机碳库和稳定有机碳库归类,描述各类碳库的性质,并对各类碳库的分析测定方法进行了评述。提出在土壤碳构成中增加黑碳和煤炭(碳)以完善土壤有机碳构成框架。在未来研究中,应加强土壤无机碳及湿地土壤和新开发新复垦的重构土壤碳库构成及变化,各类碳库化学构成,交叉重叠的定量关系,碳库之间的转化及在土壤中的迁移,黑碳对土壤碳库稳定性及土壤质量的影响,煤开采扰动区煤炭(碳)对土壤质量的影响及环境效应等科学问题的研究。     

长期定位施肥下黑土碳排放特征及其碳库组分与酶活性变化

黑土作为承担我国粮食安全与生态安全的重要土壤资源,其碳排放特征与碳库组分变化一直是生态学领域研究的热点。施肥是影响黑土有机碳输入、输出的重要因素,而这需要长时间尺度的探究。为明确长期不同施肥下的土壤碳排放特征及其影响机制,以始于1990年的国家土壤肥力与肥料效益监测网站黑土监测基地-公主岭为研究平台,选取不施肥(CK)、单施氮磷钾肥(NPK)、无机肥配施低量有机肥(NPKM1)、1.5倍的无机肥配施低量有机肥(1.5(NPKM1))、无机肥配施高量有机肥(NPKM2)和无机肥配施秸秆(NPKS)6个处理,探讨了长期不同施肥下土壤碳排放量(CO2-C)与土壤碳库组分包括水溶性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)、颗粒有机碳(POC)、易氧化有机碳(ROC)及其β-葡萄糖苷酶(BG)、木聚糖酶(BXYL)、纤维素酶(CBH)和乙酰基β-葡萄糖胺酶(NAG)等酶活性变化。结果表明:与CK相比,各施肥处理均可以显著增加黑土土壤碳排放量(P0.05),其中,NPK处理土壤碳排放量约为2633.33 kg/hm~2,显著高出CK处理37.36%;长期有机无机配施(NPKM1、1.5(NPKM1)、NPKM2)显著增加土壤碳排放量71.81%—88.51%,效果最为明显;NPKS显著增加土壤碳排放量56.32%,并且三种长期有机无机配施措施碳排放差异不显著。相对CK处理,有机无机配施的DOC、MBC、POC、ROC均有显著增加(P0.05),各指标分别高出CK处理16.07%—56.34%、128.84%—185.77%、284.15%—497.45%和841.03%—1145.94%,其中1.5(NPKM1)处理效果最好。同时,有机无机配施相对CK处理的NAG、BG、BXYL和CBH活性分别提高了313.22%—452.65%、129.45%—250.74%、159.08%—273.32%和72.21%—193.53%,且以1.5(NPKM1)处理的效果最好。土壤碳排放量与土壤酶活性、土壤活性碳库组分之间的相关性分析结果表明,长期不同施肥措施的土壤碳排放量不但与土壤ROC、DOC、POC、MBC含量呈极显著相关(P0.001),也与土壤BG、NAG、CBH、BXYL酶活性呈极显著相关(P0.001),说明施肥可以通过改变土壤各活性碳库组分含量与土壤微生物活性影响土壤碳排放量。     

滇南地区桃树种植模式对土壤有机碳组分及碳库管理指数的影响

经果林种植可改变土壤质量、改善生态环境,同时具有较高的经济效益。合理的种植模式可通过物种间的互补性提高资源利用效率,改善土壤碳库质量并提高综合效益。为探讨桃树种植模式对土壤有机碳组分及碳库管理指数的影响,以云南省开远市不同桃树种植模式(桃树单种-SP和桃树南瓜套种-PP)为研究对象,以毗邻的天然林地(CK)为对照,分析不同种植模式下活性碳库,即高锰酸钾氧化有机碳(POXC)、颗粒有机碳(POC),惰性有机碳库即矿物结合态有机碳(MAOC)在0—40 cm土层的分布情况,明确土壤有机碳组分与土壤理化性质的关系;计算碳库活度指数(CPAI)、碳库指数(CPI)以及碳库管理指数(CPMI),明确不同桃树种植模式的碳库变化情况。结果表明：桃树种植模式和对照的土壤有机碳组分的含量均随着土层深度的增加而减少,平均土壤有机碳(SOC)含量为：14.68 g/kg(CK)>9.57 g/kg(PP)>8.58 g/kg(SP)。平均活性有机碳组分所占比例与POC/MAOC均表现为：SP>CK>PP,PP的活性有机碳比例较低,具有较高的有机碳稳定性。两种桃树种植模式的CPMI在1...     

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。     

土壤活性有机碳及碳库管理指数对高寒湿地退化的响应

探明高寒湿地土壤活性有机碳及碳库管理指数变化与湿地退化的关系,对退化湿地生态恢复具有重要意义。以若尔盖湿地自然保护区的相对原生沼泽(RPM)、轻度退化沼泽(LDM)、中度退化沼泽(MDM)、重度退化沼泽(HDM)和极重度退化沼泽(SDM)湿地土壤为对象,研究土壤总有机碳、活性有机碳组分含量及碳库管理指数对高寒湿地退化的响应。结果表明:0～100 cm范围内土层总有机碳(TOC)含量表现为RPM>LDM>MDM>HDM>SDM;与RPM相比,各退化湿地土壤的水溶性有机碳(WSOC)、溶解性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(PXOC)含量均降低,尤以MDM、HDM和SDM降低显著,其WSOC、DOC和PXOC含量的降幅分别为25.79%～76.76%、35.90%～92.81%、32.07%～80.06%。随着湿地退化程度的加剧,3种活性有机碳的分配比例逐渐增加,碳库管理指数却逐渐减小。由此可见,高寒湿地退化可能会通过增加湿地土壤有机碳活性,降低土壤碳"汇"能力和湿地土壤质量。     

南亚热带森林土壤碳库稳定性与碳库管理指数对模拟酸雨的响应

通过对土壤总有机碳(SOC)、易氧化有机碳(ROC_(333)、ROC_(167)、ROC_(33))、颗粒有机碳(POC)、微生物量碳(SMBC)、溶解性有机碳(DOC)的测定,探讨模拟酸雨(pH 3.0、pH 3.5、pH 4.0、对照CK)对鼎湖山三个不同演替阶段森林(季风常绿阔叶林、针阔混交林、马尾松针叶林)土壤碳库稳定性及碳库管理指数的影响。结果表明:模拟酸雨增加了总有机碳的含量和各组分活性有机碳的含量(P0.05),但酸雨在一定程度上抑制了土壤中微生物量与活性。土壤中各组分活性有机碳与总有机碳呈显著相关,其中ROC_(333)和POC的含量与SOC关系最为密切,相关系数分别为0.853、0.846;碳库管理指数(CMI)结果表明,碳库活度(L)及碳库活度指数(LI)随森林的正向演替有下降的趋势,CPI与CMI呈现相反的趋势。在土壤有机碳及部分活性碳组分增加,碳库活性降低的前提下,土壤碳库稳定性增加。从各项指标的变化幅度可以得出:南亚热带森林土壤随森林群落正向演替而对模拟酸雨响应有更加敏感的趋势,各指标间的敏感性表现为CMIR_(333)POCSMBCR_(167)R_(33)LIDOCCPISOC。     

天山北坡雪岭云杉林地开垦的土壤有机碳损失估算

在全球变暖的背景下,由土地利用变化导致的土壤碳库的变化已经受到越来越多的关注。首先采用物种分布模型预测了天山北坡雪岭云杉林的潜在分布,其次估计了与被开垦为农田的雪岭云杉林面积(PSC)以及由林地开垦为农田造成的有机碳损失。PSC分别由雪岭云杉林的现实分布、潜在分布和农田的现实分布确定。云杉林地和农田的土壤有机碳含量由野外采样和实验室分析获得。研究发现,PSC面积为2.68×10~6hm~2,被开垦为农田的雪岭云杉林土壤有机碳的损失为171.7 t/hm~2;研究区总有机碳的损失为459.70Tg。结果表明,研究区的林地恢复和重建项目将会使土壤有机碳储量有所增加,且土壤表层的增加量多于深层。     

土壤“慢”有机碳库研究进展

土壤“慢”有机碳库介于“活性”和“惰性”库之间,是植物残体迅速损失的一个重要中间分解阶段。本文主要综述了代表很大比例土壤“慢”有机碳库的微粒有机质(POM)的表征、意义,及影响土壤“慢”有机碳库中POM周转的主要因素,POM在土壤团聚体中和土壤剖面中的分布以及动态变化。     

天山北坡植物土壤生态化学计量特征的垂直地带性

生态化学计量工作专注于植物与土壤的元素比例关系及其环境解释等问题上,还需要分析在连续环境梯度上元素比例关系的变化规律以进一步加深已有的认识。受水热梯度的影响,植被与土壤在天山北坡均存在明显的垂直地带性,这为探讨植物土壤生态化学计量特征的垂直带谱提供了有利条件。在天山中段北坡海拔1000—3840m范围内,按海拔梯度对植物和土壤分别采样,测定其C、N、P含量。结果表明:(1)随海拔的升高,植物C、N、P含量及其计量比变化规律各不相同,C含量随海拔变化保持不变,仅山地针叶林显著低于亚高山灌丛草甸、高山垫状植被和山前灌木(P0.05);N含量、C∶P、N∶P随海拔先升高后降低,山地针叶林和亚高山灌丛草甸显著高于山地荒漠草原、山地草原、高山垫状植被(P0.05);P含量、C∶N则是随海拔先降低后升高,高山垫状植被显著高于其他植被类型,山地荒漠草原、山前灌木和高山草甸显著高于山地草原、针叶林和亚高山灌丛草甸(P0.05)。(2)从生活型角度,乔木、灌木和草本C、N含量、C∶N差异不显著,灌木P含量、C∶P、N∶P显著高于草本(P0.05);乔木和灌木更受P限制,草本更受N限制。(3)随海拔的升高,土壤C、N、P含量、C∶P、N∶P均先升高后降低,其中山地针叶林和亚高山灌丛草甸均显著高于山地荒漠草原和山地草原(P0.05),土壤C∶N表现为一直降低,山地荒漠草原显著高于其他植被类型(P0.05)。(4)植物C、N、P及计量比与土壤相关性分析中,仅植物C∶P与土壤C∶P相关性显著,且植物C、N、P含量与土壤相关系数小于植物C∶P、N∶P与土壤相关系数。在垂直地带性上,土壤主要通过生态化学计量比影响植物的生长。     

川西卧龙岷江冷杉林土壤有机碳组分与氮素关系随海拔梯度的变化特征

土壤碳氮沿海拔梯度变化及其耦合关系是山地生态系统碳氮循环研究的重要内容。为分析不同土层土壤有机碳,土壤全氮及有机碳活性组分在海拔梯度上的分布规律及相互之间的耦合关系,选取亚高山物种岷江冷杉(Abies faxoniana)原始林为研究对象,以卧龙邓生野牛沟岷江冷杉原始林2920—3700 m的样地调查数据为基础,分析不同土层土壤碳氮及活性组分沿海拔的变化规律,总结土壤有机碳稳定性沿海拔主要规律,从土壤有机碳活性组分和碳氮关系的角度揭示其对土壤有机碳沿海拔变化的影响。结果表明:1)腐殖质层土壤有机碳(SOC)随海拔升高逐渐增加,与温度显著负相关,轻组有机碳(LFOC)及颗粒态有机碳(POC)随海拔上升均表现先增加后降低的趋势,土壤全氮(TN)随海拔变化不显著,但林线处LOFC、POC和TN均显著增加;0—10 cm土壤有机碳及全氮则表现为双峰特征,峰值分别在3089 m和3260 m处,与年均温度无显著关系。2)LFOC及POC在腐殖质层和0—10 cm土层中所占比例较大,是表征土壤有机碳含量沿海拔变化规律的主要活性组分,腐殖质层LFOC/SOC和POC/SOC随海拔上升逐渐增高,0—10 cm层则逐渐降低,暗示腐殖质层有机碳稳定性沿海拔逐渐降低,0—10 cm有机碳稳定性逐渐升高。3)SOC与TN显著正相关,SOC是影响TN的主要因子,但腐殖质层TN与有机碳活性组分无显著相关关系。4)土壤C/N和微生物量C/N在3177 m大于25:1,是引起土壤有机碳含量显著降低的主要因素。     

Effects of precipitation on soil organic carbon fractions in three subtropical forests in southern China

Aims The aim of this study was to investigate the effects of precipitation changes on soil organic carbon (SOC) fractions in subtropical forests where the precipitation pattern has been altered for decades.Methods We conducted field manipulations of precipitation, including ambient precipitation as a control (CK), double precipitation (DP) and no precipitation (NP), for 3 years in three forests with different stand ages (broadleaf forest [BF], mixed forest [MF] and pine forest [PF]) in subtropical China. At the end of the experiment, soil samples were collected to assay SOC content, readily oxidizable organic carbon (ROC) and non-readily oxidizable organic carbon (NROC), as well as soil microbial biomass carbon (MBC), pH and total nitrogen content. Samples from the forest floors were also collected to analyze carbon (C) functional groups (i.e. alkyl C, aromatic C, O-alkyl C and carbonyl C). Furthermore, fine root biomass was measured periodically throughout the experiment.Important findings Among the forests, ROC content did not exhibit any notable differences, while NROC content increased significantly with the stand age. This finding implied that the SOC accumulation observed in these forests resulted from the accumulation of NROC in the soil, a mechanism for SOC accumulation in the mature forests of southern China. Moreover, NP treatment led to significant reductions in both ROC and NROC content and therefore reduced the total SOC content in all of the studied forests. Such decreases may be due to the lower plant-derived C inputs (C quantity) and to the changes in SOC components (C quality) indicated by C functional groups analyses under NP treatment. DP treatment in all the forests also tended to decrease the SOC content, although the decreases were not statistically significant with the exception of SOC and ROC content in PF. This finding indicated that soils in MF and in BF may be more resistant to precipitation increases, possibly due to less water limitations under natural conditions in the two forests. Our results therefore highlight the different responses of SOC and its fractions to precipitation changes among the forests and suggest that further studies are needed to improve our understanding of SOC dynamics in such an important C sink region.     

秦岭典型林分土壤有机碳储量及碳氮垂直分布

以秦岭典型林分锐齿栎(马头滩林区)、油松、华山松、松栎混交林、云杉、锐齿栎(辛家山林区)为对象,研究了不同林分土壤剖面上有机碳、全氮、有机碳储量的分布规律。结果表明:在秦岭地区,随着土壤剖面深度增加,不同林分的土壤有机碳、全氮含量均逐渐降低;不同林分的土壤有机碳、氮素的积累和分解存在一定差异。其中,云杉和松栎混交林的土壤有机碳、全氮含量较高,锐齿栎(辛家山林区)含量较低,不同林分土壤剖面有机碳、全氮含量平均值分别为13.46—26.41 g/kg、4.47—9.51 g/kg,大小顺序均为云杉松栎混交林锐齿栎(马头滩林区)油松华山松锐齿栎(辛家山林区);各个林分的土壤C/N在5.93—15.47之间,C/N平均值大小为松栎混交林﹥华山松﹥油松﹥云杉﹥锐齿栎(辛家山林区)﹥锐齿栎(马头滩林区);各个林分0—60 cm土层的土壤有机碳储量大小为云杉锐齿栎(马头滩林区)松栎混交林华山松锐齿栎(辛家山林区)油松,分别为150.94、135.28、124.93、109.24、102.15、96.62 t/hm2;各个林分土壤有机碳含量与土壤全氮含量存在极显著正相关,土壤有机碳、全氮与C/N则没有明显相关性。     

秦岭太白山北坡土壤有机碳储量的海拔梯度格局

土壤碳库是陆地生态系统的重要碳库,山区大约占全球25%的陆地表面积,因此研究山区土壤有机碳储量的变化特征及其影响因素对丰富陆地生态系统土壤碳循环理论具有重要的意义。在秦岭太白山北坡上,海拔高度每隔50 m设置一个采样点,研究土壤有机碳储量的海拔梯度变化特征及其影响因素。海拔梯度对太白山北坡的SOCD影响显著,且不同土层厚度的SOCD均呈现出随着海拔梯度的增加而增加的趋势,增加幅度高达10%—88%。不同气候带上的SOCD差异显著,呈现出亚寒带(3.63 kg/m~2)大于寒温带(3.40 kg/m~2)大于温带(3.39 kg/m~2)大于暖温带(3.30 kg/m~2)的趋势。SOCD也因植被带发生显著差异,最小值出现在低山扰动带仅为2.15 kg/m~2,而最大值出现在高山草甸带高达3.63 kg/m~2,平均2.94 kg/m~2。SOCD随着土层厚度的增加呈现出减少的趋势,减少幅度为14%—70%。在太白山北坡上,随着海拔梯度的增加,土层深度从低山区的78 cm减少到中山区的33 cm和高山区的10 cm,相应的总SOCD从低山区的35.45 kg/m~2减少到中山区的28.84 kg/m~2和高山区的12.29 kg/m~2,但是对应单位土层深度上的SOCD却从低山区的0.51 kg/m~2增加到中山区的0.87 kg/m~2和高山区的1.23 kg/m~2。因此,在秦岭太白山北坡上,除了海拔梯度、气候带、植被带、土层厚度等因素以外,土层深度对土壤有机碳储量的影响不容忽视,这对准确预测该区域的土壤碳储量具有重要的理论和实际意义。