保护性耕作对土壤养分及有机碳库的影响

以稻草覆盖免耕方式稻田冬种马铃薯(Solanum tuberosum L.)为例,研究了保护性耕作对土壤养分以及有机碳库的影响.结果表明:保护性耕作能显著增加表层土层的养分含量,土壤氮素含量比传统耕作增加0.81%～7.24%,磷素含量增加14.95%～19.21%,钾素含量增加0.57%～15.40%,且全氮、全磷、全钾含量与传统耕作之间均达到了极显著差异水平,除碱解氮含量与传统耕作之间差异不显著外,速效磷与速效钾含量与传统耕作之间达到了显著差异水平与极显著差异水平;保护性耕作能增加土壤总有机碳与活性有机碳含量,提高土壤碳库管理指数,0～10 cm土层土壤的碳库管理指数分别比传统耕作高出9.10%、13.95%,10～20 cm土层则比传统耕作略低.因此保护性耕作能使土壤朝着有利于土壤质量提高的方向发展.两个保护性耕作处理:免耕稻草覆盖(8 cm)、免耕覆盖稻草(8 cm)后盖黑色地膜之间差异不大.     

不同耕作方式对玉米田土壤有机碳含量的影响

在华北夏玉米生产体系中,采用田间试验,研究了撂荒、翻耕、免耕和旋耕4种耕作方式下,玉米4个生育期(苗期、拔节期、灌浆期、成熟期)耕层(0~20 cm)土壤总有机碳质量分数、活性有机碳质量分数和碳库管理指数的变化.结果表明:在观测期间,玉米不同生育期(0~20 cm)土层有机碳质量分数和活性有机碳质量分数均呈明显的动态变化,就3种耕作方式来讲,土壤总有机碳和活性有机碳均表现为免耕最高,翻耕和旋耕次之;成熟期免耕、旋耕、翻耕3种处理的土壤碳库管理指数比撂荒分别提高了47.38%、30.43%、27.00%;土壤活性有机碳与总有机碳、碳库管理指数均存在显著相关关系,玉米产量与土壤总有机碳质量分数存在显著相关性,与土壤活性有机碳质量分数和土壤碳库管理指数无明显相关性.综合考虑以上因素,免耕有利于提高土壤有机碳质量分数和土壤碳库管理指数,改善土壤质量,提高土壤肥力.     

西双版纳热带森林土壤有机碳积累-分配动态对蚂蚁筑巢活动的响应

蚂蚁筑巢能够通过影响土壤微生物及理化环境而直接或间接调控土壤有机碳各组分积累及分配动态。以西双版纳崖豆藤热带森林群落为研究样地,测定蚁巢和非巢地土壤碳库组分（总有机碳、易氧化有机碳、微生物生物量碳）含量及分配（易氧化有机碳/总有机碳、微生物生物量碳/总有机碳）的时空动态,分析蚂蚁筑巢引起热带森林土壤性质改变对有机碳组分积累与分配的影响特征。结果表明,1）蚂蚁筑巢显著促进土壤总有机碳及各组分含量的积累（P<0.01）。相较于非巢地,蚁巢土壤总有机碳、微生物生物量碳、易氧化有机碳含量分别提高了19.7%、35.4%和153.3%。2）蚂蚁筑巢显著影响土壤碳库各组分含量的时空变化（P<0.050）。其中,相较于非蚁巢,蚁巢土壤总有机碳、易氧化有机碳、微生物生物量碳含量季节变化的增幅分别为11.4%-30.1%、13.6%-72.3%、53.4%-212.2%;蚁巢土壤总有机碳、微生物生物量碳、易氧化有机碳含量沿土层降幅（43.1%-422.4%）显著高于非蚁巢（38.1%-111.4%）。3）蚁巢土壤微生物生物量碳（15.2%）和易氧化有机碳（36.9%）在总有机碳中分配均值均显...     

保护性耕作对土壤有机碳、氮储量的影响

以辽宁彰武县保护性耕作示范推广基地土壤为研究对象,通过实地调查和取样分析,对比研究了传统犁耕和6年免耕秸秆覆盖条件下的土壤有机碳、氮储量,为广泛评价保护性耕作的土壤碳、氮截获功能和合理选择农业耕作方式提供科学依据。研究结果表明,与犁耕相比,免耕覆盖不同程度地提高了0～5cm和5～15cm土层的有机碳、氮储量,对15cm以下土层没有影响,从而增加了0～100cm土体总的有机碳、氮储量,证明了免耕覆盖的土壤碳、氮截获功能,年均截获率分别为1.37Mg·hm-2和0.84Mg·hm-2。有机碳、氮在犁耕土壤0～30cm剖面的垂直分布较为均匀,免耕覆盖后则发生明显的分层,产生表聚现象。     

保护性耕作对土壤有机碳、氮储量的影响

以辽宁彰武县保护性耕作示范推广基地土壤为研究对象,通过实地调查和取样分析,对比研究了传统犁耕和6年免耕秸秆覆盖条件下的土壤有机碳、氮储量,为广泛评价保护性耕作的土壤碳、氮截获功能和合理选择农业耕作方式提供科学依据。研究结果表明,与犁耕相比,免耕覆盖不同程度地提高了0-5cm和5～15cm土层的有机碳、氮储量,对15cm以下土层没有影响,从而增加了0～100em土体总的有机碳、氮储量,证明了免耕覆盖的土壤碳、氮截获功能,年均截获率分别为1．37Mg·hm-2和0．84Mg·hm-2有机碳、氮在犁耕土壤0～30cm剖面的垂直分布较为均匀,免耕覆盖后则发生明显的分层,产生表聚现象。     

春玉米种植密度对土壤有机碳组分的影响

通过西辽河灌区连续3 a的田间试验,研究春玉米不同种植密度（60 000、75 000和90 000株·hm-2）下土壤有机碳组分的质量分数及空间分布特征,阐明了春玉米种植密度对不同层次土壤有机碳组分的影响机制。结果表明：高、低密度均增加土壤0～40 cm土层有机碳质量分数,中密度下促进土壤微生物生物量碳增加。随着种植密度的加大土壤中活性有机碳增加,轻组有机碳减少。玉米生长主要促进10～20 cm土层有机碳的耗损,高密度下促进犁底层（20～40 cm）土壤有机碳质量分数及其活性,使其轻组有机碳减少,微生物生物量碳增加。低密度下主要增加表层（0～10 cm）土壤有机碳质量分数。种植密度通过影响根系群体生物量及其分布,调节土壤微生物活性、残落物碳输入影响土壤有机碳组分。适当的增加春玉米种植密度有利于春玉米农田高产固碳。     

不同经营年限对柑橘果园土壤有机碳及其组分的影响

土壤有机碳库是全球碳循环的重要组成部分,其积累和分解的变化直接影响全球的碳平衡。果园是我国重要的土地利用类型之一,果园面积占我国土地总面积的1.15%。因此,研究果园土壤有机碳库的演变规律,对于准确评估我国陆地生态系统的固碳潜力具有重要的科学意义。利用时空替代和物理、化学分组的方法比较研究不同经营年限对柑橘果园土壤有机碳库及其组分的影响,旨为果园土壤固碳增汇机理研究提供科学依据。利用时空替代法和物理化学分组的方法比较研究经营年限对柑橘果园土壤有机碳库及其组分的影响。结果表明：50年代柑橘果园0~20 cm和20~40 cm土层颗粒有机碳和轻组有机碳含量分别比80年代柑橘果园提高了9.6%和23.60%、2.57%和3.63%,其中对0~20 cm土层的影响显著高于20~40 cm,说明果园经营干扰对土壤活性有机碳的影响随着土层的加深而降低。50年代柑橘果园0~20 cm土层土壤有机碳含量比80年代果园提高27.2%,可溶性有机碳提高20.1%,微生物生物量碳提高5.3%;50年代柑橘园0~100 cm土层有机碳储量比80年代柑橘园提高30.3%,但50年代柑橘园的土壤颗粒有机碳、轻组有机碳、可溶性有机碳和微生物量碳占总有机碳的比率均低于80年代柑橘园,说明当种植年限超过30年后,随着种植年限增加,果园土壤有机碳质量存在退化的风险。     

不同发育阶段杉木人工林土壤碳库稳定性研究

森林土壤有机碳在全球碳循环中的重要作用主要取决于有机碳的稳定性。为科学评价杉木人工林土壤的碳汇功能及固碳潜力,对湖南省会同县不同发育阶段的杉木人工林土壤有机碳的生化特征和物理保护程度进行了研究。结果表明,在杉木人工林发育过程中,土壤总有机碳(SOC)、微生物生物量碳(MBC)、活性碳库Ⅰ(LPⅠ)、活性碳库Ⅱ(LPⅡ)和重组有机碳(HOC)含量以及微生物熵(MQ)均在中龄林阶段出现最低值,而轻组有机碳(LOC)和顽固性组分(RF)随林龄增加呈现持续上升趋势。土壤RF占SOC的比例(顽固性碳指数,Ir,C)则表现为先增加后减少,即在中龄林阶段比例最高,在成熟林阶段为41.9%~57.6%,高于幼龄林阶段的38.7%~43.0%;HOC占SOC的比例从幼龄林阶段的86.4%~87.5%下降到成熟林阶段的82.5%~83.9%。总体而言,杉木人工林的发育过程是土壤有机碳积累的过程,在这个过程中,土壤有机碳自身的顽固性增强,但受到的物理保护程度减弱。此外,各组分中以LP I对土壤微生物的有效性最高。     

中国草地生态系统碳储量及碳过程研究进展

草地为陆地生态系统的主体,是陆地上最主要的碳储库和碳吸收汇之一。近年来,随着“草原承包责任制”、“退耕还林还草”和“封育禁牧”等重大生态工程项目的实施及草地生态系统的恢复和草地生产力的提升,草地生态系统碳储量、固持潜力、土壤碳循环机制及稳定性机制越来越受到学术界的关切。文章全面综述了近年来我国草地生态系统碳储量及其碳过程的研究工作,总结了不同研究中,我国不同草地类型碳库的特征及其储量、分析了草地生态系统碳过程等,评述了土壤碳过程相关科学问题的研究进展,指出了当前草地生态系统土壤碳储量及碳过程的研究进展、存在的问题,分析了未来草地生态系统土壤碳研究的重点研究方向和发展趋势。研究表明：草地生态系统在调节碳循环和减缓全球气候变化中起着重要作用。但是,由于草地类型的多样性、结构的复杂性以及草地对干扰和变化环境响应的时空动态变化,至今对草地生态系统碳储量和变率的科学估算,以及草地生态系统土壤关键碳过程及其稳定性维持机制的认识还十分有限,随着高分辨率的MODIS、TM数据、数学模型及不同草地类型实测点的建立,以及通过枯落物碳库将植物碳库与土壤碳库的有机连接,草地生态系统的土壤碳储量及固持潜力取得了重要进展;土壤有机碳来源、组成,有机碳化学结构以及环境因子是影响土壤有机碳稳定性的重要因素,而固体赫兹共振、碳同位素示踪等对破解有机碳稳定性提供了重要手段。未来,还将进一步厘清草地生态系统土壤固碳的驱动机制,构建草地生态系统土壤固碳量化方法体系等。     

利用方式对紫色水稻土有机碳与颗粒态有机碳的影响

土壤是陆地生态系统中重要的动态碳库,其微小的变化可能带来对全球大气CO2浓度的较大变化。颗粒态有机碳在土壤中周转速度较快,比土壤总有机碳更易受土地利用方式的影响,对于评价土地利用变化对土壤碳固定过程影响具有重要意义。采集不同的耕作、轮作和施肥处理的14年28茬的紫色土长期试验土壤,分析有机碳与颗粒态有机碳含量在土壤及不同深度分布特点,结果表明:长期垄作免耕并实行水稻(Oryza sativa)油菜(Brassica)轮作的利用方式下,0～10cm土层土壤有机碳与颗粒态有机碳含量明显高于其他利用方式下,而稻油水旱轮作平作利用方式下最低。整个耕层0～30cm深度的土壤有机碳含量介于8.92～29.98g·kg-1之间,颗粒态有机碳含量变幅为0.54～3.43g·kg-1之间,且存在随深度递增而降低的趋势。土壤有机碳与颗粒态有机碳都可用作评价利用方式影响紫色水稻土土壤质量变化与固碳能力的有效指标,但颗粒有机碳对于管理措施的响应更为敏感。从总有机碳与颗粒有机碳的关系来看,不同管理下有机碳的增加与土壤物理保护能力的提高有关。垄作免耕(稻油)的利用方式最有利于有机碳的保护和稳定。     

不同土地利用方式对土壤有机碳及其组分影响研究

测定了5种土地利用方式下（人工草地、围封样地、一年耕地、弃耕地、自由放牧样地）土壤有机碳、土壤微生物生物量碳、易氧化态碳和轻组有机碳组分含量特征,比较分析土地利用变化对典型草原土壤起源下土壤有机碳组分的变化。结果表明,1）人工草地土壤有机碳含量为（14．98±3．47）g·kg-1,围封样地的为（12．41±6．40）g·kg-1,一年耕地的为（12．20±5．59）g·kg-1,弃耕样地的为（10．39±5．08）g·kg-1,自由放牧样地的为（9．45±3．19）g·kg-1。人工草地土壤有机碳含量明显高于其他样地,围封样地和一年耕地的含量相似,自由放牧样地的含量最小。2）土壤微生物生物量碳、易氧化态碳和轻组有机碳的含量在不同土地利用方式下的变化趋势与土壤有机碳含量的变化趋势基本一致。土壤有机碳及其组分含量在土壤剖面上,随着土层深度的增加而逐渐降低。3）土壤微生物生物量碳、易氧化态碳和轻组有机碳的平均分配比率在不同类型样地范围分别为0．24％～0．66％、0．002％～0．019％和0．05％-0．25％,显示出各组分对土壤环境变化的敏感度不同,其中土壤微生物生物量碳更能反映土壤有机碳的早期变化,可以作为表征土壤有机碳变化和土壤肥力的敏感指标。     

稻草还田方式对双季稻田耕层土壤有机碳积累的影响

选择南方典型双季稻田,研究不同的稻草还田方式对土壤不同层次有机碳的积累、表土碳密度、C/N比值及水稻产量的影响。结果表明,不同的稻草还田和耕作处理对水稻产量无显著影响;不同稻草还田处理的土壤有机碳和C/N均随土层加深而减小;3个稻草还田处理0-5 cm土层土壤有机碳质量分数显著高于不还田对照,其中,以高桩免耕处理最高,比无草翻耕处理提高13.8%（P〈0.01）;5-10 cm土层表现为高桩翻耕处理显著高于其他处理,增加幅度为1.39-1.66 g kg-1;10-15 cm为翻耕处理（包括稻草不还田和还田）显著高于各免耕处理;稻草翻耕处理（0-15 cm）的耕层有机碳密度显著高于其他处理。因此,南方双季稻田采取稻草翻耕还田方式有利于增加土壤有机碳汇。     

秸秆还田条件下农田系统碳循环研究进展

秸秆还田是农田生态系统的固碳减排的一种措施,现已成为国内外学者研究的热点。本文在分析农田系统碳循环流通的基础上,将系统划分为土壤、植物和大气3个子系统,对秸秆还田条件下各个子系统中碳的流动变化情况进行讨论。在土壤子系统中,秸秆还田对土壤有机碳（SOC）、土壤矿化碳、土壤微生物碳（MBC）的变化都有作用。秸秆还田的初期可能会降低微生物利用碳源的能力,影响群落物种分布的均匀度,致使作物对碳、氮利用率下降;然而,长期的效应仍会增加土壤微生物的多样性和活性。研究亦认为秸秆还田特别是与有机肥配合使用,能够提高土壤有机碳的含量;对土壤有机碳矿化具有明显促进作用,但是对土壤原有的有机碳矿化影响尚不清楚。秸秆还田在植物子系统中的影响主要集中在植物光合碳变化。已有的研究表明秸秆还田对作物光合作用的影响表现为正效应;然而根际碳流通的变化尚不清楚。在大气子系统中,秸秆还田能够增强旱地耕作土壤的呼吸作用,促进CO2的排放;而淹水条件下,秸秆还田使土壤有机碳矿化受到了明显抑制,对CO2没有明显影响。与此类似,淹水条件促进CH4排放,排水良好可以减少CH4的释放。事实上对CH4的排放而言,水份的影响可能比秸秆还田所产生的影响更大。笔者认为秸秆还田后土壤有机碳流通变化机理,及根际碳的流通变化影响仍有待进一步解析。其次,农业机械使用所产生的 CO2气体在研究秸秆还田模式时也应被考虑在内。除此之外,秸秆还田这种减排措施（CO2）的减排潜力、适宜应用的区域、可能的协同作用和一些限制及不利因素还没有得到确切的评估,实施过程中应考虑社会和经济层面上的因素。     

耕地土壤碳固存的措施与潜力

土壤CO2排放与土壤退化、土壤有机质(SOC)含量减少和土壤质量下降密切相关。耕地具有较大的碳固存潜力。通过采用最佳管理措施(BMPs)和进行土壤修复来提高土壤质量，能增加SOC含量和提高土壤生产力，并能部分起到减缓温室效应的作用。文章从土壤固碳的机制入手，系统总结了在耕作土壤碳固存方面的研究。从土壤侵蚀控制、退化土壤修复、保护性耕作、残落物管理，改善农作物制度等方面，论述了耕地的固碳潜力，并提出了一系列实现碳固存的措施。最后估算出耕地土壤总的固碳潜力为0．73～0．87Pg/a。研究表明,在替代性能源开发之前，耕地碳固存是一项切实可行的措施。     

利用农业土壤固定有机碳——缓解全球变暖与提高土壤生产力

大气CO     

大气CO2升高对土壤碳循环影响的研究进展

土壤有机碳是陆地碳库的重要组成部分,其积累和分解的变化直接影响全球的碳平衡。据估计,全球土壤（表层1m）有机碳积累总量相当于大气中碳总量的2～3倍。土壤是温室气体的源或汇,土壤碳库的变化将影响大气C02的浓度,因此,土壤碳库对人类活动的响应也是全球碳循环和全球变化研究的热点。在全球变化的大背景下,大气CO2升高导致植被生态系统碳平衡的改变进而对土壤碳循环产生影响。总结了陆地生态系统碳循环对大气C02浓度升高响应的主要生物学机制及过程,简述了大气C02浓度升高对影响土壤碳输入和输出的各因素的研究进展,并指出未来研究的主要方向。在大气C02浓度升高条件下,陆地生态系统碳循环的变化主要反映在以下几个方面：1）不同类型植物群落的净初级生产力（NPP）显著增加,但湿地植物的净初级生产力也有可能降低;2）光合产物向根系分配的数量增加,地上／地下生物量降低,根系形态发生变化,根系周转速率和根系分泌等过程的碳流量提高;3）植物含氮量降低,C／N提高,次生代谢产物增加,微生物生长受到抑制,植物残体分解速率降低;4）土壤呼吸速率显著增加,提高幅度受植物类型与土壤状况的影响;5）进入土壤的植物残体及分泌物的数量和性质影响土壤酶的活性,脱氢酶和转化酶活性增加,酚氧化酶和纤维素酶受植物类型与环境条件的影响;6）土壤中真菌的数量的增加幅度要高于细菌;7）CH4释放量增加,在植物的生长期表现更为明显。由于陆地生态系统碳循环的复杂性,研究结果仍有很大的不确定性。大气C02浓度升高与全球变化的其它表现间的交互作用将是今后研究的重点,同时由于土壤碳循环是一个由微生物介导的生物地球化学循环过程,因此,加强陆地生态系统碳循环的微生物机制研究也将为全面理解碳循环的过程提供更加准确的研究理论基础。     

南亚热带中幼龄针阔混交林碳储量及其分配格局

以南亚热带中幼龄针阔混交林为研究对象,通过典型样地调查法,对森林生态系统各个层次进行取样调查,采用12个样地实测数据和已有生物量模型相结合的方法计算乔木层生物量,灌木层、草本层和凋落物层采用全部收获法测得其生物量,对土壤层的调查采用剖面法加土钻法,代表性样品碳含量的测定采用重铬酸钾-水合加热法。在此基础上,分析了中幼龄针阔混交林碳储量及其分配格局。结果表明,主要造林树种树根、树杆、树枝和树叶碳含量均值分别为45.07%、46.73%、46.30%和47.72%。植物碳含量表现为乔木〉灌木〉草本。乔木碳储量占植被总碳储量比例介于63.38%-94.08%之间,灌木碳储量所占比例介于3.55%-12.67%之间,而草本碳储量仅介于为1.28%-23.95%之间,不同林龄段乔木和灌木碳储量均值随林龄的增加呈上升趋势,而草本碳储量呈下降趋势。土壤碳储量介于106.73-136.61 t·hm^-2之间,土壤碳储量随林龄的增加呈现出先降低后升高的趋势。针阔混交林总碳储量介于134.79-162.60 t·hm^-2之间,分配格局表现为土壤层〉植被层〉凋落物层。土壤层碳储量所占总碳储量比例范围为78.34%-94.45%,植被层所占比例介于4.84%-20.16%之间,凋落物层仅介于0.71%-1.50%之间,中幼龄针阔混交林碳储量主要以土壤固碳为主。研究结果为树种选择、人工林生态系统固碳潜力以及人工碳汇林的经营管理等研究提供科学参考。