增温施肥对农田土壤有机碳和全氮含量及δ^(13)C、δ^(15)N值的影响

农田土壤是重要的碳氮库,对气候变化极其敏感,但土壤碳氮循环对气候变化的响应目前还不清楚。在全球变暖背景下,为了实现我国碳达峰、碳中和目标,研究增温对土壤有机碳、全氮含量及其碳氮同位素的影响具有重要的现实意义。本研究采用红外辐射加热器模拟全球变暖,使5 cm土壤温度增加约2℃。通过测定灌溉前后土壤有机碳和全氮含量及δ^(13)C和δ^(15)N值的变化,研究增温、施氮和灌溉对华北平原小麦田土壤碳氮库的影响。试验共设4个处理:不施氮不增温(N0T0)、不施氮增温(N0T1)、施氮不增温(N1T0)和施氮增温(N1T1)。结果表明:灌溉前,增温降低了土壤有机碳含量,0~10 cm土层N1T1处理与不增温处理(N0T0和N1T0)之间差异显著(P<0.05),10~20 cm土层N1T1处理与其他处理差异均显著(P<0.05);灌溉后,增温虽有降低土壤有机碳含量的趋势,但差异不显著;施氮条件下,增温显著提升了δ^(13)C值(P<0.05)。增温降低了土壤全氮含量,并在灌溉前10~20 cm土层和灌溉后0~10 cm土层达显著水平(P<0.05);增温提升了土壤δ^(15)N值,灌溉前0~10 cm土层N0T0处理与增温处理(N0T1和N1T1)差异显著(P<0.05),灌溉后0~10 cm土层仅N0T1和N1T0处理间差异显著(P<0.05),而10~20 cm土层增温处理(N0T1和N1T1)均与N1T0处理差异显著(P<0.05)。同一处理同一时期,土壤有机碳和全氮的含量随土壤深度的增加而降低,δ^(13)C和δ^(15)N值随深度增加而升高,但土壤有机碳和δ^(13)C值的变化差异不显著,全氮含量和δ^(15)N值的变化差异显著(P<0.05)。土壤有机碳、全氮含量及δ^(13)C和δ^(15)N值在灌溉前后的差异均不显著。连续5年的增温施氮试验表明,未来气候变暖可能会加快土壤有机碳和全氮的分解,造成更多轻组有机碳损失。灌溉在短期内不会显著改变土壤碳氮含量及δ^(13)C和δ^(15)N值,但其长期影响还需进一步探究。此外,未来研究还应该重视多因素交互作用对土壤碳氮循环的影响。

无机氮对土壤中有机碳矿化影响的探讨

采用1 4 C同位素示踪恒温密闭培养法 ,研究了秸秆和化肥配合施用体系中 ,无机氮对1 4 C秸秆碳矿化的影响 ,培养期一年。结果表明 ,在非石灰性土壤中 ,无机氮的施用促进了1 4 C秸秆碳的矿化 ,相对增加了土壤固有碳 ( 1 2 C)的固持 ,两者间的互补显示无机氮对土壤总碳矿化的影响不大 ;淹水土壤中的1 4 C秸秆碳年矿化率比旱地高 ,发现无机氮对1 4 C秸秆碳年矿化率的增加不论在旱地或水田状况是近似的。在石灰性土壤中 ,无机氮对1 4 C秸秆碳、土壤固有碳的矿化均起到抑制作用 ,没有发现无机氮对有机碳矿化的促进。对有机肥和无机肥配合施用体系中 ,化学氮肥对土壤有机碳转化影响 ,以及化学氮肥在土壤有机碳内循环中的作用功能等 。

柑橘大豆间作对土壤团聚体结构及其有机碳、氮分布的影响

探讨柑橘大豆不同间作年限下土壤团聚体结构及有机碳、氮分布差异,旨在为果园土壤改良提供参考。通过田间定位试验设置清耕区(CK)、柑橘间作大豆1年(T1)、柑橘间作大豆2年(T2)和柑橘间作大豆3年(T3)4个处理,测定土壤团聚体组成、稳定性、有机碳和全氮等指标。结果表明:①与清耕柑橘园相比,柑橘间作大豆的土壤>0.25 mm大团聚体含量提高了19.58%~22.29%;②柑橘间作大豆的土壤团聚体稳定性特征表现为:T3>T2>T1>CK;③团聚体粒径中的有机碳和全氮含量表现为>5 mm粒径最高,<0.25 mm粒径含量最低,柑橘间作大豆的土壤C/N值较清耕区提高了1.16倍~1.19倍;④土壤团聚体组成与团聚体有机碳和全氮含量的相关性显著,RDA分别解释99.32%和94.99%的差异信息,其中>5、5~2和0.5~0.25 mm粒径土壤团聚体是影响土壤有机碳和全氮含量变化的主要环境因子。总体而言,柑橘园行间间作大豆可增加土壤肥力,改善土壤团聚体结构,是一种可持续农业发展模式。

有机物料中有机碳和有机氮的分解进程及分解残留率

在中国科学院沈阳生态站(埋袋法)和海伦站(砂滤管法)研究了不同有机物料中有机碳和有机氮的矿化进程、分解残留率和C/N的动态变化.结果表明:有机物料中有机碳和有机氮的分解进程可分为快、慢2个阶段;各有机物料中有机氮的矿化速率均明显低于有机碳,因而其残留率高于有机碳;有机物料C/N的下降速率也可分为快、慢2个阶段.经3～5年分解后,各种有机物料残留物的C/N趋于稳定:低C/N有机物料(猪粪)残留物的C/N值接近土壤腐殖质的C/N,约为10,已完成其腐殖化过程;高C/N有机物料残留物的C/N值处于适宜微生物活动的25左右,利于增加土壤有机质、培肥土壤.

秸秆还田施氮调节碳氮比对土壤无机氮、酶活性及作物产量的影响

秸秆的质量,特别是C/N是影响秸秆分解速率和养分释放的重要因素。在秸秆还田条件下,如何科学合理地施用氮肥是秸秆利用和优化施肥研究的关键问题。本研究以秸秆还田施入碳氮的C/N为切入点,于2012—2013年通过田间试验(设秸秆不还田不施肥、秸秆还田不施氮、秸秆还田施用无机氮肥调节C/N为10∶1、16∶1和25∶1以及秸秆还田施用有机氮肥调节C/N为25∶1处理),研究秸秆还田不同氮输入对小麦-玉米轮作田土壤无机氮、土壤微生物量氮、酶活性以及作物产量的影响。结果表明:1)在C/N为25∶1下,施用有机氮肥和无机氮肥对土壤无机氮含量无显著影响;在施用无机氮肥的情况下,C/N越低土壤无机氮含量越高。2)秸秆还田施氮提高了土壤微生物量氮含量,但是各秸秆还田施氮处理之间差异不显著;秸秆还田不同施氮处理对脲酶活性无显著影响;秸秆还田施氮提高了FDA水解酶活性,并随C/N降低呈升高趋势,施用无机氮肥的效果强于施用有机氮肥的。3)秸秆还田施用无机氮肥显著提高了小麦和玉米地上部生物量,施用无机氮肥调节C/N为10∶1和16∶1相比于C/N为25∶1提高了小麦和玉米的苗期和成熟期地上部生物量;施用有机氮肥调节C/N为25∶1相比秸秆还田不施氮对地上部生物量无显著影响。秸秆还田施用无机氮肥提高了作物产量,施用无机氮肥调节C/N为16∶1产量最高,而施用有机氮肥调节C/N为25∶1有降低作物产量的趋势。综合以上结果来看,施用无机氮肥调节C/N为16∶1较为合理。

亚热带地区不同种植年限果园土壤团聚体结构及有机碳、氮分布特征

研究不同种植年限果园土壤团聚体结构变化规律,探究各粒级团聚体有机碳、全氮分布变化特征,旨在为亚热带地区果园土壤肥力形成和变化规律等相关研究提供参考。以林地土壤(0a)和不同种植年限(2、10、20、30a)果园土壤为研究对象,分析种植年限与土壤团聚体结构及其有机碳和全氮含量的关系。结果表明:与林地土壤相比,开垦为果园后的土壤中>2 mm团聚体含量显著增加;果园土壤团聚体含量随粒级减小而降低,其中>2 mm和0.25~2 mm粒级分别占40.1%~64.9%和30.6%~46.4%;不同种植年限果园土壤各粒级团聚体含量无显著差异。各粒级团聚体有机碳和全氮含量随着种植年限的延长呈增加趋势,但C/N值呈下降趋势。相关分析表明,随种植年限延长而增加的土壤有机碳或全氮主要分布于0.25~2 mm粒级团聚体。亚热带地区林地开垦为果园可增加土壤大团聚体含量,但开垦为果园后种植年限对土壤团聚体各粒级的分布无显著影响。虽然随着种植年限延长可显著提高各粒径下有机质和全氮含量,但C/N降低,建议果园管理过程中应适当减施氮肥、增施有机肥,提高土壤养分有效性。

中亚热带4种森林类型土壤有机碳氮贮量及分布特征

对湖南省长沙县大山冲省级森林公园立地条件基本一致的4种森林土壤有机碳(SOC)、全氮(N)含量、贮量及土层分布进行研究。结果表明:不同森林、同一森林的不同土层SOC、N含量和贮量均存在显著差异(p<0.05)。各土层SOC含量的变化范围分别为杉木林8.66～22.96g/kg,马尾松林13.33～37.50g/kg,南酸枣林13.78～43.58g/kg,青冈林13.33～36.87g/kg。土壤全N含量的变化范围分别为杉木林1.37～2.29g/kg,马尾松林1.29～2.65g/kg,南酸枣林1.69～3.96g/kg,青冈林1.23～3.26g/kg。4种林地SOC和N含量均随土层深度增加而逐渐下降。4种森林土壤SOC贮量差异不显著(p=0.177 6),N贮量差异极显著(p=0.000 7)。4种森林土壤SOC含量与N含量存在极显著相关性(p<0.01),除青冈林外,其余3种森林土壤SOC与C/N存在极显著相关关系(p<0.01)。马尾松土壤N与C/N之间呈极显著相关(p<0.01),南酸枣林的存在显著关系(p<0.05),青冈林和杉木林的相关性不显著。

黑土颗粒有机碳和氮含量对有机肥剂量响应的定量关系

黑土是一种非常重要的耕种土壤,但是由于过度地开发利用和水土流失导致土壤有机质含量迅速下降,严重影响了耕地生产力和作物产量。为了能够快速恢复黑土肥力,利用海伦国家野外科学观测研究站内的长期定位试验,定量分析了黑土颗粒有机碳和氮含量对有机肥剂量的响应。田间试验开始于2001年,设置了4个施肥处理,分别为：1单施化肥（OM0）;2低剂量有机肥与化肥配施（OM1）;3中剂量有机肥与化肥配施（OM2）;4高剂量有机肥与化肥配施（OM3）。在2011年播种前,采集各处理0~20 cm耕层土壤样品。应用有机碳物理分组方法,测定分析了土壤有机碳、氮及各组分的含量。研究结果表明长期不同剂量有机肥输入能够显著增加黑土总有机碳和全氮含量（P〈0.05）,每增施1 t有机肥,土壤有机碳含量增加0.186 kg,土壤全氮含量增加0.02 kg,表明增加有机肥投入量是提高黑土有机碳含量的有效措施。有机肥的施用增加了土壤中粗颗粒和细颗粒组分,不同剂量有机肥处理表现为OM3〉OM2〉OM1〉OM0,而减小了土壤中矿质结合态组分的含量;随着有机肥施入量的增加,粗颗粒和细颗粒土壤有机碳和氮的含量呈增加的趋势,而矿质结合态中的有机碳含量则略有下降,表明粗颗粒和细颗粒有机碳和氮是黑土有机碳和氮的主要储存库,有机无机配施对土壤有机碳、氮的提升作用主要集中于对活性组分颗粒有机质的形成和积累。与OM0处理相比,有机肥的施入显著降低了颗粒有机质和矿质结合态有机质的C/N,并且随着有机肥施入量的增加而逐渐降低。与单施化肥相比,化肥有机肥配施能够显著增加土壤的总有机碳,全氮,颗粒有机碳、氮含量,其中以化肥配施高剂量有机肥效果最佳,有利于黑土土壤肥力的快速提升,改善黑土的土壤质量。

短轮伐期毛白杨不同密度林分土壤有机碳和全氮动态

采用裂区试验设计,于2005—2008年连续4年测定了不同造林密度(2 m×2 m、2 m×3 m、2 m×3.5 m、2 m×4 m、2 m×5 m、3 m×3 m、3 m×4 m)下2年生三倍体毛白杨(B304)和对照二倍体(1319)人工林土壤有机碳和全氮含量,以明确不同密度林分土壤有机碳和全氮动态变化规律及其相关性。结果表明:(1)受造林密度、生长时间及其交互作用的显著影响,4年生长期内林地土壤有机碳含量呈先降后升的变化特点。其中,2008年B304在2 m×3 m造林密度下土壤有机碳含量显著高于其它年份,说明此造林密度有利于发挥三倍体毛白杨林土壤固碳的生态功能。(2)4年生长期内,土壤全N含量受生长时间及其与造林密度的交互作用的显著影响。在3 m×3 m造林密度下,二倍体毛白杨林地土壤全N含量逐年降低,而三倍体毛白杨2007年的土壤全N含量显著增加,该造林密度利于三倍体毛白杨林地土壤N的积累。(3)土壤有机碳/全氮比值变化与有机碳含量变化规律一致,且均在2006年达到最低值。(4)在2008年,三倍体毛白杨在2 m×3 m和2 m×3.5 m造林密度下土壤有机碳与全N含量呈现显著正相关关系,而2 m×5 m造林密度下的二倍体毛白杨林地呈显著性负相关关系,体现了毛白杨林地土壤有机碳与全N含量复杂的相关性。

我国三种种植制度下农田土壤有机碳、氮关系的演变特征

对34个国家级耕地质量监测点20余年连续监测数据进行了统计分析,旨在探讨常规施肥下我国旱作、水旱轮作和稻田系统土壤碳、氮关系的演变特征。结果表明,1985-2006年,我国常规施肥方式下旱地、水旱轮作和稻田系统表层土壤有机碳和全氮均显著增加,三种种植制度下土壤C/N演变存在一定差异。土壤C/N均值从1985-1990年的9.87上升至2001-2006年的10.32。20年期间,土壤C/N分布在9-11的区间范围内的频率为45%-48%;土壤C/N在7-9区间的分布频率从27.5%减少到14.5%,但在11-13区间的分布频率从15.6%增加到27%,且30%以上的旱地连续监测点土壤C/N呈显著增加趋势。进一步分析表明,土壤C/N与土壤速效磷、速效钾以及磷肥和有机肥的投入量呈显著正相关关系,而与土壤pH值呈显著的负相关关系。表明常规施肥方式中,磷肥和有机肥投入促进了土壤中有机碳和全氮的积累,且对旱地土壤有机碳积累的贡献大于对氮素积累的贡献,是土壤碳、氮关系演变的重要影响因子。

芦芽山土壤有机碳和全氮沿海拔梯度变化规律

研究不同海拔梯度和坡向的土壤碳氮分布，能在较小的空间尺度上反映不同气候状况下土壤碳氮分布规律，揭示多个互相关联的环境因子对土壤碳氮分布规律的综合影响。对山西省北部芦芽山芦芽山沿海拔梯度土壤有机碳和全氮含量的变化规律进行了分析。自海拔1703.1 m至2756.3 m每上升约50 m设置一个样带（共计21块），每样带内布设30 m＆#215;30 m样地3个，每个样地内“S”形布点，分3层（0~10、10~25、25~40 cm）钻取土样。结果表明，在研究海拔范围内土壤垂直剖面自表层向下有机碳质量分数分别为（35.71±13.32）、（29.18±12.85）和（26.39±12.74） g＆#183; kg-1，全氮质量分数分别为（2.83±0.93）、（2.38±0.84）和（2.12±0.80） g＆#183; kg-1。土壤有机碳和全氮含量的分布特征均表现为随海拔升高而增加的趋势，与海拔呈极显著的线性正相关。土壤有机碳含量与海拔线性模型的回归系数在10~25 cm土层最大，而全氮与海拔线性模型的回归系数随土层深度增加而递减。土壤有机碳含量最高值出现在较高海拔处寒温性针叶林下，而土壤全氮含量最高值出现在最高海拔的亚高山草甸。碳氮含量的剖面分布呈现为表层（0~10 cm）最高，随深度下降而递减。研究区土壤C/N值介于5~19，最小值为海拔最高（2756.3 m）的亚高山草甸，而最大值为较高海拔分布的寒温性针叶林（2332.6 m），沿海拔梯度表现呈“Λ”型的变化趋势。

东北黑土区旱田改稻田后土壤有机碳、全氮的变化特征

【目的】分析东北黑土区旱田改稻田后土壤有机碳、全氮含量及其密度和^(13)C、^(15)N自然丰度值的动态变化,探讨旱田改稻田后土壤有机碳(氮)的固定能力及其稳定性,揭示旱田改稻田后土壤有机碳(氮)的演变规律,为东北黑土的合理利用和培肥提供理论依据。【方法】结合野外实地调查,选择典型黑土区旱田土壤(种植大豆年限大于60年)和改种不同年限的稻田土壤(3、5、10、17、20和25年,旱田改稻田前种植历史基本相同,均为大豆),利用稳定同位素分析技术,研究旱田改稻田后土壤有机碳、全氮的动态变化特征。【结果】旱田改稻田25年间,在0—60 cm土层,土壤有机碳和全氮含量的变化趋势均表现为:在改种的前3年迅速下降,降幅分别为13.60%—43.27%和10.40%—40.60%,在3—25年间随改种年限延长呈逐渐增加的趋势,且在20—60 cm土层出现累积,但在3—5年期间增加幅度较大,在5—25年期间增加较为缓慢,在改种17—25年期间,稻田土壤有机碳和全氮含量均高于旱田土壤;0—60 cm土层土壤有机碳和全氮密度的变化趋势与其含量的变化趋势大致相同,在改种的3年间0—60 cm土层土壤有机碳和全氮密度分别降低了26.53%和21.89%,在改种5—25年间0—60 cm土层稻田土壤有机碳和全氮密度均大于旱田土壤,增幅分别为9.87%—21.48%和10.2%—19.3%;旱田改稻田后,土壤全氮与有机碳的变化密切相关,土壤全氮与有机碳的含量、密度之间均呈显著线性正相关关系(P<0.01)。在0—60 cm土层,土壤δ^(13)C值在改种的3年间明显上升,在3—25年间随改种年限延长呈逐渐下降趋势,且大于5年的稻田土壤δ^(13)C值均低于旱田土壤,而土壤δ^(15)N值在改种的25年间随改种年限延长呈逐年下降趋势,各年限稻田土壤δ^(15)N值均低于旱田土壤,相同年限土壤的δ^(13)C值和δ^(15)N值均随着土层加深而增大;0—40 cm土层土壤δ^(13)C值与土壤有机碳含量之间呈显著线性负相关关系(P<0.01),但各土层土壤δ^(15)N值与土壤全氮含量之间则无显著相关性。【结论】东北黑土区旱田改稻田大于5年后,稻田土壤具有明显的固碳(氮)能力,稳定性碳(氮)在20—60 cm土层累积;改种稻田年限小于5年,应注重有机碳(氮)的补充,以维持和提高土壤有机碳(氮)水平。

连栽桉树人工林土壤有机碳氮储量及其分布特征

采用时空互换法,以广西东门林场不同栽植代数(1、2和3代)桉树人工林和邻近区域马尾松人工林为研究对象,分析桉树人工林连栽过程中土壤有机碳、全氮含量和储量及其分布特征。结果表明:(1)在0~20 cm土层,马尾松和1代、2代、3代桉树人工林有机碳含量分别为17.06、15.70、14.47和13.16 g/kg,土壤全氮含量分别为0.895、0.841、0.778和0.715 g/kg,均呈现随栽植代数的增加而下降的趋势,但在20~40 cm土层,马尾松和各栽植代数桉树林土壤有机碳和全氮含量无显著差异。(2)马尾松、1代、2代和3代桉树人工林0~40 cm土壤有机碳储量分别为66.84、56.57、52.97和50.81 t/hm^2,土壤全氮储量分别为3.78、3.33、3.09和2.98 t/hm^2,其中马尾松林和2、3代桉树林有机碳和全氮储量之间存在显著性差异(p<0.05)。(3)相关分析表明,马尾松和不同栽植代数桉树人工林土壤有机碳含量与全氮含量均存在极显著相关性(p<0.01),土壤有机碳、全氮与C/N之间也存在显著的相关关系(p<0.05)。

黑土旱地改稻田土壤水稳性团聚体有机碳和全氮的变化特征

【目的】分析东北黑土旱地改稻田后土壤团聚体组成及其稳定性、各粒级团聚体有机碳、全氮含量及其13C、15N自然丰度值的动态变化,探讨旱地改稻田后土壤团聚体有机碳、全氮的赋存能力及稳定性,揭示旱地改稻田后土壤团聚体及其有机碳、全氮的演变规律。【方法】选择东北典型黑土旱地土壤(种植大豆年限大于60年,作为对照)和改种不同年限的稻田土壤(3、5、10、17、20和25年,改稻田前种植作物均为大豆),利用土壤团聚体湿筛分离技术和稳定同位素分析技术,研究旱地改稻田后土壤团聚体有机碳、全氮的动态变化特征。【结果】在0-60 cm土层,与对照土壤相比,改种水稻各年限土壤中2-0.25 mm团聚体组成有所减少,0.25-0.053 mm和<0.053 mm团聚体组成有所增加,>2 mm团聚体组成的变化无明显规律,但旱地改稻田不同年限均以2-0.053 mm团聚体为主;团聚体平均重量直径(MWD)与>2 mm团聚体组成之间呈显著线性正相关关系(P<0.01),与0.25-0.053 mm、<0.053 mm团聚体组成之间均呈显著线性负相关关系(P<0.01或P<0.05);水稳性团聚体组成变化受水稻种植年限和土层深度的显著影响,而MWD的变化则受土层深度的显著影响。与对照土壤相比,在0-40 cm土层,2-0.25 mm、0.25-0.053 mm团聚体有机碳和全氮含量在改种水稻3年时均有所下降,在改种水稻3-25年间均随水稻种植年限延长大体上呈增加趋势。总体上,2-0.25 mm、0.25-0.053 mm团聚体是赋存有机碳和全氮的主要粒级;在0-60 cm土层,>2 mm团聚体有机碳、全氮含量与其团聚体组成之间呈显著正相关关系(P<0.01或P<0.05),在0-20 cm土层,2-0.25 mm团聚体有机碳、全氮含量与其团聚体组成之间也呈显著正相关关系(P<0.01或P<0.05);<2 mm团聚体有机碳和全氮含量的变化受水稻种植年限影响显著,而>0.25 mm团聚体有机碳和全氮含量的变化则受土层深度影响显著。与对照土壤相比,各粒级团聚体中δ13C在改种水稻3年时均明显增加,在改种水稻5年时均明显下降,在改种水稻5-25年间变化不明显,各粒级团聚体中δ15N在改种水稻25年间均略有下降。总体上,在改稻田3-25年间,团聚体中δ13C、δ15N的变化受水稻种植年限和土层深度的显著影响,其数值均随粒级的减少而增加,相同年限各粒级团聚体δ13C随着土层的加深而增大,δ15N无明显变化规律。【结论】东北典型黑土旱地改稻田25年间,土壤中非水稳性大团聚体遭受破坏形成了粒径较小的团聚体,2-0.053 mm水稳性团聚体是有机碳、全氮固存的主要载体,较小粒级团聚体赋存的有机碳较为稳定,其稳定性随水稻种植年限延长、土层加深而增强。

干湿交替和外源氮对农田土壤CO_2和N_2O释放的影响

以黄淮海平原潮土区的砂壤土和黏壤土为研究对象,通过培养试验研究了干湿交替(干湿频率分别为0、2、6、12次)和外源氮(2种土壤中添加氮累计量均为220 mg N·100g^(-1)干土)下砂壤土和黏壤土的CO_2和N_2O释放模式的影响。结果表明,干湿交替和外加氮源显著激发了砂壤土和黏壤土的CO_2和N_2O的释放速率:干燥期越长,外加N源对土壤CO_2释放速率的激发效应越强;干燥期越短,外加N源对土壤N_2O释放速率的激发效应越强。两种土壤的CO_2和N_2O的释放速率对干湿交替的响应模式一致,砂壤土的碳氮矿化速率对干湿交替响应更为强烈,砂壤土的可溶性有机碳和无机氮(NO-3和NH+4)含量及温室气体排放速率均高于黏壤土。在外加氮源的条件下,干湿交替显著提高了砂壤土和黏壤土中可溶性有机碳和无机氮的含量,增大了实际生产中农田土壤无机氮淋失和温室气体排放的可能性。

稻秆碳氮在黑土种稻土壤颗粒有机质中的分配特征

颗粒有机质是土壤活性有机质的重要组成部分,是评估土壤有机质变化的敏感指标。东北地区气候寒冷,稻田土壤淹水期短,非淹水期长且多处于冻结状态,水稻秸秆碳氮在黑土不同种稻年限土壤颗粒有机质中的分配如何尚不清楚。通过室内培养试验,将1%双标记(13C/15N)水稻秸秆添加到不同种稻年限(0、12、35、62和85 a)土壤,淹水培养150 d(培养温度20℃,淹水层1 cm),去除淹水层后冻结培养150 d(培养温度–15℃,饱和水分状态),研究水稻秸秆碳(氮)在不同种稻年限土壤颗粒有机碳(Particulate organic carbon,POC)和颗粒有机氮(Particulate organic nitrogen,PON)中的分配特征。结果表明,在培养过程中,未添加和添加水稻秸秆处理,各年限稻田土壤POC和PON含量均低于对照土壤(0 a),添加秸秆处理的各年限土壤POC和PON含量在淹水培养5 d时明显增加,但其后并未表现出一致的增加趋势。秸秆碳(氮)对各年限土壤POC(PON)的相对贡献率为0.2%~13.9%(0.4%~3.8%),分配进入到各年限土壤POC(PON)中的比率为0.7%~13.8%(1.4%~9.9%);经随后150 d冻结后,秸秆碳分配进入到0 a和12 a土壤POC和PON中的比率明显下降,秸秆氮分配进入到0 a和85 a土壤PON中的比率明显下降,而分配进入到其他年限土壤POC(PON)中的比率仍有增加。秸秆碳在土壤POC中的分配比率与土壤有机碳、全氮和碱解氮含量呈显著负相关,与土壤C/N、有效磷和微生物生物量碳含量呈显著正相关,秸秆氮在土壤PON中的分配比率与土壤有机碳含量呈显著负相关。研究表明东北典型黑土开垦种稻年限越长,土壤有机碳、全氮和碱解氮含量相对较低,而土壤C/N、有效磷和微生物生物量碳含量相对较高,秸秆碳氮在土壤颗粒有机质中的分配比率越大,土壤颗粒有机质对水稻秸秆添加的响应越为敏感。

针叶林补阔对土壤有机碳、氮含量的影响

为改善马尾松人工纯林林分结构单一、地力衰退等现象,文章以乡土树种木荷(Schima superb)进行补阔的马尾松木荷混交林分土壤为研究对象,马尾松纯林和木荷纯林做对照,研究马尾松纯林补阔后不同林分土壤全碳、氮含量变化及差异,研究结果表明:(Ⅰ)木荷林具有较高的土壤全碳含量,马尾松木荷混交林次之,马尾松林相对较低,马尾松纯林补植木荷阔叶树后显著提升了土壤全碳含量;(Ⅱ)土壤全氮含量均表现为木荷林>马尾松木荷混交林>马尾松林,表明马尾松林补植木荷阔叶树后提升了土壤N储量;(Ⅲ)马尾松木荷混交林、木荷林的C/N均低于马尾松林,表明马尾松林补植木荷阔叶树后降低了土壤C/N.

CO2浓度升高及降水变化对红砂植物碳氮特征的影响

本研究以荒漠优势植物红砂(Reaumuria soongorica)1年生幼苗为研究对象,采用开顶式生长箱(Open top chambers,OTCs)模拟CO 2浓度变化(350和700μmol·mol-1),研究了降水变化(-30%,-15%,0,+15%和+30%)及其协同作用对红砂地上和地下部分碳、氮含量与积累量的影响。结果发现:CO 2浓度倍增和降水对红砂地上和地下部分有机碳、全氮含量和有机碳积累量以及地上全氮积累量影响极显著,并且表现出极显著的交互作用。CO 2浓度倍增下,红砂地上和地下部分有机碳、C/N和有机碳积累量以及地下部分全氮显著增加。随着降水增加,红砂地上和地下部分有机碳含量和积累量以及地下部分全氮均呈增加趋势,地上和地下部分C/N呈先降后升趋势,而地上部分全氮先升后降。综上所述:未来CO 2升高时,降水增加协同高CO 2浓度有助于红砂植株有机碳积累,从而促进红砂植株对氮素的吸收,降水减少则有利于红砂调节自身碳氮平衡从而提高其抗旱性。

高原鼢鼠驱动高寒草甸土壤碳氮含量变化的时效性

为明确小型地下啮齿动物鼠丘效应和边缘效应影响土壤碳氮含量的时效性,本研究采用分区取样法研究青藏高原东北缘高寒草甸0~20 cm土层有机碳和氮随高原鼢鼠(Eospalax baileyi)鼠丘恢复年限的变化特征。结果表明:鼠丘效应影响土壤有机碳、全氮、铵态氮、硝态氮含量及C∶N和铵态氮/硝态氮(ANR),具有明显的时效性。其中,鼠丘不同土层的有机碳含量、0~10 cm土层的铵态氮含量和C∶N在第4年时恢复至对照区水平,鼠丘0~10 cm土层的全氮、硝态氮含量和ANR在第3年时恢复至对照区水平;10~20 cm土层,鼠丘土壤硝态氮和铵态氮含量在第5年恢复至对照区水平,土壤全氮在第1年恢复至对照区水平。边缘效应影响土壤有机碳、全氮、铵态氮和硝态氮含量及C∶N,亦表现出明显的时效性。其中,边缘区不同土层的铵态氮含量在第4年时恢复至对照区水平;0~10 cm土层,边缘区的土壤硝态氮、有机碳含量在第3年时恢复至对照区水平,土壤全氮含量和C∶N在第5年恢复至对照区水平;边缘区10~20 cm土层的硝态氮含量在第2年恢复至对照区水平。

不同有机碳与无机氨氮比(C／N)下自养硝化生物膜上微生物菌群的变化

通过变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)研究随有机碳与无机氨氮比(C/N)升高,自养硝化膜上微生物菌群结构的变化.实验结果表明随C/N升高,微生物菌群从以硝化细菌为主导到以反硝化细菌为主导,硝化过程也由仅硝化到同时硝化反硝化.主要的硝化菌是Nitro-somonas europaea和Nitrobactersp.,主要的反硝化菌是Pseudomonassp.,Acidovoraxsp.和Comamonassp..在高C/N时,尽管反硝化菌占多数,但硝化菌并没有消失,而是与反硝化菌同存.