短期降水减少对海南橡胶林土壤有机碳矿化及有机碳组分的影响

为了探究短期降水减少对不同土层有机碳矿化速率及其碳组分变化的影响,以海南典型人工林类型橡胶林土壤为研究对象,通过搭建野外隔离穿透雨控制平台,并结合室内恒温培养实验,测定了不同降水条件下土壤有机碳矿化速率及有机碳组分等参数。结果表明:短期降水减少导致0~10 cm土层中SOC累积矿化量、矿化率及微生物代谢熵(qCO_(2))显著降低;土壤易氧化有机碳(EOC)、微生物生物量碳(MBC)及惰性有机碳(NEOC)的含量均随土壤含水量的降低而降低,但仅对0~10 cm土层的EOC影响显著;相关分析表明,土壤SOC累积矿化量及SOC矿化率均与土壤碳氮含量(SOC、TN)、各碳组分含量(EOC、MBC、NEOC)、qCO_(2)呈显著正相关。总之,短期降水减少会抑制橡胶林土壤SOC的矿化,这一变化可能与不同水分条件下土壤基质供应的有效性及微生物代谢的变化有密切关系。

不同连栽代次桉树人工林土壤团聚体中有机碳组分的积累和转化

【目的】探究不同连栽代次桉树人工林土壤中有机碳组分的积累与转化特征,以期揭示环境因素对土壤有机碳组分积累和转化过程的影响,进而为提高桉树生产力和土壤管理提供科学依据。【方法】以广西博白县博白林场第1、2、3代桉树人工林为研究对象,采用干筛法将收集的0~40 cm土壤分为>2 mm、1~2 mm、0.25~1 mm和<0.25 mm粒径的团聚体以评估土壤团聚体稳定性,并测量不同团聚体中有机碳组分(包括活性有机碳、缓性有机碳和惰性有机碳)的含量和储量,利用冗余分析和偏最小二乘法结构方程模型揭示影响土壤有机碳积累和转化的关键因素。【结果】(1)连栽显著降低了土壤团聚体的稳定性和各有机碳组分的含量和储量。(2)土壤各有机碳组分含量随团聚体粒径的增加而下降,而储量的分布规律则相反。(3)冗余分析和偏最小二乘法结构方程模型证明,土壤团聚体稳定性是影响土壤有机碳积累的主要因素,连栽抑制了惰性有机碳向活性有机碳的转化,导致土壤有机碳总体有效性下降。【结论】连栽主要通过改变土壤团聚体的分布和稳定性,进而调控桉树人工林土壤有机碳组分的积累和转化。研究结果有助于理解桉树人工林土壤有机碳的积累和转化过程中土壤团聚体调控机制。

水稻秸秆碳组分对土壤有机碳激发效应的影响机理

秸秆还田显著影响土壤有机碳激发效应,秸秆不同碳组分对土壤有机碳激发效应影响的方向和强度尚不明确,作用机理仍不清楚。本研究以淮北平原的黄潮土为研究对象,以13C标记的水稻秸秆的水溶性碳、脂溶性碳、残余碳组分和全秸秆碳作为外源碳,利用微宇宙培养方法,研究秸秆不同碳组分添加对土壤有机碳激发效应的影响及作用机理。结果表明,添加秸秆不同碳组分土壤CO_(2)-C排放累积量中,添加水溶性碳处理土壤CO_(2)-C排放速率最高,为29.60 mg·kg^(-1)·d^(-1),而添加脂溶碳、残余碳和秸秆碳之间差异不显著。添加水溶性碳和全秸秆两种外源碳为正激发效应,分别为11.16%和13.39%,而添加脂溶碳和残余碳则表现为负激发效应,分别为-17.04%和-3.06%。相关分析表明,土壤酶活性与秸秆碳组分的TN呈显著正相关(r=0.768**),与C/N呈显著负相关关系(r=-0.776**)。正激发效应与秸秆碳组分的TN和土壤酶活性呈显著正相关关系,负激发效应与秸秆碳组分的TC和TN呈正相关关系,与C/N呈显著负相关。综上,秸秆碳组分与土壤自身有机碳分解的“共代谢理论”是产生正激发效应的主要作用机理,秸秆碳组分C/N的“化学计量比理论”是产生负激发效应的主要作用机理。

济南市柴油型移动源排放颗粒物中碳组分特征和排放量估算

为了识别济南市柴油型移动源排放颗粒物中碳组分特征,采用稀释通道采样器于2021年采集了柴油货车和工程机械尾气排放颗粒物,并对汽油车尾气一并采集对比,分析了尾气排放颗粒物质量浓度和其中的碳组分。结果表明,柴油型移动源排放颗粒物质量浓度明显高于汽油车,且以细颗粒物为主,PM_(2.5)/PM_(10)数值几乎接近于1.0,其中柴油货车排放颗粒物质量浓度高于工程机械,且随车型增大排放颗粒物质量浓度增大,重型柴油载货车排放PM_(2.5)和PM_(10)质量浓度最大,分别为4.56×10~4μg·m^(-3)和4.71×10~4μg·m^(-3)。柴油货车PM_(2.5)和PM_(10)排放因子范围分别为8.90-21.8 mg·km^(-1)和9.40-22.5 mg·km^(-1),工程机械中破碎机颗粒物排放因子略大于挖掘机,破碎机PM_(2.5)和PM_(10)排放因子分别为0.12 g·kW^(-1)·h^(-1)和0.14 g·kW^(-1)·h^(-1),挖掘机排放因子分别为0.10 g·kW^(-1)·h^(-1)和0.11 g·kW^(-1)·h^(-1)。碳组分为柴油型移动源排放颗粒物的主要成分,其中工程机械排放总碳(TC)在颗粒物中占比约为66.0%,大于柴油货车的占比41.5%(PM_(2.5))和45.5%(PM_(10))。根据有机碳(OC)和元素碳(EC)在尾气排放颗粒物占比分析可知,柴油货车排放以OC为主,而工程机械排放EC高且为柴油货车2倍多。汽油车与柴油货车OC中占比最高的碳组分相同,均为OC2,而工程机械为OC1。EC2为柴油型移动源排放EC的主要组分,车型最大的重型柴油载货车排放EC2占比最大,分别为20.7%(PM_(2.5))和21.8%(PM_(10)),但汽油车跟柴油货车不同,EC1为汽油车排放主要碳组分。基于2021年济南市柴油货车和工程机械保有量,对城市柴油型移动源碳组分排放量进行了估算,发现柴油型移动源尾气排放PM_(10)中碳组分排放量高于PM_(2.5),工程机械尾气中碳组分排放量高于柴油货车,因此应加快推进机动车新能源化的发展以及工程机械的清洁化发展。

辽河口湿地土壤有机碳组分特征及其影响因素

湿地生态系统碳汇潜力巨大,但不同的气候条件及植被类型,导致湿地土壤有机碳库组分有较大的差异,进而导致不同类型的湿地土壤有机碳受土壤理化性质的影响也有差异。深入了解土壤有机碳组分特征对滨海湿地生态系统开发及保护具有重要意义。以辽河口湿地为对象,选取5种土地覆盖类型(翅碱蓬群落、芦苇群落、光滩裸地、油井区和农耕区),分析不同土地覆盖类型下土壤有机碳组分及土壤基本理化性质,对所得数据进行相关性和差异性分析,以期探明辽河口湿地土壤有机碳组分特征,并确定土壤理化性质对辽河口湿地有机碳储量的影响。结果表明:辽河口湿地在不同土地利用类型下土壤总有机碳(Soil organic carbon,SOC)含量差异显著,其中芦苇群落碳储量最丰富,达(52.6±3.80) g·kg^(-1),光滩裸地碳储量最少,为(28.2±7.05) g·kg^(-1);在植物覆盖下土壤有充沛的碳输入而有利于土壤有机碳的固定,这一现象随土层深度的加深而减弱。轻组分有机碳(Light fraction organic carbon,LFOC)、重组分有机碳(Heavy fraction organic carbon,HFOC)和易氧化有机碳(Easily oxidized organic carbon,EOC)均与SOC含量具有显著的相关性(P<0.05),相关性大小为EOC>HFOC>LFOC。SOC含量与pH值、阳离子交换量呈显著正相关,而受含水率、总可溶性固体的影响不显著,这一现象可能与有机碳组分特征有关。辽河口湿地土壤碳库中HFOC占比最大,EOC占比最小,碳库结构较为稳定。pH值、阳离子交换量主要通过影响HFOC积累速率来影响SOC含量。因此,提高湿地土壤中较为稳定的HFOC储量,有助于提升湿地土壤的固碳能力。研究结果可为滨海湿地生态系统保护与碳汇功能提升提供参考。

秸秆还田量对半干旱区褐土团聚体稳定性及有机碳组分的影响

为探究秸秆还田量对辽西褐土团聚体稳定性及各组分有机碳含量的影响,以辽宁西部半干旱地区褐土为试验对象,研究不同秸秆还田量对于不同剖面土壤团聚体稳定性及其有机碳组分含量的影响。于2020年3月中旬进行秸秆还田,共设置4个秸秆施用量(0、5 000、10 000、20 000 kg/hm^(2)),于2022年秋收后采集土壤样品,对褐土土壤团聚体及其有机碳组分进行分析。试验结果表明:各处理水稳性团聚体占比主要集中于<0.250 mm粒径。与CK相比较,秸秆还田显著提高了水稳性大团聚体含量(>0.25 mm)与水稳性团聚体MWD(平均重量直径),且随着还田量的增加而提高。秸秆还田使不同粒级团聚体有机碳含量呈现出增加的趋势;10 cm剖面,与CK相比较,3个秸秆处理显著提高了>0.25 mm粒级团聚体有机碳含量。30 cm剖面,仅>0.250~2.000 mm粒级团聚体有机碳含量提升显著。与CK相比较,秸秆处理显著提高了10 cm剖面与30 cm剖面土壤颗粒有机碳(POC)含量,其中以S2处理增幅最高。可见,秸秆还田能有效提升土壤团聚体稳定性,有利于增加土壤团聚体有机碳含量,对于土壤颗粒有机碳含量提升具有促进作用。

人工修复边坡植被演替初期有机碳组分及土壤生态化学计量特征

[目的]研究人工修复边坡演替初期土壤有机碳组分、碳氮磷含量及其化学计量比,揭示气候因子对人工修复边坡演替初期土壤有机碳组分、碳氮磷含量及其化学计量比的影响,以期为后期人工修复边坡的养护提供指导和建议,确保人工修复边坡的正向演替。[方法]在湛江、梧州、宜昌、南阳、焦作、潍坊、加查采集了初期基材配制相同、植物配制相近,修复年限为2~4年的植被混凝土人工修复边坡土样,通过实验获得土样有机碳组分、碳、氮、磷的数据,采用冗余分析,开展气候因子对人工修复边坡演替初期土壤有机碳组分、碳氮磷含量及其化学计量比的影响研究。[结果]人工修复边坡演替初期F_(1)含量的变化范围为1.10~3.64 g/kg;F_(2)含量的变化范围为1.33~3.04 g/kg;F_(3)含量的变化范围为2.02~3.34 g/kg;F_(4)含量的变化范围为10.86~15.24 g/kg;TOC含量变化范围为15.52~24.71 g/kg;TN含量变化范围为0.61~0.93 g/kg;TP含量的变化范围为0.81~1.22 g/kg;C∶N变化范围为23.55~27.95;C∶P变化范围为17.26~23.09;N∶P的变化范围为0.72~0.98;C∶N∶P的变化范围为17.26∶0.75∶1~24.81∶0.95∶1。[结论]演替初期人工修复边坡碳磷表现为中等及以上,氮表现为缺乏;有机碳组分以惰性有机碳为主且有机碳稳定性较强。有机碳组分的主要影响因子为年平均温度、物种丰富度和年平均降水;土壤碳氮磷含量及其化学计量比主要影响因子为年平均温度、物种丰富度、pH和容重。

晋西黄土区不同密度刺槐林土壤有机碳组分及碳库特征

明晰不同林分密度下土壤有机碳组分含量及碳库特征,以期为确定刺槐林适宜人工造林密度和评价水土保持效益提供科技支撑。设置不同密度(700、1 500、1 800、2 400、3 000、3 500 plant·hm^(-2))刺槐样地,以荒草地为对照,分析0-40 cm土层土壤有机碳组分及变化规律,计算碳库活度指数(CPAI)、碳库指数(CPI)以及碳库管理指数(CPMI),解析不同密度刺槐林地土壤碳库变化,并探讨土壤理化性质对土壤有机碳及其组分变化的影响。结果表明:不同密度刺槐林地土壤有机碳及其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:6.80 g·kg^(-1)(1 800 plant·hm^(-2))>5.01 g·kg^(-1)(1 500 plant·hm^(-2))>4.73 g·kg^(-1) (2 400 plant·hm^(-2))>4.17 g·kg^(-1) (3 000 plant·hm^(-2))>2.78 g·kg^(-1) (700 plant·hm^(-2))>2.68 g·kg^(-1) (3 500plant·hm^(-2))>0.52 g·kg^(-1) (CK)。随着刺槐人工林密度的增大,土壤有机碳组分及CPMI呈先增大后减小的趋势,中密度刺槐林分土壤有机碳组分含量及CPMI最大。与对照相比,0-40 cm土层,6种林分密度的土壤易氧化有机碳、稳定态有机碳含量、可溶性有机碳、颗粒有机碳和矿质结合态有机碳分别提高了77.3%-94.9%、55.8%-91.3%、86.0%-94.2%、81.4%-93.5%和79.8%-91.2%。6种林分密度土壤碳库管理指数均高于100%。相关关系分析表明土壤总有机碳含量与各有机碳组分均呈极显著正相关(P<0.010);冗余分析表明土壤全氮对土壤有机碳及其组分变化的解释率最大。因此,从森林土壤固碳功能而言,晋西黄土区刺槐人工林的适宜林分密度为1 800 plant·hm^(-2),该林分密度能较好提高土壤碳养分供给水平与碳库稳定性。

咖啡果皮与枯落物覆盖对土壤有机碳组分的影响

农田土壤有机碳库作为陆地土壤碳库的重要组成部分,其有机碳储量受到种植模式等人为干预的强烈影响。咖啡作为世界热带地区种植面积较大的的经济作物之一,其栽培模式的微小变化即可显著影响陆地生态系统的碳收支平衡。覆盖栽培是咖啡的传统栽培模式之一,然而其对咖啡园土壤有机碳组分的影响仍不明确。因此,本研究基于课题组前期使用咖啡果皮与枯落物等咖啡废弃物替代传统覆盖物对咖啡进行覆盖栽培,采用完全随机区组设计,分别设置未覆盖咖啡废弃物(CK)、覆盖咖啡枯落物(L)、覆盖咖啡果皮(P)和覆盖咖啡枯落物+果皮(PL)4种处理;监测咖啡园的土壤微环境、微生物群落多样性及生物量碳、有机碳组分等指标,通过分析土壤微环境、微生物群落结构与有机碳组分之间的内在关系,明确覆盖咖啡废弃物对土壤碳组分的影响及其关键驱动因子。结果显示:覆盖咖啡果皮与枯落物均不影响土壤有机碳、重组有机碳和可溶性有机碳含量,而分别显著提高土壤轻组有机碳含量13.31%和14.12%。覆盖咖啡废弃物不影响土壤微环境指标与微生物群落多样性。覆盖咖啡果皮显著提高土壤微生物量碳14.05%,并且分别显著增加变形菌门(Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)相对丰度18.60%和80.77%,并减少蓝细菌门(Cyanobacteria)相对丰度70.14%,却对土壤真菌群落的影响较小;而覆盖咖啡枯落物分别显著增加变形菌门和厚壁菌门相对丰度14.43%和57.63%,并减少蓝细菌门相对丰度73.43%,同时显著提高真菌子囊菌门(Ascomycota)相对丰度14.79%。本研究中咖啡废弃物覆盖不影响土壤有机碳含量主要归因于重组有机碳等主要土壤有机碳组分对咖啡废弃物覆盖处理不敏感;而咖啡废弃物覆盖引起微生物量碳的提高以及厚壁菌门在土壤微生物群落相对丰度的增加,促进了外源有机碳输入引起的激发效应,是显著提高土壤轻组有机碳含量的主要原因之一。咖啡废弃物短期覆盖显著提高土壤轻组有机碳含量,有助于提升咖啡园土壤碳固存以及为优化咖啡绿色低碳生产模式提供理论支撑。

不同土地利用方式对农田土壤有机碳组分及土壤微生物量碳的影响

研究不同土地利用方式下农田土壤有机碳组分及微生物量碳的含量特征对指导伊犁河谷土壤资源的合理利用与管理具有重要意义。通过野外实地调查、样品采集、室内分析与地统计相结合的方法,研究伊犁河谷旱地、水浇地、水田、果园、撂荒地5种土地利用方式土壤有机碳(SOC)、颗粒有机碳(POC)、可溶性有机碳(DOC)、轻组有机碳(LFOC)、易氧化有机碳(EOC)和微生物量碳(MBC)的含量特征,比较分析土地利用变化对伊犁河谷农田土壤有机碳组分及微生物量碳的影响。结果表明:土壤TN、AN、AP和AK含量均表现为:水田>水浇地>旱地>果园>撂荒地;水田土壤养分含量显著高于其他4种土地利用方式;土壤SOC含量具有明显的差异特征,主要体现为:水田(25.62 g·kg^(-1))>旱地(13.80 g·kg^(-1))>水浇地(12.19 g·kg^(-1))>果园(11.58 g·kg^(-1))>撂荒地(8.81 g·kg^(-1)),且均达到显著性差异水平(P<0.05)。土壤SOC、DOC、POC、LFOC、MBC含量均呈现出:水田>旱地>水浇地>果园>撂荒地的特征,其差异达到极显著水平,而EOC含量则表现为:水田>水浇地>旱地>果园>撂荒地的特征,其差异达到极显著水平。水田土壤SOC、DOC、POC、LFOC、MBC、EOC含量均显著高于其他4种利用方式。5种土地利用方式土壤SOC与POC、LFOC、DOC之间存在极显著的正相关,其相关系数分别为0.622,0.36,0.489(P<0.01),说明土壤SOC含量是影响土壤POC、LFOC和DOC含量的重要因素。

赖草草地叶片养分、碳组分和防御性化合物对氮添加的响应

本研究依托山西右玉黄土高原赖草(Leymus secalinus)草地2017年建立的氮(Nitrogen, N)添加梯度试验平台(0~32 g·m^(-2)·a^(-1)),探究N添加对优势植物赖草叶片养分[N、磷(Phosphorus, P)、钾(Potassium, K)]、非结构性碳水化合物、结构性碳水化合物和防御性化合物含量的影响。结果表明:N素输入显著提高叶片N,K含量和N∶K和N∶P比值,降低叶片P含量和P∶K比值;N素输入显著降低叶片非结构性碳水化合物和结构性碳水化合物含量;N素输入显著增加叶片总酚、单宁和黄酮类化合物含量;PCA分析表明低N(≤8 g·m^(-2)·a^(-1))和高N(>8 g·m^(-2)·a^(-1))输入下赖草叶片性状存在显著差异,土壤无机N含量、土壤有效N∶P和N∶K是其主要影响因子。以上结果表明N素输入改变了盐渍化草地赖草叶片养分-碳组分-防御性化合物的分配策略。

免耕对不同麦玉轮作农田土壤碳组分及理化性质的影响

为探讨耕作及轮作方式对农田土壤理化性质和碳组分的影响,设置免耕和传统耕作2种耕作方式,以及小麦–玉米轮作、小麦/玉米间作、小麦–冬油菜–玉米轮作3种种植模式共6个处理进行试验。结果表明:与传统耕作相比,免耕增加了0~5、5~20 cm土层全氮、全磷、速效磷和水分含量,降低了土壤pH和容重。免耕小麦/玉米间作(NT.W1/NT.WM.1)处理的土壤容重、含水量、全氮、全磷含量高于免耕小麦–玉米–冬油菜轮作(NT.WRM3)和免耕小麦–玉米轮作(NT.WM5)处理,在不同土层间,土壤全氮、全磷和速效磷含量随着土层深度的增加而降低。土壤碳组分含量总体表现为免耕处理高于传统耕作处理,在0~5 cm土层免耕处理土壤有机碳、颗粒有机碳、可溶性有机碳、微生物生物量碳含量较相应传统耕作处理分别增加了1.31%~36.57%、2.07%~35.22%、2.38%~4.78%、2.08%~11.68%,在5~20 cm土层免耕处理土壤有机碳和微生物生物量碳含量高于传统耕作处理。在不同免耕处理下,土壤有机碳、颗粒有机碳和微生物生物量碳含量在0~5、5~20 cm土层总体表现为NT.WM5处理高于其他免耕处理。相关性分析表明,土壤有机碳、微生物生物量碳和速效磷含量呈极显著正相关,容重和有机碳含量呈极显著负相关。综上,免耕小麦/玉米间作利于改善土壤理化性质,免耕小麦–玉米轮作有利于提高土壤有机碳、颗粒有机碳和微生物生物量碳含量。

短期增温与秸秆还田量对东北黑土有机碳组分的协同影响

秸秆覆盖还田保护性耕作已成为提升黑土有机碳的有效措施之一。随着全球气候变暖,土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)矿化增加,秸秆覆盖还田是否可以弥补因矿化而损失的有机碳量,对应的合理还田量也成为亟待回答的问题。已有研究表明,与土壤总有机碳相比,有机碳组分可以更好地表征农田管理措施与气候变化协同对土壤有机碳周转及稳定性的影响,对预测气候变暖下东北黑土有机碳的固存有着重要意义。研究基于开顶式气室(Open Top Chamber,OTC)田间原位模拟实验,分析了增温与不同秸秆还田量下SOC及其组分的变化,包括土壤活性碳组分,即可溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)、微生物量碳(Microbial biomass carbon,MBC)、颗粒态有机碳(Particulate organic carbon,POC),以及土壤稳定性碳组分,即矿物结合碳(Mineral-associated organic carbon,MAOC)。结果表明,单一因素作用下,增温对SOC含量无显著影响,但显著降低了DOC和POC含量,并且显著增加了MBC和MAOC含量,其中POC组分变化量大于MAOC;秸秆还田量对SOC和MAOC含量影响不显著,秸秆覆盖还田后POC含量降低,但不同还田量之间无显著差异。增温后秸秆的添加对SOC含量无显著影响,增加了MBC含量,降低了DOC含量,增温后30%秸秆还田量对MAOC含量的促进效果最为显著,POC含量在增温后随着秸秆还田量的增加而增加;增温对不同秸秆还田量下SOC的解释度高达12.8%,同时也是各组分的主要影响因素,并且增温主要是通过影响秸秆还田土壤中POC组分,进而改变SOC含量,且POC变化量对SOC变化量解释度达39.9%。短期环境变化下SOC及其组分主要受增温的影响,其中POC作为对环境更敏感的组分,对SOC的变化影响更大。

煤气化细渣及其分离后富碳组分的气化反应性

随着气流床煤气化技术在我国煤化工产业的广泛应用,煤气化后生成的气化细渣排放量逐年增加,目前气化细渣的资源化利用已成为煤化工固废治理的难题之一。选取不同碳含量的气化细渣及其分离后富碳组分为研究对象,解析了其组成、孔隙结构和微观形貌等结构参数,基于热重分析仪探究了其在CO_(2)气氛下的气化反应性,并采用等转化率法分析了气化反应动力学,揭示了煤气化细渣及其富碳组分结构特性与其气化反应性的内在关联。结果表明:孔隙结构是影响气化细渣及其富碳组分气化反应性的关键因素,孔结构发达的样品具有更高的气化反应性。随气化过程升温速率升高,气化细渣及其富碳组分的气化反应区间均向高温偏移。此外,具有相对较高固定碳含量的气化细渣、富碳组分气化反应活化能随转化率升高而降低,而样品本身高灰分气化细渣、富碳组分的气化反应活化能随转化率的增大而升高。研究结果为气化细渣及其分离后富碳组分的资源化利用提供理论指导。

生物质炭配施有机物料对红壤碳组分及酶生态化学计量特征的影响

【目的】分析生物质炭和有机物料施用对旱地红壤有机碳组分和酶活性的影响,探明微生物的碳氮磷元素限制特征,为提升红壤有机碳稳定性提供理论依据。【方法】采用田间试验,设置不施有机物料对照(ck)、玉米Zea mays秸秆单施、羊粪单施及其分别与生物质炭(玉米秸秆炭)配施等6个处理。试验开始2 a后测定土壤有机碳组分、土壤养分质量分数、碳氮磷循环相关碱解酶活性和氧化酶活性。【结果】与单施秸秆和羊粪相比,生物质炭与有机物料配施显著增加了土壤有机碳和碱解氮质量分数(P<0.05),提高了土壤碳氮比和碳磷比及惰性碳组分质量分数,降低了有机碳活性指数。有机物料施用显著提高了纤维二糖水解酶(CB)、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和过氧化物酶(PERO)活性(P<0.05);与单施羊粪相比,生物质炭与羊粪配施处理显著降低β-葡萄糖苷酶(BG)活性50.9%、亮氨酸氨基肽酶(LAP)活性32.1%、NAG活性45.3%、酸性磷酸酶(PHOS)活性40.0%(P<0.05)。与单施秸秆相比,生物质炭与秸秆配施降低了多酚氧化酶(PHOX)活性28.6%和PERO活性22.2%,但对其他酶的活性无影响。与单施秸秆相比,生物质炭配施秸秆降低了向量长度;与单施羊粪相比,生物质炭配施羊粪对酶化学计量比、向量长度及向量角度均无显著影响。PERO和PHOX与土壤惰性碳质量分数、碳氮比、碳磷比呈显著负相关(P<0.05)。冗余分析表明:土壤惰性碳质量分数、碳氮比和碳磷比是影响土壤酶活性及其化学计量特征的主要因子。【结论】与有机物料单施相比,生物质炭与有机物料配施可以更好地提高旱地红壤养分和惰性碳组分质量分数,降低有机碳分解酶活性,缓解碳磷限制,可作为改善红壤微生物养分限制和提高碳汇能力的有效措施。

陇中温性荒漠4种草地型土壤有机碳组分及碳库活度变化特征

为明确陇中温性荒漠不同草地型土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)各组分分布状况,本研究以陇中温性荒漠为对象,分析了4种草地型(盐爪爪型,红砂型,珍珠猪毛菜型,合头藜型)SOC、易氧化有机碳(Readily oxidisable organic carbon,ROC)、可溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)、颗粒有机碳(Particulate organic carbon,POC)、矿物结合态有机碳(Mineral-bound organic carbon,MOC)、惰性有机碳(Non-labile carbon,NLC)的含量和分配比例及碳库活度(Carbon pool activity,CA)的差异性变化。结果表明:SOC,ROC,POC,MOC,NLC,CA和ROC分配比例盐爪爪型草地显著高于其他草地型;在SOC及其组分中,POC可作为评估陇中温性荒漠草地型变化对SOC库影响的良好指标;SOC组分和CA与有效磷和速效钾含量呈正相关关系。盐爪爪型草地可作为提高陇中温性荒漠SOC及组分含量的优选类型,今后应加强对盐爪爪型草地的保护,改善土壤质量,稳定土壤碳库。

甜菜糖厂滤泥与生物炭配施对东北黑土农田土壤性质和有机碳组分影响的研究

本研究以东北地区黑土为研究对象,探讨了甜菜糖厂废弃物滤泥与生物炭配施还田对农田土壤基本性质和有机碳组分的影响。实验共设置了8个处理组,包括无物料还田(CK1)、不施加滤泥施加20000 kg/hm^(2)生物炭(CK2)、施加16.67 kg/hm^(2)滤泥不施加生物炭(T_(1))、施加16.67 kg/hm^(2)滤泥施加20000 kg/hm^(2)生物炭(T_(2))、施加33.33 kg/hm^(2)滤泥不施加生物炭(T_(3))、施加33.33 kg/hm^(2)滤泥施加20000 kg/hm^(2)生物炭(T_(4))、施加50 kg/hm^(2)滤泥不施加生物炭(T_(5))、施加50 kg/hm^(2)滤泥施加20000 kg/hm^(2)生物炭(T_(6))。测定土壤总碳(TC)、总有机碳(TOC)、易氧化有机碳(ROC)、水溶性有机碳(DOC)和颗粒有机碳(POC),探讨各处理对有机碳组分和碳库管理指数的影响,同时探讨环境因素(碱解氮、有效磷和速效钾)和土壤生物活性(脲酶、磷酸酶和蔗糖酶)对碳固定的影响。结果表明:滤泥生物炭配施还田能够显著提高土壤总有机碳、易氧化有机碳含量和碳库管理指数。滤泥生物炭的施用可以通过增加速效养分和酶活性影响活性碳组分,进而增加土壤碳库管理指数。综上所述,T_(4)处理,即33.33 kg/hm^(2)滤泥和20000 kg/hm^(2)生物炭配施还田效果最好,能实现土壤固碳,CPMI含量增加,提高了土壤有机碳的稳定性。

绿肥还田对土壤有机碳组分及碳转化酶活性的影响

【目的】探究绿肥还田对旱作麦田土壤有机碳组分和碳转化酶活性的影响,为土壤质量提升及“碳中和”目标的实现提供数据支撑。【方法】在甘肃陇东旱塬典型黑垆土上开展毛苕子(Vicia villosa Roth)-冬小麦(Triticum aestivum L.)和饲用油菜(Brassica napus L.)-冬小麦5年轮作系统绿肥还田试验,分析毛苕子、饲用油菜覆盖和翻压还田后冬小麦不同生育时期4个土层(0—5、5—10、10—20、20—25 cm)土壤有机碳(SOC)、易氧化有机碳(EOC)、微生物量碳(MBC)含量和β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)、纤维二糖水解酶(CBH)、β-木糖苷酶(βX)、几何平均酶(GMEA)活性的变化特征。【结果】绿肥还田方式对土壤有机碳组分含量及CBH和βX活性有显著影响。与覆盖还田相比,毛苕子和饲用油菜翻压还田能够使0—25 cm土层土壤SOC、EOC和MBC含量提高12.9%、12.1%、53.8%,βG和CBH活性提高了3.2%、10.2%,且对20—25 cm土层的影响最显著。冬小麦不同生育时期的土壤活性有机碳含量及土壤酶活性有显著差异,其中土壤EOC和MBC含量分别在冬小麦成熟期和返青期达到最高,βG、CBH、βX和GMEA活性在冬小麦孕穗期达到最高。βG在不同覆盖方式下变化最显著,活性最高,是绿肥还田后参与土壤碳转化过程的主要酶。不同土层土壤碳组分含量和碳转化酶活性存在显著差异,均随着土层深度的增加而降低。绿肥类型也显著影响土壤碳组分及酶活性,其中饲用油菜还田土壤SOC、MBC含量和βG、CBH、βX、GMEA活性是毛苕子还田的1.08、1.21、1.15、1.23、1.19、1.18倍。结构方程模型表明,绿肥还田方式通过调控其累积分解速率影响SOC的积累,通过影响土壤pH、SOC的累积及绿肥累积分解速率影响GMEA活性。土壤有机碳累积受绿肥还田量影响的效应大于还田方式,而碳转化酶活性反之。【结论】黄土高原夏闲期种植饲用油菜并翻压还田能提高0—25 cm土层中有机碳组分含量和碳转化酶活性,是黄土高原夏闲期资源高效利用的有效措施。

改性煤矸石对砂姜黑土物理结构及有机碳组分的影响

为了探究改性煤矸石对砂姜黑土胀缩性、有机碳及其组分的影响,将煤矸石破碎为3种水平(0~2、2~5、5~8 mm),并将其分别在3%氢氧化钠溶液(75℃)和5%盐酸溶液(70℃)中浸泡保温2 h获得碱改性煤矸石和酸改性煤矸石,对煤矸石改性前后结构进行表征。以砂姜黑土为研究对象,通过室内培养试验分析改性煤矸石对土壤容重(ρb)、总孔隙度(φ)、微观孔隙参数、收缩特征及有机碳组分变化的影响。结果表明:碱改性、酸改性煤矸石添加后ρb较对照(不添加煤矸石处理)显著降低25.60%~38.69%、26.19%~35.71%,较煤矸石处理降低1.57%~5.50%、0.85%~2.36%;φ较对照分别提高44.34%~67.02%、45.38%~61.88%,较煤矸石处理分别提高1.34%~3.84%、0.65%~2.19%;土壤微观孔隙体积均有一定程度下降,微观孔隙平均直径增大;土壤线性伸展系数整体趋势为对照>5~8 mm煤矸石>2~5 mm煤矸石>5~8 mm酸改性煤矸石>5~8 mm碱改性煤矸石>0~2 mm煤矸石≈2~5 mm酸改性煤矸石>2~5 mm碱改性煤矸石>0~2 mm酸改性煤矸石>0~2 mm碱改性煤矸石,收缩率整体变化趋势与土壤线性伸展系数一致。土壤有机碳、溶解性有机碳、易氧化有机碳、微生物生物量碳含量较对照分别增加了103.19%~328.88%、98.23%~470.50%、100.00%~279.90%、85.88%~347.53%。随煤矸石粒径增大,ρb与碳组分含量整体呈下降趋势,土壤线性伸展系数与收缩率呈上升趋势。结构方程表明,土壤胀缩性是影响土壤有机碳组分含量累积的关键因素。综上,酸、碱改性煤矸石添加均能降低土壤ρb、改善土壤孔隙结构及胀缩性,增加有机碳及其组分含量。碱改性改良效果总体优于酸改性,小粒径优于大粒径,因此得出淮北地区比较科学合理的砂姜黑土改良措施是添加0~2 mm碱改性煤矸石。

济南市钢铁集聚区大气细颗粒物中碳组分污染特征

为分析钢铁集聚区大气细颗粒物(PM_(2.5))中碳组分的污染特征,对济南市钢铁集聚区和市区秋季(2020年10月15日至2020年10月24日)、冬季(2020年12月18日至2021年1月7日)和春季(2021年4月23日至5月2日)环境空气中PM_(2.5)进行手工采样,利用热光碳分析仪测定了PM_(2.5)中有机碳(OC)和元素碳(EC)的含量.结果表明,钢铁集聚区秋季OC和EC质量浓度范围分别为5.79—12.56μg·m^(−3)和1.34—3.44μg·m^(−3);冬季OC和EC质量浓度范围分别为3.92—55.54μg·m^(−3)和0.38—11.39μg·m^(−3);春季OC和EC质量浓度范围分别为2.14—4.70μg·m^(−3)和0.19—1.33μg·m^(−3),呈现显著的季节变化,表现为冬季>秋季>春季.钢铁集聚区冬季PM_(2.5)中OC和EC占比最高,分别为28.11%和5.36%,春季OC和EC占比最低,分别为9.82%和1.76%.钢铁集聚区秋季和冬季OC(EC)质量浓度均高于市区,分别是市区的2.12(2.68)、2.27(4.27)倍,表明钢铁集聚区秋冬季PM_(2.5)的污染状况比较严峻.在以PM_(2.5)为首要污染物的不同污染等级下,均为碳组分OC4和EC1的占比最高,分别占PM_(2.5)的9.0%和7.5%,是碳组分的主要贡献组分.钢铁集聚区春季、秋季和冬季SOC的浓度分别为1.09、1.79、10.80μg·m^(−3),分别占OC质量浓度的35.39%、19.02%和37.00%,表明钢铁集聚区冬季比其他季节二次有机污染较严重.由因子分析可知,钢铁集聚区碳组分主要来源于钢铁工业烧结等工序燃煤和柴油车尾气排放.研究成果为济南市钢铁集聚区周围环境空气质量改善措施的制定提供技术支撑.