近30年黔西喀斯特区典型县域农田土壤有机碳动态研究——以贵州普定县为例

文章选取贵州省普定县作为黔西喀斯特区的典型县域，依据1980年第二次土壤普查数据和2011年实测土壤数据，运用土壤类型法，计算该县域近30年（1980-2011年）农田表层（0-20 cm）土壤有机碳（SOC）储量和密度的变化，并借助逐步回归分析，对该县域近30年农田表层 SOC 动因进行分析，结果表明：（1）普定县近30年来农田0-20 cm 表土有机碳库总体表现为基本持平且略有上升的趋势，增幅为0.95%，年均变化量15.31 kg C·hm-2·a-1；（2）不同类型农田土壤的表层有机碳储量和密度变化较大，其中水稻土固碳幅度最大，为28.95%，而山地灌丛草甸土的丢碳最为严重，降幅达70.22%；（3）农田表层 SOC 密度年均变化量在空间分布上总体表现为县城中部、南部和三岔河及夜郎湖地区呈增加趋势，而在县城以西、以东及斗篷山大部分区域则为下降态势，这主要受土壤类型空间分布差异所致；（4）影响普定县农田表层 SOC 变化的主要因素有 SOC 密度初始值（1980年）、C/N、砾石体积比和速效 K 密度等，其中 SOC 密度年均变化量与SOC 密度初始值和砾石体积比呈负相关，与 C/N 和速效 K 密度呈正相关。总的来看，近30年的人为活动对普定县农田表土有机碳总库存未产生负面影响。

小麦转录因子基因TaWRKY46的克隆与表达分析

在富集低磷胁迫特异表达基因的小麦根系cDNA差减杂交文库中,鉴定了1个小麦WRKY型转录因子基因(TaWRKY46)。依据该基因的cDNA序列,在石新828中克隆了该基因。TaWRKY46的cDNA长度为872 bp,开放阅读框为669 bp,编码222个氨基酸残基,氨基酸组成上含有保守的WRKY基序和C2H2基序。系统进化分析表明,TaWRKY46与大麦WRKY34可能来自相同的祖先。与对照供磷水平(2 mmol/L Pi)相比,低磷处理(20μmol/L Pi)使根系中TaWRKY46的转录本数量明显增多,表明TaWRK46对低磷胁迫逆境产生了明显应答。此外,TaWRKY46对氮、钾、锌和钙养分胁迫也表现明显的上调表达特征。表明该基因编码蛋白在介导上述养分逆境信号的转导中具有重要作用。此外,TaWRKY46对干旱、盐分等非生物逆境和脱落酸(ABA)也产生明显应答。因此,TaWRKY46是小麦种属中应答多种非生物逆境的重要调控转录因子,在增强小麦抵御养分胁迫和非生物逆境的能力中可能具有重要作用。

垄作免耕对稻田垄埂土壤有机碳累积和作物产量的影响

依托稻田免耕长期定位试验,研究了垄作免耕对稻田垄埂土壤有机碳累积和作物产量的影响。研究主要涉及常规平作(中稻-冬水田,简称中稻)、常规平作(中稻-油菜,简称稻油)、垄作免耕(中稻)和垄作免耕(稻油)等4个耕作处理。针对垄作对田面微地形的影响,将垄作小区中所有垄埂当成一个整体,统计其土壤有机碳的累积指标,再与平作处理中同体积或同质量的表土层(对比土层)作比较。结果表明,在对比土层和小区垄埂体积相同时,垄作免耕(稻油)的垄埂土壤有机碳密度要显著高于2个常规平作处理中对比土层和垄作免耕(中稻)的垄埂(p<0.05);在对比土层与小区垄埂质量相同时,各耕作处理的垄埂或对比土层中单位质量土壤的固碳量依次为:垄作免耕(稻油)>常规平作(中稻)>垄作免耕(中稻)>常规平作(稻油),且处理间差异显著(p<0.05)。这表明,针对垄埂和对比土层而言,垄作免耕(稻油)的土壤有机碳累积效应要优于垄作免耕(中稻)和常规平作处理。与传统的常规平作相比,垄作免耕的水稻增产效应明显,虽然其会导致油菜减产,但不影响水旱两季作物的经济总产出。总体而言,垄作免耕(稻油)是一种能兼顾环境和经济效益的稻田保护性耕作措施。

油菜秸秆生物质炭对紫色土有机碳矿化和累积效应的影响

采用室内模拟培养试验,以油菜秸秆为对比,分析油菜秸秆生物质炭的施用对紫色土有机碳矿化的影响。在培养试验中,设置0.25%,0.5%和1%3个不同秸秆/土壤质量比的油菜秸秆还田培养处理,依次标记为J_1,J_2和J_3;同时,设置3个不同油菜秸秆生物质炭添加量的培养处理,其生物质炭添加量分别为J_1,J_2和J_3处理中添加的等量油菜秸秆在600℃下制成的生物质炭量,依次标记为S_1,S_2和S_3,所有处理置于25℃下避光培养56d。在培养期内,各处理中土壤有机碳(SOC)矿化速率随时间的变化符合乘幂函数。添加生物质炭处理的SOC累积矿化量、矿化强度和易分解有机碳占总有机碳含量的比例(Ca/CSOC)显著低于与其对应的油菜秸秆处理(P<0.05),表明油菜秸秆经过热解制成生物质炭后可显著提高其在土壤中的稳定性。各添加生物质炭处理的SOC累积矿化量、矿化强度、Ca/CSOC和难分解有机碳占总有机碳含量的比例(Cs/CSOC)与对照(无外源碳添加)之间无显著性差异,添加生物质炭几乎不影响紫色土有机碳的分解。另外,S_1处理中外源碳的表观残留率显著高于其它培养处理,而S_2和S_3处理中外源碳的表观残留率则显著低于与其对应的油菜秸秆处理(J_2和J_3)(P<0.05)。这表明在低量油菜秸秆还田时,将其制成生物质炭还田比直接还田更利于紫色土有机碳的积累。

三峡库区典型消落带土壤有机碳分布特征

选取三峡库区典型消落带—涪陵区珍溪镇王家沟消落带为研究对象,于2013年6月中旬三峡水库低水位（145m）运行时,采集了研究区内150~155m,160~165m,170~175m和180~185m（对照）高程0~40cm剖面土样192个,于室内对消落带土壤有机碳分布特征进行研究.结果表明：三峡水库反季节性水位涨落显著影响消落区各高程土壤有机碳剖面分布特征,同时该水位变化也有利于土壤有机碳在低海拔区域（150~155m,160~165m）累积,并可有效（p〈0.05）降低高海拔区域（170~175m）的表层有机碳质量分数.消落带研究区土壤碳氮比相对较低,集中在4~15范围内,低海拔区域经过特有的干湿交替后土壤碳的累积速度比氮更快一些.研究结果还表明,150~155m高程10~20cm土层中有机碳及碳氮关系在空间上的分布较为均匀,160~165m高程0~40cm土体中有机碳及碳氮关系空间变异性最小.

水热对三峡水库消落带退耕稻田土壤有机碳矿化的影响

采用模拟培养的方法,研究了不同水热条件对三峡水库消落带退耕稻田土壤有机碳（SOC）矿化的影响。试验共设3个培养温度（10、20和30℃）和4个水分梯度（40%田间持水量（WHC）、70%WHC、100%WHC和浅层淹水）。结果表明：1在66天培养期内,各培养温度（10~30℃）下,70%WHC、100%WHC和浅层淹水处理之间的SOC累积矿化量均无明显差异,其中10℃培养时40%WHC处理下的累积矿化量要显著低于70%WHC和100%WHC水分处理（P〈0.05）,但与浅层淹水无明显差异,而20℃和30℃培养时40%WHC处理下的累积矿化量则要显著低于其他水分处理,表明相较于70%WHC的水分处理,40%WHC水分处理会抑制消落带退耕稻田SOC矿化,而高水分（100%WHC和浅层淹水）对SOC矿化则无明显促进和抑制作用。2在相同水分条件下,消落带退耕稻田SOC累积矿化量均随培养温度升高而增加。3高温下各水分处理之间的温度敏感性无显著差异,而低温下水分对温度敏感性有显著影响,低温浅层淹水处理下的Q10为2.33,显著高于40%WHC处理,与70%WHC和100%WHC处理之间无明显差异。且随着温度升高,浅层淹水下消落带退耕稻田SOC矿化的温度敏感性显著降低,而在土壤含水量≤100%WHC下则无明显变化。温度和水分均能显著影响SOC矿化,但二者无明显的交互效应。4双库一级矿化动力学模型拟合结果表明,水分和温度通过影响消落带退耕稻田土壤易分解有机碳含量和难分解有机碳的矿化速率,从而影响SOC矿化。

不同磷水平下小麦B染色体双端体植株干物质积累和磷效率特征研究

以中国春(CS)及其B染色体组双端体(1BS 7BS和1BL 7BL))为材料,采用溶液培养法,研究了不同磷水平下各供试材料的干物质积累和磷效率特征。结果表明,与CS相比,丰磷下4BS、6BS、3BL及7BL和低磷下4BS、6BS、7BS、和7BL植株形态及单株干重无明显变化,其他B染色体组双端体植株形态变劣、单株干重降低。丰、低磷下,各双端体单株磷累积量与CS相比多呈减少趋势,表明缺失B染色体长、短臂对小麦的磷素吸收和累积发挥不同程度负调控效应。全磷含量表现为丰磷下4BS和4BL较CS显著增加、5BS较CS显著降低;低磷下5BS较CS显著提高,3BL和5BL较CS显著降低。与CS相比,各双端体植株的磷效率变幅较大,呈与单株磷累积量相反趋势变化,即丰磷下3BS、5BS较CS显著增加,4BS、1BL和4BL较CS显著减少。丰、低磷条件下,多数双端体植株氮钾效率与CS相比也发生不同程度改变。丰、低磷磷下单株干重与磷累积量呈显著正相关,且单株干重与单株叶面积也呈显著正相关。因此,本研究证实,特定B染色体组长、短臂在调控植株抵御低磷逆境中发挥着重要遗传效应,可用单株叶面积作为丰、低磷下植株磷效率的评价指标。

紫色丘陵区典型旱地土壤有机碳矿化对突发性变温的响应

以紫色土为供试土壤,采用室内培养的方法,设置恒温20℃(HW)、突发性降温(20℃→10℃)(BW1)和突发性升温(20℃→30℃)(BW2)3个温度处理,研究了突发性变温下紫色丘陵区典型旱地土壤(紫色土)的有机碳矿化特征。其中温度突变的具体设置为:待20℃恒温培养至土壤有机碳矿化(Soil organic carbon,SOC)速率基本平稳且维持在较低水平时(第29天),将培养温度分别突降至10℃和突升至30℃,继续培养47d。结果表明,突发性变温对紫色土SOC矿化有显著影响(P<0.05),在变温当天(第30天),突发性升温(BW2)处理对紫色土SOC矿化有明显促进作用,而突发性降温(BW1)处理则会明显削弱紫色土SOC矿化,二者的SOC矿化速率分别较恒温(HW)处理提高了225.1%,降低了38.5%;变温后的培养初期(第30~44天),各温度处理间的SOC累积矿化量存在显著差异(P<0.05),与HW处理相比,BW2和BW1处理中紫色土SOC累积矿化量的变幅分别为+140.5%(升高)和-55.3%(降低);随培养时间的延续,各处理间的SOC累积矿化量未发现明显差异。表明突发性变温对紫色土SOC矿化的影响具有一定的时限性,其影响时长在2周左右。结合矿化动力学分析可知,同恒温相比,突发性变温主要通过改变土壤易分解有机碳库(C0)大小进而影响紫色土SOC矿化。

水热变化对三峡水库消落带紫色土有机碳矿化的影响

通过野外采样和室内模拟培养试验,研究水热变化对三峡水库消落带紫色土有机碳(SOC)矿化的影响.试验共设3个培养温度(10、20和30℃)和4个水分梯度[40%田间持水量(WHC)、70%WHC、100%WHC和淹水].在66 d培养期内,SOC累积矿化量表现为100%WHC处理下的最大,但与淹水之间差异不显著(P>0.05).10℃和20℃时,100%WHC和淹水下的SOC累积矿化量与70%WHC无明显差异,但要显著高于40%WHC,而30℃时100%WHC和淹水下的累积矿化量则要显著高于70%WHC和40%WHC(P<0.05),这表明相较于70%WHC的水分处理,高水分(100%WHC和淹水)对SOC矿化无抑制效应甚至在高温(30℃)下有促进作用.在相同水分条件下,消落带紫色土SOC累积矿化量均随培养温度升高而增加.另外,方差分析可知,温度和水分均能显著影响消落带紫色土SOC的累积矿化量,且二者有明显交互效应(P<0.05).双库一级矿化动力学模型拟合结果表明,水分和温度通过影响消落带紫色土易分解有机碳含量和难分解有机碳的矿化速率,致使各处理之间SOC累积矿化量存在差异,其中高温条件下水分影响最为突出.随着温度的升高,低水分(40%WHC)下消落带紫色土SOC矿化的温度敏感性显著下降,而在土壤含水量≥70%WHC下则无明显变化.

变温环境对典型石灰土有机碳矿化的影响

采用野外采样和室内培养试验,研究了不同土地利用类型(林地和旱地)下的石灰土表层土壤有机碳(SOC)矿化对变温环境的响应.两种供试土样分别采自贵州省普定县天龙山区域的典型林地和旱地的0~10 cm表层.在培养试验中,依据积温相同的原则,设置变温(范围:15~25℃,变温间隔12 h)和恒温(20℃)两个温度处理,培养时间为56 d.在整个培养期内,旱地石灰土变温处理的SOC累积矿化量(63.32 mg·kg-1)虽略低于恒温处理(63.96 mg·kg-1),但两者之间差异不显著,而森林石灰土变温处理的SOC累积矿化量(169.46 mg·kg-1)则显著低于恒温处理(209.52 mg·kg-1)(P<0.05),这表明不同土地利用类型的石灰土SOC矿化对变温环境的响应不同.受植被和土地利用类型的影响,森林石灰土和旱地石灰土表层的SOC含量和组成差异显著,这可能是导致其SOC矿化对变温环境响应差异的重要原因.另外,各温度处理中,土壤可溶性有机碳(DOC)含量与SOC日均矿化量之间均呈极显著正相关(P<0.01),表明制约土壤DOC生成是温度影响土壤有机碳矿化的一个重要途径.在培养过程中,土壤微生物量碳含量不能有效反映恒温和变温下的SOC矿化差异,结合矿化动力学分析可知,同恒温相比,变温虽然不能通过改变微生物数量来影响SOC矿化,但能通过改变微生物群落的总体活性来影响SOC矿化过程.