侵蚀黄土不同粒级抑制CO_(2)排放的有效沉积厚度

[目的]探讨沉积泥沙粒级及厚度对剖面CO_(2)传输过程的影响,明确不同含水率条件下侵蚀黄土不同粒级抑制CO_(2)排放的有效沉积厚度,为完善沉积区有机碳矿化和排放过程提供理论依据。[方法]通过沉降速度分选为4个粒级(≥250μm,250~125μm,125~63μm,≤63μm),各粒级分别在静态水体中沉积形成0.4 cm,0.7 cm,1.4 cm和2 cm共4个薄层沉积厚度。各沉积土柱保持田间持水量,先进行恒湿自矿化(7 d),后将^(13)C葡萄糖标记黄土置于土柱底部作为独立CO_(2)释放源,进行^(13)C标记CO_(2)示踪(7 d),最后将各土柱自然干裂(7 d),对比这3个阶段的CO_(2)释放效率和^(13)C相对丰度变化特征。[结果](1)各土柱的平均CO_(2)通量在恒湿自矿化阶段(无^(13)C标记CO_(2)释放源)为0.21μg/(cm^(2)·h),略低于^(13)C标记CO_(2)示踪阶段的0.35μg/(cm^(2)·h),且两者均显著低于自然干裂阶段0.9μg/(cm^(2)·h),说明湿润状态下黄土沉积层均对CO_(2)释放有不同程度的抑制作用,但随着土壤干裂,封存于土层中CO_(2)便会集中释放,削弱沉积碳汇效应。(2)粗颗粒(D≥250μm)在3个培养阶段的平均CO_(2)通量较细颗粒(D<63μm)分别高出77.9%,39.6%和30.8%,且粗颗粒在3个培养阶段的CO_(2)通量和^(13)C相对丰度差异比细颗粒更显著,且峰值提前1 d。(3)各沉降粒级在湿润状态时,粒径≥125μm的黄土容重较小而充气孔隙度和气体扩散系数相对较大,需至少2 cm沉积厚度才可有效抑制CO_(2)传输,而粒径为63≤D<125μm和D<63μm时,充气孔隙度和气体扩散系数极小,仅1.4 cm甚至更薄的沉积厚度,便可有效抑制CO_(2)向表土扩散。[结论]黄土沉积区须有细密颗粒覆盖且保持较高的含水率才可有效抑制CO_(2)向地表传输,从而保证沉积掩埋碳汇效应,且不同黄土颗粒抑制CO_(2)排放的有效沉积厚度存在差异。

适量供锌明显提高平邑甜茶幼苗碳氮吸收和同化效率

【目的】氮素利用率低严重制约我国果树产业的可持续发展。通过研究不同供锌水平对苹果砧木平邑甜茶幼苗生长、光合作用、^13C同化与分配和15N吸收、利用与分配的影响,探究锌对苹果氮素吸收利用的影响机制,为苹果生产中氮肥利用率的提高提供理论参考。【方法】以苹果砧木平邑甜茶幼苗为试材进行砂培试验,试验周期为30天。设置ZnO、Zn2、Zn4、Zn8、Zn16(分别相当于0、2.0、4.0、8.0、16.0μmol/L Zn^(2+))5个锌浓度处理,每3天更换一次营养液,每次向营养液中加入Ca(^(15)NO_(3))_(2)0.01 g,共计加入0.1 g。正式处理25天后进行13C标记,于13C标记后24、48和96 h取样,测定各器官13C丰度。另于正式处理第30天取样,测定幼苗各器官生物量、根系形态、光合特性、碳氮代谢相关酶活性、各器官锌含量以及各器官含氮量、^(15)N丰度。【结果】5个处理中,Zn4处理幼苗各器官生物量与根系活力最高,根系形态指标(根系长度、根系总表面积与根尖数)最优。叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(gs)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)、硝酸还原酶(NR)及蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性随供锌水平的提高呈先升高后降低的趋势,均在Zn4处理下达到最大,其值分别为15.21μmol/(m^(2)·s)、184.12μmol/(m^(2)·s)、0.839、8.4μmol/(g·min)、103.25μg/(g·h)和96.6 mg/(g·h);在Zn0处理最低,其值仅为Zn4处理的0.65、0.71、0.92、0.51、0.60和0.52倍。各器官锌含量均表现为Zn16>Zn8>Zn4>Zn2>Zn0。同位素示踪结果表明,随着供锌水平的提高,幼苗整株13C积累量、^(15)N吸收量以及^(15)N利用率表现为先升高后降低,均在Zn4处理下达到最高,其值分别为1.95 mg、0.57 mg和15.8%。不同供锌水平对幼苗^(13)C与^(15)N分配率也有一定影响。其中,Zn4处理下根系^(13)C分配率与叶15N分配率最高,分别为Zn0处理的1.53和1.18倍。【结论】供锌不足与过量均抑制幼苗对氮素的吸收利用。而适宜供锌一方面通过改善叶片的光合作用,提高了叶片碳代谢相关酶活性,加强了叶片对碳的固定;提高了根系对光合产物的竞争力,加强了叶片光合同化物向根系的运输,促进根系生长发育的同时,改善了根系形态,提高了根系活力,进而增强了幼苗对氮素的吸收。另一方面,促进了氮素由根系向叶片的运输,同时提高了叶片硝酸还原酶活性,提高了幼苗对氮素的同化利用能力,进而促进了幼苗对氮素的吸收。因此,适宜锌营养可以有效提高幼苗的碳、氮吸收和同化效率。

红壤和风沙土添加不同化学结构有机碳对外源碳去向及累积贡献的影响

植物凋落物碳输入显著影响陆地生态系统土壤CO_(2)排放和有机碳(SOC)形成,然而,针对不同质地土壤添加不同化学结构外源碳去向依然不清楚。本研究将^(13)C标记的葡萄糖、淀粉和纤维素添加至红壤和风沙土,比较2种质地土壤添加不同化学结构外源碳在土壤释放的CO_(2)、SOC、可溶性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)库的净累积量、回收率及贡献比例上的差异。结果表明:添加外源有机碳显著提高了CO_(2)、SOC、DOC和MBC的δ^(13)C值,且随着外源有机碳化学结构复杂性的增加,CO_(2)的δ^(13)C峰值依次延迟出现;外源有机碳种类、土壤类型和培养时间均显著改变外源碳去向及其在各碳库的贡献比例;在风沙土中,外源有机碳更多被矿化为CO_(2),且CO_(2)库的外源碳净累积量和回收率大小依次为葡萄糖>淀粉>纤维素;红壤添加外源碳转变为SOC的累积量和回收率显著高于风沙土,且红壤SOC库的外源碳净累积量和回收率大小顺序也为葡萄糖>淀粉>纤维素。可见,外源有机碳化学结构和土壤质地共同调控外源碳去向及累积贡献。