不同含盐量土壤可溶性无机碳及盐基离子的剖面分布特征

为了探究干旱区盐碱土壤可溶性无机碳的动态分布特征,选取内蒙古河套灌区7种不同电导率土壤的0—100 cm剖面,采用临近样地,随机布点的方法,研究该地区土壤可溶性无机碳和盐基离子的剖面分布规律。结果表明:土壤含盐量对可溶性无机碳含量及盐基离子含量具有重要影响,不同含盐量土壤(S_1-S_7)的可溶性无机碳平均含量随电导率的增加而逐渐降低;随土壤深度的加深呈先减小后增加,表现为浅层0—50 cm含量少,深层50-100 cm含量聚积;可溶性无机碳储量随电导率的增加而逐渐降低。不同含盐量土壤(S_1—S_7)盐基离子含量随电导率的增加而增加;随土壤深度的加深盐基离子含量逐渐减少,具有较强的表聚性。研究区域土壤盐基离子组成以Ca^(2+)、SO_4^(2-)为主,平均含量分别占离子总量的27%和29%;K^+、Mg^(2+)含量较少,平均含量分别占离子总量的13%和7%。通过相关性分析,土壤可溶性无机碳含量与EC呈显著负相关(R^2=0.83,p<0.05),与pH无显著相关性(R^2=0.17,p>0.05),盐基离子平均含量与EC呈显著正相关(R^2=0.85,p<0.05),与pH无显著相关性(R^2=0.07,p>0.05),表明土壤EC的增加会影响可溶性无机碳和盐基离子的聚积。

滇池福保湾水体可溶性无机碳与蓝藻水华的相关性

[目的]探索蓝藻水华暴发至消亡过程中水体无机碳在水体中的变化规律,为制订对蓝藻水华的有效防治措施提供决策依据。[方法]通过采样分析滇池福保湾生态恢复区水体中无机碳浓度与浮游藻类浓度,研究了富营养化水体中可溶性无机碳的时空动态变化及其相关影响因素。[结果]福保湾水体叶绿素a浓度和CO_3^(2-)浓度呈极显著正相关(P<0.01),与水体pH均呈显著正相关(P<0.05);与CO_2浓度均呈极显著负相关(P<0.01),与总无机碳浓度和HCO_3^-浓度均呈显著负相关(P<0.05)。[结论]蓝藻水华的生消是导致水体无机碳形态与浓度剧烈变化的重要原因。

干旱区绿洲土壤可溶性无机碳的空间分布特征

为认识干旱区水土作用下可溶性无机碳的动态特征,以民勤绿洲为例,利用地统计学、RS和GIS相结合的方法,从流域尺度上研究了0~10 cm土壤可溶性无机碳的空间分布特征。结果表明:民勤绿洲0~10 cm土壤可溶性无机碳的平均含量为0.056 g C·kg^(-1),线性模型为土壤无机碳分布特征的最优拟合模型;从空间分布来看,土壤可溶性无机碳含量呈从南向北逐渐降低的趋势,南部坝区含量最高,中部泉山区居中,北部湖区最低;同期土地利用类型图叠加表明,整个绿洲土壤可溶性无机碳主要分布在0.05~0.06 g C·kg^(-1)范围,耕地和沙地中的可溶性无机碳含量整体较高,而林地、草地和盐碱地中的可溶性无机碳含量则较低;土壤可溶性无机碳含量与HCO3-呈极显著正相关,与其他土壤离子呈显著负相关,而与pH呈弱的正相关。研究结果对于认识干旱区水土作用下表层土壤动态性碳传输具有显著意义。

干旱区盐碱土剖面无机碳组分分布特征

通过分离土壤动态性无机碳,结合^(14)C同位素技术,有效量化了盐碱土剖面无机碳组分的存储数量和年龄特征。结果表明:整个土壤剖面,盐土难溶性无机碳含量和可溶性无机碳含量明显高于碱土。无论是土壤难溶性无机碳储量还是可溶性无机碳储量,盐土和碱土中有近80%碳是存储在1 m以下,50%存储于3 m以下。相同土层,土壤可溶性无机碳储量约占土壤难溶性无机碳储量的30%。无论是盐土还是碱土,无机碳的年龄超过万年,而土壤可溶性无机碳的年龄明显低于土壤无机碳的年龄。研究结果证实尽管土壤可溶性无机碳储量较低,但其周转时间短,速率高,因此在参与现代碳循环的程度上明显要高于土壤无机碳。

长期施肥对砂姜黑土可溶性碳淋溶的影响

研究施肥对砂姜黑土可溶性碳淋溶的影响,对有机肥的可持续利用有重要意义。该研究依托33 a的长期试验,分析常规施肥(MF)、化肥+低量小麦秸秆(MFL)、化肥+高量小麦秸秆(MFH)、化肥+猪粪(MFP)和化肥+牛粪(MFC)等施肥方式对土壤剖面(0~60 cm)理化性质、微生物性状、可溶性有机碳(Dissolved Organic Carbon,DOC)和可溶性无机碳(Dissolved Inorganic Carbon,DIC)含量与分布的影响,探寻可持续的有机肥利用方式。结果表明,长期增施有机肥后0~60 cm剖面各土层有机碳、微生物量碳、氮均有不同程度提升,而对土壤全氮、容重和pH值的影响主要发生在0~20 cm表层。与MF处理相比,增施有机肥后0~20和>20~40 cm土层DOC含量均有显著(P <0.05)提高,而对>40~60 cm土层无显著影响。相对而言,0~60 cm各土层DIC的含量均有显著提升。长期增施有机肥后0~60 cm各土层DOC的UV280吸收值和芳香性指数分别较MF处理均有显著提高,其中以MFC处理最为显著,0~20、>20~40和>40~60 cm土层DOC的芳香性指数分别提高71.2%、153.3%和38.1%,这说明长期增施有机肥后土壤剖面DOC结构发生明显改变,芳香化合物含量提高,化合物结构变得更加复杂。逐步线性回归模型表明,土壤剖面DOC和DIC分布主要受pH值和微生物量碳的共同影响,且pH值的影响强度大于微生物量碳,而土壤剖面DOC化学结构受微生物量碳的影响。总体而言,外源有机物料投入的类型和数量是影响土壤剖面可溶性碳分布的重要措施,长期增施农家肥的碳淋失风险高于秸秆还田。

磷输入对湿地土壤有机碳矿化及可溶性碳组分的影响

采用室内培养试验,研究了土壤非淹水(土壤含水量为田间最大持水量60%)和淹水条件下,外源磷输入对沼泽湿地土壤有机碳矿化和土壤可溶性有机碳(DOC)及可溶性无机碳(DIC)含量的影响.结果表明,不同土壤水分条件下,土壤有机碳的矿化速率和累积矿化量均随着外源磷输入量的增加而增大;培养65d后,土壤DOC含量表现为先降低后升高,而DIC含量则逐渐增大.不同磷处理下土壤有机碳的累积矿化量与土壤DOC含量之间的相关关系并不显著,但是与土壤DIC含量之间呈显著的正相关关系[R为0.98(淹水),0.99(非淹水);P<0.05].相同磷输入水平下,淹水处理时土壤有机碳的累积矿化量、DOC和DIC含量均高于非淹水处理.外源磷输入沼泽湿地后,会通过提高土壤有机碳的矿化速率和土壤可溶性碳组分的淋失,加快土壤有机碳的损失速率及土壤CO2的排放量.

森林生态系统可溶性碳和颗粒碳通量

可溶性碳(Dissolved carbon,DC)和颗粒碳(particulate carbon,PC)通量作为森林生态系统碳收支的重要组分,在森林固碳功能的评价和模型预测中具有重要意义,但常因认识不足、测定困难等而在森林碳汇研究中被忽略。综述了森林生态系统DC和PC的组成、作用、相关生态过程及其影响因子,并展望了该领域应该优先考虑的研究问题。森林生态系统DC和PC主要包括可溶性有机碳、可溶性无机碳和颗粒有机碳,主要来源于生态系统的净初级生产量。DC和PC是森林土壤的活性碳库,主要以大气沉降、穿透雨和凋落物的形式输入森林土壤系统,并通过土壤呼吸、侧向运输及渗透流失的方式输出生态系统。从局域尺度看,DC和PC通量受根系分泌、细根分解、微生物周转等生物过程的影响较大;从区域尺度看,它们受土壤和植被特性、生态过程耦联关系、气候因子以及全球变化的综合影响。该领域应该优先考虑:(1)探索不同时空尺度下森林生态系统DC和PC通量的控制因子及其耦联关系,揭示其中的驱动机理;(2)探索DC和PC与其它森林生态系统碳组分的相互关系及转化,阐明DC和PC通量与其它养分之间潜在的生态化学计量关系;(3)探索全球变化,特别是人类活动(如森林经营)和极端干扰事件(如林火、旱涝、冰冻、冻融交替等)对森林生态系统DC和PC通量的影响。

不同降水控制对荒漠土壤中可溶性碳、氮组分的影响

以宁夏中卫腾格里沙漠东南缘的典型荒漠植被为研究对象,通过架设遮雨棚和滴灌措施研究极端干旱、干旱、降水增加等条件对荒漠土壤环境中可溶性碳(DC)、可溶性氮(DN)组分及其化学计量比的影响,分析降水控制条件、季节以及土壤深度等因素对荒漠土壤可溶性无机碳(DIC)、可溶性有机碳(DOC)、DC、DN和土壤DOC/DN的作用规律.结果表明:干旱荒漠区,土壤DN对于降水调控的响应高于DC组分,DIC、DOC、DC、DN和DOC/DN分别为6.59×10^-6~9.19×10^-5、1.52×10^-5~1.04×10^-4、5.50×10^-5~1.80×10^-4、9.60×10^-7~2.05×10^-5和2.10~41.49.不同降水控制条件对土壤DC的影响不显著,对土壤DN和DOC/DN影响显著,在极端干旱(减少降水50%)条件DN显著增加,DOC/DN随降水的增加而增加;DIC、DOC、DC、DN以及DOC/DN的季节性变化明显,土壤DC、DN组分呈夏、秋季高于春、冬季趋势,土壤DOC/DN的季节变化为春<夏<秋<冬;DIC、DC和DOC/DN随着深度增加呈显著降低的趋势,而DOC、DN在不同土壤深度变化不显著.

落叶阔叶混交林中氮沉降对土壤可溶性碳的影响

借助鸡公山国家级自然保护区的林冠模拟氮沉降野外试验平台,通过对比林冠施氮与林下施氮样地中的土壤可溶性碳含量,研究了林冠对大气氮沉降的过滤作用以及氮素输入对鸡公山落叶阔叶混交林内土壤可溶性碳的影响.结果显示,林冠施氮处理组中土壤可溶性有机碳含量受氮沉降的影响显著低于林下施氮处理组,说明在落叶阔叶混交林中林冠能减少沉降至土壤表层的氮素,降低大气氮沉降对生态系统的影响.人工施氮影响土壤后,土壤DOC含量先下降,然后随氮素含量的增加而上升;氮沉降会引起土壤酸化,促使土壤DIC转化为气态CO_(2),最终导致土壤DIC含量降低.

碳酸氢根缓解高营养负荷下苦草(Vallisneria natans)胁迫的作用

富营养化湖泊沉水植物严重退化,可溶性无机碳DIC(Dissolved Inorganic Carbon)缺少是一个重要因素。本实验选择碳酸氢根形态DIC(HCO3--DIC)对苦草进行处理,设计了不同的HCO3--DIC添加量(0、10、20mg·L-1)和营养水平N、P(N0.96、1.92、2.88、3.84mg·L-1,NH4+-N:NO3--N=1:3,N:P=27)的交叉实验,研究不同营养水平下HCO3--DIC对苦草(Vallisneria natans)的生理生态影响。实验证明,苦草幼苗在生长过程中可以不断吸收水体中的DIC,经15d培养,培养液中DIC从16.91mg·L-1下降到6.27mg·L-1。21d的实验结果显示,相同营养条件下高质量浓度HCO3--DIC组苦草相对生长率RGR(Relative Growth Rate)高于其他组;无外加HCO3--DIC组过氧化物酶POD(peroxidase)活性随营养水平增加,从2.01U·mg-1增至4.03U·mg-1,相同营养水平下POD活性随HCO3--DIC增加而降低,说明水体营养水平的增高加剧了对苦草生长的胁迫,而HCO3--DIC大大减少和缓解了这种胁迫作用;中营养条件下,较低水平的HCO3--DIC质量浓度已经满足苦草叶绿素合成,而在重富营养时较高质量浓度的HCO3--DIC可以促进苦草叶绿素合成,缓解营养胁迫的黄化效应。研究揭示,水体HCO3--DIC增加可以缓解富营养化对沉水植物的胁迫作用。

CO2浓度对中肋骨条藻的光合无机碳吸收和胞外碳酸酐酶活性的影响

为探讨低光照(30 μmol·m-2·s-1)和高光照(210 μmol·m-2·s-1)条件下海水CO2浓度变化对海产硅藻中肋骨条藻(Skeletonema costatum)的生理影响,对该藻生长及其光合CO2吸收和胞外碳酸酐酶(CAext)活性进行了测定,结果表明,在低光条件下,CO2浓度变化(4～31μmol/L CO2)对该藻的生长和净光合速率的影响比高光条件大.CAext在12和31μmol/L CO2时没有检测出活性;但在4 μmol/L CO2时则有明显活性,且其高光条件下的活性是低光条件下的2.5倍.细胞光合怍用对CO2的亲和力随着培养液中CO2浓度升高而下降.另外,高光条件下细胞的光合CO2亲和力明显高于低光条件.这些结果表明,CAext的活性和光合CO2亲和力不仅受CO2浓度而且受到光照强度的调节;在高光照条件下,即使CO2浓度较低,细胞的高CAext活性和光合CO2亲和力也能够提供充足的CO2供其光合固碳所需.

极端干旱区咸水灌溉人工防护林土壤可溶性碳的垂直分布及其影响因素

可溶性碳(DC)是土壤中最活跃的碳组分,植被恢复与重建加速了干旱荒漠区的碳循环过程.研究咸水灌溉下沙漠人工防护林地土壤剖面DC的分布,可为干旱荒漠区人工林的管理和开发利用提供理论支撑和决策依据.本研究选取塔克拉玛干沙漠公路沿线5个不同矿化度咸水滴灌林地作为研究样地,流沙地为对照(CK),分析并讨论了0~1 m剖面土壤可溶性有机碳(SDOC)和可溶性无机碳(SDIC)的垂直分布特征及其与各因子间的相关关系.结果表明,CK与2.82 g·L^-1矿化度滴灌处理SDOC、SDIC呈"I"型分布,其分布满足线性函数关系,其他各样地SDOC和SDIC均呈"Γ"型分布,分布满足幂函数关系;所有处理表层SDOC、SDIC波动能力及贡献度均高于下层土壤,且SDOC波动及贡献度均大于SDIC,2.82 g·L^-1之外的各林地SDOC平均含量是SDIC的2~4倍;2.82 g·L^-1样地SDOC平均含量低于CK,其他各样地SDOC是CK的3~5倍,各样地SDIC含量较CK增加了15.0%~57.9%;矿化度高于2.82 g·L^-1的样地0~5 cm土层SDOC含量随灌溉水矿化度的增加而增加,各样地SDIC含量随矿化度的升高呈先增加后下降低趋势,4.82 g·L^-1样地达到最大.SDOC和SDIC与灌溉水矿化度、EC、SOC、SIC及土壤含水量均呈正相关关系,其中与土壤含水量表现出弱正相关,SDOC和SDIC与土层深度呈负相关关系;SDOC和SDIC与pH分别呈微弱的负相关和微弱的正相关.总之,灌溉水矿化度对SDOC和SDIC的垂直分布具有重要影响,同时与土壤含水量、土层深度、EC、SOC和SIC等因素紧密相关,这对极端干旱区人工林建设及管护具有重要意义.