半干旱区退化草地开垦为苜蓿地对土壤无机碳的影响

为分析半干旱区退化草地开垦后土壤无机碳储量的变化,探讨开垦对土壤无机碳的影响机制,以半干旱区开垦农田(苜蓿地)为研究对象,以邻近的退化草地(荒漠草原)作为对照,借助碳稳定同位素技术,测定并计算0~300 cm土壤深度土壤无机碳(SIC)、次生碳酸盐(PIC)和原生碳酸盐(LIC)的储量。结果表明,与退化草地相比,苜蓿地0~300 cm处的SIC总储量显著增加了88.42 Mg·hm^(-2),PIC总储量显著增加了105.71 Mg·hm^(-2),LIC总储量显著减少了17.29 Mg·hm^(-2)。退化草地开垦促进了PIC在深层土壤的积累,进而促进了SIC的增加,表明开垦能够增强半干旱地区土壤的固碳能力,且PIC的增加导致了SIC的净累积。

陕西省土壤无机碳的时空分布特征及影响因素

[目的]土壤无机碳对于调节全球碳循环有重要作用,然而我国区域尺度上土壤无机碳的分布特征及影响因素尚不明确。对陕西省土壤无机碳时空分布和关键影响因子进行研究可为明确无机碳在陆地生态系统碳循环中的作用和地位提供参考和依据。[方法]收集陕西省1980s和2010s两期的65个和142个土壤样本以及相关的地形因素、气候条件、土地利用类型、植被状况和土壤性质数据,采用方差分析和随机森林(Random Forest,RF)模型分析土壤无机碳含量的时间和空间分布特征,并探讨土壤无机碳含量变化的影响因素。[结果]陕西省1980s各区域的土壤无机碳含量表现为:陕北>关中>陕南;与1980s相比,2010s陕北土壤无机碳含量下降了31.5%,关中地区基本保持不变,陕南小幅度上升。1980s到2010s,0-100 cm剖面上不同土层无机碳含量的降幅范围为20.6%-27.7%,其中以0-20和80-100cm土层降幅最大。随机森林模型分析表明,年平均降水量、容重、pH是影响1980s和2010s土壤无机碳含量变化的重要因素,在年平均降水量450-650 mm时土壤无机碳含量最高;土壤无机碳含量随着pH的增加而增加;低容重土壤无机碳含量高于高容重土壤。[结论]总体来看,陕西省土壤无机碳含量呈现从北向南逐渐降低的趋势。与1980s相比,2010s陕西省表层土壤和陕北地区整个土壤剖面无机碳含量显著下降,1980s和2010s陕西省土壤无机碳含量主要受年平均降水量、pH、容重的调控。

干旱土壤无机碳的碳汇研究

阐述了旱地土壤无机碳的形成机理,分析了干旱和半干旱土壤无机碳含量与土壤有机碳含量的关系,以及气候变化和人为土壤管理对旱地土壤无机碳储量的影响。旱地土壤可能通过形成次生碳酸盐转化为有效碳汇,说明了深入研究干旱土壤碳循环的重要性。

脱硫石膏在碱土改良中的无机固碳作用

脱硫石膏溶解产生的Ca^(2+)会和土壤中含碳的阴离子(CO_(3)^(2–)、HCO_(3)^(–))发生反应,最终将CO_(2)吸收并固定为土壤无机碳。脱硫石膏在碱土改良中的无机固碳作用对实现“碳中和”具有重要意义。以新疆阜康三工河流域的荒漠碱土为研究对象,以脱硫石膏为钙源物对0~20 cm土层进行改良。探究不同时间0~40 t·hm^(-2)脱硫石膏施用量下土壤无机碳(SIC)和土壤无机碳密度(SICD)的变化,从而研究碱土改良中的无机固碳作用。结果表明:施用脱硫石膏能显著减轻土壤碱害(pH下降),增加土壤盐分,同时具有无机固碳作用(SIC和SICD上升)(P<0.05)。脱硫石膏最佳施用量为30 t·hm^(-2),此时改良土层pH降至最低(8.24)。改良后0~46 d SIC含量相较对照组增加0.93 g·kg^(–1),SICD增加0.29 kg·m^(-2)(即CO_(2)固定量为1.06 kg·m^(-2))。改良过程中,脱硫石膏施用量与SIC、SO_(4)^(2–)和Ca^(2+)呈显著正相关(P<0.05),与pH、CO_(3)^(2–)、HCO_(3)^(–)和Na^(+)呈显著负相关(P<0.05)。气候因子对土壤无机固碳存在影响,增大相对湿度和降水量会抑制SIC含量和SICD增加,而增大风速、温度和太阳总辐射则有促进作用。研究结果为施用脱硫石膏改良碱土能增加土壤固碳潜力提供了直接证据。

高寒人工草地不同植被类型下表层土壤有机碳和无机碳变化及土壤理化因子

为深入了解高寒人工草地土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)、无机碳(Soil inorganic carbon,SIC)含量在不同植被类型下的差异性以及土壤有机碳、无机碳含量与土壤理化因子的相关关系。本研究选取高寒人工草地一年生单播小黑麦(HM)、一年生禾、豆混播(HB)以及多年生垂穗披碱草(PJC)植被类型为研究对象,测定并分析3种植被类型下土壤有机碳和无机碳含量变化特征。结果表明:土壤有机碳和无机碳含量在3种植被类型下均表现出显著的差异性。土壤镁离子浓度、全氮(Total nitrogen,TN)含量、土壤pH是影响该区域土壤有机碳和无机碳含量的主要因素。本研究结果为推行适宜高寒人工草地最佳的植被类型提供区域数据和科学参考。

新疆奇台绿洲不同耕作年限荒漠灰钙土无机碳变化及其影响因素

荒漠灰钙土是天山北麓地带性土壤,富含碳酸盐和硫酸钙,是优质土地后备资源。本研究采用野外调查取样与室内实验相结合的方法,对新疆奇台绿洲不同耕作年限(<3 a、10 a、20 a、30 a、>40 a)荒漠灰钙土无机碳变化及其影响因素进行分析,探讨了土壤无机碳与土壤理化参数间的关系,特别是石膏对土壤无机碳的增汇作用。结果表明:①耕作层和犁底层的无机碳,对人类活动十分敏感。土壤无机碳随耕作年限先降低后升高,在耕作后的前10 a迅速下降表现为碳源,而后逐渐上升超过初始含量重新转为碳汇,耕作>40 a后土壤无机碳含量较耕作<3 a增加超过10 g·kg^(-1);②土壤无机碳的稳定性同位素δ^(13)C随着耕作年限的增加持续负向偏移,表现出具有截存现代大气CO_(2)的潜力;③荒漠灰钙土中含有极易风化且储量可观的石膏,为次生碳酸盐淀积提供了大量的钙源,这些Ca2+含量决定了研究区土壤无机碳库最终的储量大小。综上说明,富含石膏的荒漠灰钙土耕作后,具有较强的土壤无机碳增汇潜力,重视和准确估算这部分碳增汇潜力有助于我国“双碳”目标的实现。

我国东北土壤有机碳、无机碳含量与土壤理化性质的相关性

根据黑龙江、吉林、辽宁省和内蒙古地区相关历史资料数据,分析了我国东北表层土壤(0—50 cm)土壤相关理化性质与有机碳、无机碳的相关性,得到如下结论:土壤全氮、碱解氮、全磷、速效磷、速效钾、K+离子交换量、Fe2O3、P2O5、总孔隙度均与土壤有机碳含量呈显著正相关(R2=0.10—0.94,n=38—345,P<0.0001),但与土壤无机碳含量则大多呈显著负相关(R2=0.11—0.30,n=37—122,P<0.01);与此相反,土壤pH值、容重与土壤有机碳呈负相关(R2=0.36—0.42,n=41—304,P<0.0001),而与无机碳呈显著正相关(R2=0.29—0.31,n=39—125,P<0.01)。表层土壤有机碳、无机碳与土壤理化性质呈相反变化趋势的结果说明,由于土壤利用方式变化所导致的土壤理化性质改变对土壤无机碳和有机碳可能具有相反影响。在研究土壤碳平衡过程中,应该充分考虑这种关系所导致的相互补偿作用,即有机碳的增加,可能意味着无机碳的减少,或者反之。目前研究中普遍忽略无机碳的变化,可能导致生态系统碳收支计算显著偏差,所获得的经验拟合方程有利于对我国东北地区土壤碳平衡研究产生的这种偏差进行粗略估计。

地形和土地利用对黄土丘陵沟壑区小流域土壤无机碳分布的影响

地形和土地利用方式对土壤无机碳(SIC)的空间分布和碳汇效应有重要影响。以黄土高原丘陵沟壑区纸坊沟小流域为对象,研究土地利用、地形对0-200cm土层内SIC空间分布的影响。结果表明,地形对纸坊沟流域SIC空间分布呈极显著影响(P<0.01),表现为峁顶(15.32g/kg)>坡地(14.45g/kg)>沟底(12.27g/kg)的变化趋势;土地利用方式影响该流域SIC分布,其含量表现为灌木地>草地>林地>农地,其中灌木地极显著高于林地、草地和农地,林地和草地极显著高于农地,而林地与草地无显著差异;地形与土地利用交互作用极显著影响SIC空间分布(P<0.01)。相关结果可为黄土高原土壤碳库提供基础数据,有助于明确黄土高原在中国陆地碳循环中的作用。

长江三角洲地区土壤无机碳库研究

土壤碳库变化对于全球温室效应、全球碳循环有重大的影响。研究基于最新完成的1∶250000多目标地球化学调查及相关研究成果,运用地理信息系统软件ARCGIS 9.2、统计分析软件SPSS13.0,对长江三角洲地区0-20、0-100、0-180 cm深度土壤无机碳密度及储量做出实测统计。长江三角洲地区0-20、0-100、0-180 cm深度土壤无机碳库储量分别为50.99、356.47、677.26Tg,无机碳密度分别为0.70、4.90、9.30 kg/m2。研究区主要分布土壤为水稻土、潮土,水稻土0-20、0-100、0-180 cm深度土壤无机碳密度分别为0.57、3.85、8.86 kg/m2;潮土无机碳密度分别为1.17、8.54、15.37 kg/m2。研究提供最新的土壤无机碳库实测统计信息,弥补中国区域土壤无机碳库清单的空白,完善了中国区域土壤碳库清单,为研究中国区域土壤碳固定潜力、深入全面理解区域碳循环提供了基准数据。

不同地表覆盖栽培对旱地土壤有机碳、无机碳和轻质有机碳的影响

通过田间长期定位试验,分层采集冬小麦—休闲种植体系0—40 cm土层的土样,研究了常规、地表覆膜和覆草栽培对土壤有机碳、无机碳和轻质有机碳的影响。结果表明,覆膜或覆草可以显著增加地上部小麦生物量和子粒产量。不同地表覆盖对0—40 cm土层的无机碳含量和分布无显著影响,但与常规栽培相比,地表覆膜使0—5 cm土层的有机碳含量显著降低,0—40 cm各土层轻质有机碳表现出明显降低趋势,平均降低C6.1～74.5 mg/kg;地表覆草却表现出明显增加土壤轻质有机碳的趋势,0—5、5—10、10—20 cm土层的轻质有机碳含量分别增加C235.2、190.0和144.9 mg/kg,相当于常规的38.7%、32.9%和34.5%。同时,覆草栽培还表现出降低0—10 cm土层轻质有机质含碳量的趋势,并使0—20 cm土层轻质有机碳占有机碳的比例显著高于常规栽培和地表覆膜处理。可见,地表长期覆膜不利于旱地土壤有机碳累积,覆草不仅可以增加表层土壤的轻质有机碳累积,还可改善土壤碳氮组成。

不同施肥方式对灌漠土土壤有机碳、无机碳和微生物量碳的影响

利用武威市白云试验站18a长期定位试验资料,研究了不同施肥条件下,土壤有机碳、无机碳和微生物量碳在0—40cm土层的变化状况。结果表明,氮肥与有机肥长期配合施用和长期施用农肥可以在0—20cm土层增加土壤有机碳含量,减少土壤中的无机碳含量,增加土壤微生物量碳含量;单施秸秆可增加土壤有机碳,而对无机碳和微生物量碳影响无明显差异;长期施用氮肥对土壤的有机碳、无机碳和微生物量碳均无明显差异。土壤有机碳与土壤无机碳含量呈显著负相关关系,而与土壤微生物量碳呈显著正相关关系。

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 。

开垦年限对干旱区土壤理化性质及剖面无机碳的影响

为阐明开垦年限对土壤理化性质及无机碳的影响,进一步了解干旱区土地开垦进程中的土壤质量变化规律和碳吸收与存储过程,以开垦年限分明的典型区—新疆三工河流域阜北农场为研究区,调查、分析了不同开垦年限(已开垦0,1,3,5,15,30,50a)剖面土壤的pH值、盐分、无机碳含量与储量的分布特征、变化规律及开垦年限对它们的影响。结果表明:(1)已开垦土地的土壤pH值随土层深度的增加而升高;随开垦年限的延长,0—60cm(耕作层)的土壤pH值显著降低(P<0.05),60—140,140—200cm土壤pH值则升高。不同开垦年限的土壤盐分在剖面上呈"S"型分布,研究区土壤盐分为表聚型;随着开垦年限的延长,土壤盐分聚集层逐渐下移,各剖面平均含盐量减少。开垦历史的延长,有助于排盐排碱。(2)不同开垦年限的土壤无机碳含量与储量:0—60cm显著低于60—140cm,60—140cm显著低于140—200cm(P<0.05)。随着土层深度的增加,土壤无机碳储量占全碳的比例增大。随着开垦年限的延长,0—60cm耕作层土壤无机碳含量、储量呈"减少—增加—减少"的变化趋势,无机碳储量占全碳的比例减少。与原始荒地相比,开垦50a时,0—60cm耕作层的土壤无机碳储量减少了55%;0—200cm土壤无机碳储量增加了11.74kg/m^2,无机碳储量所占全碳的比例降低了1.28%。(3)开垦年限的延长对土壤pH、盐分及无机碳的显著影响深度不同,分别集中于0—60cm耕作层,0—140cm及整个研究深度范围内。

有机无机肥配施对双季稻田土壤微生物和碳库的影响

通过4年定位试验,研究了不施肥(WF)、不施氮肥(WN)、单施化肥(CF)、猪粪替代20%氮肥(ZF)、猪粪堆肥替代20%氮肥(DF)、沼渣沼液替代20%氮肥(ZYF)6种施肥处理对双季稻田土壤的酶活性、可培养微生物数量、微生物量碳(SMBC)含量、微生物量氮(SMBN)含量、有机质含量和碳库管理指数的影响。结果表明:3种有机无机肥配施能显著提高双季稻田土壤中可培养细菌和放线菌数量,微生物量碳、微生物量氮、总有机质和活性有机质含量以及碳库活度指数、碳库管理指数,但处理间存在差异,以DF效果最好;连续耕作4年后,DF处理的土壤中可培养细菌、真菌和放线菌数量以及SMBC、SMBN含量分别比CF的提高了67.94%、50.30%、55.51%、17.96%和50.17%;DF的土壤磷酸酶、脲酶、转化酶和纤维素酶活性分别比CF的提高了18.19%、7.85%、73.47%和105.00%;总有机质、活性有机质含量及碳库管理指数分别比CF的提高了15.17%、58.40%、71.98%。综合分析,猪粪堆肥与化肥配施显著提高了稻田土壤中磷酸酶、脲酶、转化酶和纤维素酶活性和可培养细菌、真菌和放线菌数量,SMBC和SMBN的含量以及碳库管理指数,长期有机无机肥配施(尤其是猪粪堆肥与化肥配施)是扩大土壤碳库、提高土壤质量的有效途径。

腾格里沙漠东南缘固沙区深层土壤无机碳密度及其垂直分布特征

对腾格里沙漠东南缘天然植被区、流沙区以及1964,1981,1990年建立的人工固沙植被区0-3.0m剖面土壤和根鞘中无机碳含量及其分布特征进行调查。结果表明,天然植被区和固沙区总无机碳密度高于流沙区,分别为15.2,10.7,9.38kg/m2;根鞘中无机碳含量占土壤总无机碳含量的20%以上。不同年代固沙区和流沙区无机碳含量垂直分布特征均表现为表层显著高于中层和深层无机碳储量;根鞘中无机碳含量表现为逐渐递增的趋势,1.5-3.0m土层根鞘中无机碳含量最高,为0.3～1.4kg/m3。植物恢复有利于土壤无机碳的固存,能够显著提高土壤中总无机碳含量;根鞘中的无机碳是干旱半干旱区土壤无机碳的重要组成部分,在估算土壤总无机碳储量时应给予充分考虑。

咸水灌溉对盐渍化土壤有机碳和无机碳的影响

土壤碳转化是当前应对气候变化的热点问题之一。【目的】探讨咸水灌溉对盐渍化土壤有机碳和无机碳的影响,为盐碱土碳库建立和碳贮量的计算提供依据。【方法】选取壤土(A)、黏壤土(B)、粉质黏壤土(C)、砂质壤土(D)4种质地盐渍化土壤作为研究对象,在室内条件下用不同矿化度(0,2,4,6 g/L)的Na Cl和Na2SO4盐溶液浇灌4种质地盐渍化土壤,模拟研究了咸水灌溉对盐渍化土壤有机碳和无机碳转化的影响。【结果】用不同矿化度的Na Cl和Na2SO4浇灌盐渍化土壤后,土壤电导率均会增加,不同质地的土壤发生盐渍化的程度不同。【结论】对于土壤有机碳而言,壤土(A)和粉质黏壤土(C)之间差异达极显著性水平(p<0.01),黏壤土(B)和砂质壤土(D)之间差异达显著性水平(p<0.05)。对于土壤无机碳而言,不同质地土壤之间差异均达极显著性水平(p<0.01)。

岩溶区不同植被下土壤水溶解无机碳含量及其稳定碳同位素组成特征

自2010年7月至2011年7月对重庆青木关岩溶区典型植被下的土壤水进行了月动态取样,分析了土壤水溶解无机碳含量(DIC浓度)及其稳定碳同位素组成(δ13CDIC值)的时空变化特征,以揭示岩溶土壤系统碳酸盐岩溶蚀作用及其碳汇效应。研究结果表明:草地和针叶林地土壤水的DIC浓度和δ13CDIC值相对较低,分别为59.12 mg/L和-17.22‰,31.47 mg/L和-16.37‰;而旱地、灌丛地、退耕还林地土壤水具有较高的DIC浓度和δ13CDIC值,分别达153.88 mg/L和-12.2‰,221.82 mg/L和-11.9‰,97.30 mg/L和-11.23‰,其中灌丛和退耕还林地的δ13CDIC值与DIC浓度呈正比,且雨季较旱季偏高约4‰—5‰。根据δ13CDIC值,结合各植被类型下土壤水DIC浓度与其相应的土壤碳酸盐含量呈正相关,判断旱地、灌丛地、退耕还林地等岩溶土壤水中的DIC主要来自土壤中碳酸盐岩矿物的碳酸溶蚀,即岩溶土壤中存在着碳酸盐岩碳酸溶蚀作用,从而在一定程度上减少了土壤系统向大气排放的CO2量。

土地利用方式对高寒草甸生态系统土壤无机碳的影响

[目的]探明土地利用方式对高寒草甸生态系统土壤无机碳含量及储量的影响,为青藏高原区域碳增汇原理及草地管理实践提供科学支撑。[方法]选取围栏封育地、自由放牧地、多年生人工草地、补播地及黑土滩型退化草地5类不同土地利用类型,对无机碳的含量和储量、土壤主要理化性质的变化及其相关性进行比较分析。[结果]在高寒草甸生态系统中,无机碳含量较低且不同土地利用下土壤无机碳的储量(以C含量表示)有显著差异,表现为多年生人工草地(3 381.28kg/hm2)>围栏封育地(739.27kg/hm2)>自由放牧地(712.12kg/hm2)>补播地(647.64kg/hm2)>黑土滩型退化草地(361.26kg/hm2)。不同土地利用类型草地的土壤pH值、容重和含水量差异显著。土壤无机碳与土壤容重和含水量分别为线性正相关和负相关关系,与pH值为正相关关系,当pH值<7时,无机碳含量很低,基本保持不变;当pH值>7时,表现为指数函数关系。[结论]在高寒退化草地改良重建的技术与综合治理模式中,黑土滩型退化草地上建植多年生人工草地的管理策略在无机碳固定方面较其他措施更加有效,是维持草地碳汇功能的有效措施。

农业生产对石灰性土壤无机碳库损失的影响

一般认为,土壤无机碳(SIC)周转缓慢,在全球农田碳循环及应对气候变化等方面的作用有限。近年来越来越多的证据表明,土壤无机碳转化速率也较快,在土壤肥力、碳库转化和调节大气二氧化碳浓度方面的作用不容小觑。总结了国内外关于农田无机碳方面的研究进展,强调无机碳在农田土壤固碳、缓冲土壤pH等方面具有重要作用;农业生产特别是氮肥大量施用导致我国一些地区农田无机碳消耗,加速土壤酸化,增加了作物重金属污染风险,影响了农田土壤健康。认为我国“秦岭-淮河”南北分界区非石灰性土壤与石灰性过渡区、山东半岛棕壤与潮土过渡区、东北黑土与黑钙土过渡区等区域SIC含量相对较低、降水量相对较高,长期大量施用氮肥会导致农田表层SIC发生损失,属SIC损失敏感区。提出应进一步研究的问题,包括:查明农业生产特别是施用氮肥对土壤无机碳去向的影响,研究土壤有机碳-二氧化碳-钙离子-无机碳相互作用机理及对氮肥的响应,在全球碳循环及土壤碳收支平衡研究中,应考虑人类活动特别是农业生产对土壤无机碳库的影响。建议定期监测我国无机碳损失敏感区农田土壤无机碳含量,合理施肥以减少土壤无机碳损失。

沟灌方式和有机无机氮比例对甜糯玉米种植土壤酶活性和活性有机碳的影响

通过田间试验,研究了不同沟灌方式与有机无机氮(N)比例对甜糯玉米产量,不同时期土壤酶活性和活性有机碳含量的影响,以探讨有利于提高玉米产量和土壤质量的水肥供应模式。结果表明:60%无机N+40%有机N处理(F3)时,固定隔沟灌甜糯玉米鲜穗产量比常规沟灌提高12.0%;与单施无机氮处理相比,常规沟灌时70%无机N+30%有机N处理(F2)和固定隔沟灌时F3处理提高玉米鲜穗产量。相同水肥条件下,抽雄期土壤脲酶和转化酶活性显著高于成熟期。与单施无机氮处理相比,有机无机氮肥配施有利于增加土壤易氧化碳和可溶性碳含量,其中F3处理最高。与常规沟灌相比,交替隔沟灌和固定隔沟灌对抽雄期和成熟期土壤过氧化氢酶和转化酶活性、易氧化碳和可溶性碳含量均有不同程度的影响,且固定隔沟灌与F3组合抽雄期和成熟期土壤转化酶活性、易氧化碳和可溶性碳含量以及抽雄期土壤过氧化氢酶活性最高。因此,固定隔沟灌与F3组合有利于提高土壤过氧化氢酶和转化酶活性以及易氧化碳和可溶性碳含量,从而提高玉米鲜穗产量。