天山中段北坡森林土壤有机碳库稳定性组分沿海拔的分异规律

在高纬度高海拔区域气温增幅更大的背景下,高山亚高山森林土壤有机碳稳定性组分分配比关系以及由于此差异导致对增温的反馈效应均有待深入阐释。天山森林是以雪岭云杉(Picea Schrenkiana)为单优树种的温带针叶林,在天山北坡中山带(海拔约1760-2800 m)呈垂直落差超过1000 m的带状斑块分布,便于排除混交树种的影响,而量化土壤有机碳库稳定性组分分配比关系沿海拔的分异规律,及其对气候变化的响应情况。沿海拔梯度设置森林样地并分层采集土样,研究各土层土壤总有机碳库(CSOC)、活性碳库(Ca)、缓效性碳库(Cs)、惰性碳库(Cp)、微生物量碳(MBC)在海拔梯度上的变化特征,通过碳库活度(A)、碳库活度指数(AI)、碳库指数(CPI)、土壤碳密度(SOCD),探讨天山森林土壤有机碳稳定性组分沿海拔的分异特征。结果表明:(1)随着海拔的升高,天山中段北坡云杉森林土壤Ca占比逐步升高,Cs和Cp占比逐步降低,这意味着天山中段北坡云杉森林土壤碳的分解释放与区域气候变暖间将呈现出加速偏离平衡态的正反馈效应;(2)该区域森林土壤的MBC和微生物熵(qMB)虽均随海拔升高呈双峰曲线,但峰值有所差异,qMB在高海拔处(2600-2800 m)显著升高,这意味着在森林高海拔区域土壤微生物的活性更强;(3)CSOC、Ca、Cs、Cp表聚效应明显,且随海拔升高呈现出单峰曲线;(4)海拔2400-2600 m的AI、CPI最大,海拔2200-2400 m的A、CPI和SOCD处于较低水平。为深入了解天山森林土壤碳库对气候变暖的响应过程提供了科学参考,为天山森林土壤碳库管理提供了有益借鉴。

不同品质凋落物分解对黄土高原草地土壤有机碳及其稳定性的影响

植物凋落物是土壤有机碳(SOC)最重要的来源,凋落物的品质决定新碳(C)进入到土壤中形成SOC的数量和稳定性。本研究选取陇中黄土高原典型草原不同品质的凋落物(AS:铁杆蒿茎秆、SR:长芒草根、SL:长芒草叶片和SAL:苦豆子叶片),将凋落物与土壤共同培养,研究不同品质凋落物分解过程及其对SOC含量和稳定性的影响。结果表明:与低品质凋落物(AS和SR)相比,高品质凋落物(SL和SAL)因其较高的易分解可溶物含量和较低的碳氮比而具有相对较高的分解速率。分解2年后,各处理SOC含量均显著增加,高品质凋落物处理下SOC的增幅和新C形成效率均显著高于低品质凋落物,说明高品质凋落物分解后对SOC固存有较高的贡献。各处理对不同粒径土壤团聚体质量无显著影响。分解2年后,<0.053 mm土壤团聚体SOC含量在各处理下均显著升高,高品质凋落物处理较低品质凋落物处理下<0.053 mm土壤团聚体具有更高的SOC含量和新C形成效率;说明与低品质凋落物相比,高品质凋落物分解后更容易形成稳定的矿质结合态SOC。

基于知识图谱分析的土壤有机碳稳定性研究

土壤有机碳稳定性发生变化可能会打破土壤中碳的收支平衡,进而导致大气温室气体排放增加。本文以Web of Science核心合集数据库为数据源,利用文献计量学方法定量分析了1991—2022年土壤有机碳稳定性相关的2144篇文献,并分别以发文数量、总被引频次和联系强度等指标,对国家、机构和主题等进行了分类与可视化展示。土壤有机碳稳定性相关研究发文数量总体呈上升趋势。中国的发文量最高,为793篇,但影响力低,科研创新能力有待加强;美国的中介中心性最高(0.38),其国际影响最大。目前,土壤有机碳稳定性的研究主要集中在土地利用转变、环境效应和耕作制度等对有机碳组分、矿化速率、周转、分布特征及其稳定性的影响。下一步的研究注重对土壤有机碳稳定性进行多角度的综合研究,明确有机碳稳定性机制之间的关系及模型构建;研究不同生态系统有机碳的稳定性及固碳的贡献量,提高矿物碳稳定、土壤侵蚀、组学、微生物碳泵和湿地等主题的关注度。

大气CO_2浓度上升和氮添加对南亚热带模拟森林生态系统土壤碳稳定性的影响

大气CO2浓度升高和氮(N)添加对土壤碳库的影响是当前国际生态学界关注的一个热点。为阐述土壤不同形态有机碳的抗干扰能力,运用大型开顶箱,研究了4种处理((1)高CO2浓度(700μmol·mol–1)和高氮添加(100 kg N·hm–2·a–1)(CN);(2)高CO2浓度和背景氮添加(CC);(3)高氮添加和背景CO2浓度(NN);(4)背景CO2和背景氮添加(CK))对南亚热带模拟森林生态系统土壤有机碳库稳定性的影响。近5年的试验研究表明:(1)CN处理能明显地促进各土层中土壤总有机碳含量的增加,其中,下层土壤(5–60 cm土层)中的响应达到统计学水平。(2)活性有机碳库各组分对处理的响应有所差异:不同土层中微生物生物量碳(MBC)的含量对各处理的响应趋势基本一致,各土层中的MBC含量均为CN>CC>NN>CK,其中0–5 cm、5–10 cm、10–20cm 3个土层的处理间差异都达到了显著水平;10–20 cm与20–40 cm两个土层中的易氧化有机碳处理间有显著差异;而对于各土层中水溶性有机碳,处理间差异均不明显。(3)各团聚体组分中的有机碳含量的响应也有所差异:20–40 cm与40–60 cm土层中250–2 000μm组分的有机碳含量存在处理间差异;40–60 cm土层中53–250μm组分的有机碳对各处理响应敏感,CC处理和NN处理都有利于该组分碳的深层积累,尤其CN处理下的效果最为明显;在各处理10–20 cm、20–40 cm及40–60 cm土壤中,<53μm组分中的碳含量间差异显著。大气CO2浓度上升和N添加促进了森林生态系统中土壤有机碳的增加,尤其有利于深层土壤中微团聚体与粉粒、黏粒团聚体等较稳定组分中有机碳的积累,增加了土壤有机碳库的稳定性。

山西太岳山油松林土壤质量与有机碳稳定性随林龄的演变特征

【目的】通过分析土壤质量和有机碳稳定性随林龄的变化特征,为合理评估森林生态系统功能的恢复进程提供理论支撑。【方法】选取山西太岳山区域4种林龄(20年、40年、80年和110年生)的油松林,分析其表层土壤的有机碳及其组分、黏粒含量、根系生物量和土壤酶活性等理化指标,以有机碳与黏粒含量的比例表征土壤的物理质量,以惰性有机碳与活性有机碳含量的比值表征土壤有机碳的稳定性。【结果】土壤的水分含量、土壤酶活性、铁铝氧化物含量都随着林龄的增长呈现增大趋势;土壤质量和有机碳稳定性都随着林龄的增长而增大,在0~10 cm土层,以40年生林地的土壤质量最低,为0.12,110年生林地的最高,为0.40,有机碳稳定也是在40年生林地最低,为2.69,110年生林地最高,为6.72,土壤质量与有机碳稳定性间存在极显著正相关关系。【结论】络合态铁、铝氧化物含量对土壤有机碳稳定性的提高发挥了积极的促进作用,而土壤水分、根系生物量和土壤酶活性则对土壤质量的改善发挥的作用更强一些。

林型转化对土壤碳氮稳定性的影响

于2020年8月份,选取安徽省旌德县国营蔡家桥林场中的马尾松(Pinus massoniana)次生林、湿地松(Pinus elliottii)人工林、杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林为研究对象,选择立地条件相似的林分,每个林型内随机设置3个20 m×20 m独立的重复样地(共9个样地);在每个样地的土壤剖面内采用多点混合取样法,在土层(h)0<h≤10 cm、10 cm<h≤30 cm、30 cm<h≤50 cm处采集混合土样9个(共计81个样品)。利用同位素质谱仪联用的元素分析仪(EA-IRMS)系统测定土壤样品的稳定碳同位素原子分数(δ(^(13)C))、稳定氮同位素原子分数(δ(^(15)N));应用专业仪器及规范方法测定土壤含水率、pH、电导率、有机碳、全氮、全磷、有效氮、可溶性有机碳、微生物生物量碳、微生物生物量氮。采用双因素方差分析法、杜凯氏真实显著性差异检验法(Tukey’s HSD)、普通最小二乘回归分析法、皮尔逊(Pearson)相关分析法、逐步多元回归法,分析次生林转化为人工林后(林型转化)对土壤碳氮稳定性的综合影响。结果表明:次生林转化为人工林后,土壤稳定碳同位素原子分数(δ(^(13)C))和土壤有机碳质量分数无显著变化,土壤稳定碳同位素原子分数随土层下降而升高;土壤稳定碳同位素原子分数与土壤微生物生物量碳、土壤可溶性有机碳、土壤有机碳呈显著负相关,且土壤有机碳、土壤微生物生物量碳、土壤含水率、土壤pH对土壤稳定碳同位素原子分数变异性的累计贡献率达45.06%。马尾松次生林的土壤有机碳周转,高于湿地松人工林、杉木人工林;林型转化后,土壤稳定氮同位素原子分数(δ(^(15)N))显著升高,土壤稳定氮同位素原子分数,与碳氮质量分数比(w(C)∶w(N))、土壤微生物生物量氮、土壤有效铵态氮、土壤全氮、土壤有效硝态氮呈显著负相关,土壤全氮、土壤含水率、土壤全磷、土壤微生物生物量氮、土壤有效硝态氮、碳氮质量分数比(w(C)∶w(N))对土壤稳定氮同位素原子分数变异性的累计贡献率达57.80%。综合研究结果表明,林型转化后,不同的植被类型、林分结构、管理措施等,会导致土壤碳、氮的流失,从而降低森林生态系统土壤有机质的稳定性。

侵蚀区植被恢复过程中土壤有机碳稳定性的研究进展

探究土壤有机碳(SOC)的组成、来源和稳定性机制是深入认识陆地碳汇功能和应对气候变化的关键。“增加土壤碳汇”与“稳定现存土壤碳汇”都是提升陆地生态系统碳固持能力的重要方面,地位同等重要。与“增汇”研究成果丰硕相比,“稳汇”研究相对薄弱。侵蚀区进行植被恢复可以显著促进SOC积累,但由于侵蚀区存在碳素坡面侵蚀损失,其碳素积累效率低于其他生态系统类型区这一重要环节,导致目前有关侵蚀区及其水土保持植被恢复过程中SOC动态变化、稳定性及固持长期有效性等问题尚不清楚,微生物介导的SOC稳定机制尚未充分揭示。通过简要概括侵蚀区植被恢复过程中土壤碳素的积累效益和影响因素,综述植被恢复对土壤SOC及其活性组分稳定性的影响;在简要介绍土壤微生物在调控土壤碳素稳定性重要作用的基础上,梳理了基于微生物“碳泵”理论的土壤有机碳稳定性研究进展,特别是指出了随着植被恢复进程,侵蚀区土壤微生物介导的SOC动态变化,总结现有研究的不足。指出今后需要从研究对象(重点是西南石漠化区和南方红壤丘陵区)、研究内容(土壤微生物介导的SOC稳定状态和机制)、研究手段(借用微生物碳泵的理念,野外典型样地调查与室内培养手段相结合)和研究土层(20 cm以下深层次土壤)4个方面加强研究,以期对相关领域起到一定程度的推动作用。

不同土地利用方式对岩溶区土壤有机碳组分稳定性的影响

土壤有机碳的组分及其稳定机制是深入了解陆地碳汇能力的关键,岩溶生态系统中土壤有机碳稳定性在很大程度上影响土壤固碳能力.为了解人类活动对岩溶区土壤有机碳稳定性的影响,选取重庆市中梁山岩溶槽谷区为例,分层采集了4种典型土地利用方式(混交林、竹林地、荒草地和耕地)的土壤样本,分析不同土地利用方式下总有机碳(TOC)、重组有机碳(HFOC)、轻组有机碳(LFOC)、活性有机碳(LOC)、惰性有机碳(ROC)的分布特征,运用结构方程模型定量分析土地利用方式对土壤有机碳组成的影响及其稳定性的影响,为岩溶区土壤碳汇评估和土壤质量保护提供基础数据.结果表明:岩溶区不同土地利用方式下的各有机碳组分均出现明显的表聚现象,表层有机碳组分含量是底层的1.2倍;应用土壤惰性有机碳指数(ROCI)指示土壤有机碳稳定性,其变化区间为33.9%~64.5%,其中混交林最高为64.5%~66.3%,耕地最低为33.8%~39.6%.岩溶区惰性有机碳含量和ROCI表明,人类农业耕作活动引起土壤有机碳含量减少和土壤物理结构被破坏,导致土壤有机质分解和周转速率加快;影响岩溶区土壤稳定性的最重要因素是土壤pH,耕作活动引起土壤pH降低,减少了土壤微生物活性,不利于土壤中惰性有机碳和土壤有机碳库的积累.

尾叶桉与木荷林对土壤理化性质及易氧化有机碳的影响

为了解林分类型对土壤理化性质及易氧化有机碳(ROC)的影响,采集广州市长岗山30年生尾叶桉和木荷人工林表层土壤,测定土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及阳离子交换量(CEC)、ROC含量等指标并进行对比分析。结果表明:尾叶桉林表层土壤总有机碳(TOC)和全氮(TN)含量显著高于木荷林;C/N表现为木荷林显著大于尾叶桉林,而C/P和N/P则表现为尾叶桉林大于木荷林,两种林分表层土壤N含量丰富,而P元素较缺乏。两种林分土壤CEC差异不显著,尾叶桉林土壤的交换性盐基离子总量和盐基饱和度显著高于木荷林;两种林分土壤交换性盐基离子含量表现为Ca^(2+)>Mg^(2+)>K^(+)>Na^(+)。尾叶桉林土壤的ROC含量显著高于木荷林,ROC/TOC表现为木荷林小于尾叶桉林但没有显著差异。尾叶桉林土壤的ROC含量与AP呈显著正相关(P<0.05),且ROC/TOC与TP呈显著正相关(P<0.05);木荷林土壤的ROC含量与CEC呈显著正相关(P<0.05),与ROC/TOC呈极显著正相关(P<0.01)。两种林分表层土壤的ROC含量存在显著差异,说明林分类型是影响土壤ROC含量的重要因素。木荷林的ROC/TOC小于尾叶桉林,说明其土壤碳稳定性高于尾叶桉林,对土壤碳固存效果更好。

大气CO_2浓度升高对农田土壤颗粒组成及其碳周转的影响

采集FACE（Free Air CO2 Enrichment）平台下运行3年的水稻（Oryza sativa L.）/小麦（Triticum aestivum L.）轮作土壤（0～15 cm耕作层土壤）,利用超声波分散-湿筛分法对烘干土样进行颗粒分级,分析土壤各粒级及其碳、氮的分布特征,研究大气CO2浓度升高对土壤碳周转的影响.结果表明：高浓度大气CO2条件下稻/麦轮作3年后,土壤颗粒组成较对照发生了改变,＞53 μm粒级的质量分数减小27%（p＜0.05）,约占土壤总质量20%;53～25 μm粒级的质量分数增大35%（p＜0.05）,约占土壤总质量25%;＜25 μm无明显变化,约占土壤总质量55%,三种粒级之间质量分数呈显著差异（p＜0.05）.FACE条件下,不同粒级土壤颗粒碳质量分数在两个氮水平下平均为：＞53 μm（30.60 g·kg^-1）,＜25 μm（13.08 g·kg^-1）,25～53 μm（12.85 g·kg^-1,氮质量分数分别为2.42 g·kg^-1,1.33 g·kg^-1,1.12 g·kg^-1.＞53 μm粒级的土壤颗粒碳、氮质量分数均极显著高于其它两个粒级（p＜0.001）.FACE条件下土壤总碳、氮质量分数高于对照,增幅分别为6.2%和6.7%.从各粒级土壤颗粒碳、氮质量分数变化分析,新增碳、氮主要进入＞53 μm粒级中,表明该粒级土壤颗粒对土壤碳氮循环（转化和保存）起着重要作用.该研究结果表明高浓度大气CO2条件下,稻/麦轮作农田土壤将成为大气CO2的汇,这将为预测我国未来农田土壤碳的变化趋势提供科学依据.

中国森林土壤碳储量与土壤碳过程研究进展

森林是陆地生态系统的主体,是陆地上最大的碳储库和碳吸收汇。国内外研究表明,土壤亚系统在调节森林生态系统碳循环和减缓全球气候变化中起着重要作用。但是,由于森林类型的多样性、结构的复杂性以及森林对干扰和变化环境响应的时空动态变化,至今对森林土壤碳储量和变率的科学估算,以及土壤关键碳过程及其稳定性维持机制的认识还十分有限。综述了近十几年来我国森林土壤碳储量和土壤碳过程的研究工作,主要包括不同森林类型土壤碳储量、土壤碳化学稳定性、土壤呼吸及其组分、土壤呼吸影响机制、气候变化与土地利用对土壤碳过程的影响等;评述了土壤碳过程相关科学问题的研究进展,讨论了尚未解决的主要问题,并分析了未来土壤碳研究的发展趋势,以期为促进我国森林土壤碳循环研究,科学评价森林土壤碳固持潜力及其稳定性维持机制和有效实施森林生态系统管理提供科学参考。

土壤有机碳稳定性及其影响因素

土壤有机碳库在全球碳循环中起着重要作用。利用文献资料,阐明土壤有机碳稳定性理论及其影响因素。土壤有机碳稳定性指土壤有机碳在当前条件下抵抗干扰和恢复原有水平的能力。它是由土壤的理化性质所决定的,是自然因素和人为因素共同作用的结果。土壤有机碳的降解包括生物降解作用和物理化学降解作用等,生物降解作用是主要的过程。把土壤有机碳库分成活性碳库、慢性碳库、惰性碳库,能较好地与土壤微生物的生物降解过程相对应。构建土壤有机碳稳定性概念模型,能更系统地理解有机碳在土壤中的稳定机制。

湘东丘陵区4种林地深层土壤溶解性有机碳的数量和光谱特征

选取湘东丘陵4种典型母质发育的林地土壤,挖掘土壤剖面并分层采集土壤样品至母质层/母岩,研究深层土壤有机碳（SOC）和溶解性有机碳（DOC）的数量和分布规律,采用紫外-可见光谱技术分析深层土壤DOC的宏观化学结构特征。结果表明,土壤DOC含量（2.33~185.26 mg·kg^-1）在板岩红壤和酸性紫色土剖面上某些深层土层出现升高现象。DOC/SOC除第四纪红土红壤在浅层表土最高（1.5%）外,其他3种土壤均在60~80 cm深层土层达到最高峰值（1.0%~2.5%）。SOC数量是控制不同母质土壤DOC数量的重要因素。但光谱分析显示,随着土壤剖面的加深,DOC的宏观化学组成、结构趋于复杂,化学稳定性升高。尽管一些深层土层中DOC/SOC升高,但其DOC化学结构更为复杂,评价深层土壤SOC和DOC稳定性还应考虑其化学结构特性。

河口沼泽湿地转化为养殖塘对湿地土壤有机碳不同组分含量的影响

河口感潮沼泽湿地是滨海蓝碳湿地主要类型之一,具有高效的固碳-储碳能力.湿地围垦为水产养殖塘是河口区主要的土地利用/土地覆盖变化类型之一.为了揭示河口沼泽湿地围垦养殖对湿地土壤活性有机碳组分和矿物结合态有机碳的影响,以闽江河口为研究区域,配对采集芦苇(Phragmites australis)湿地、短叶茳芏(Cyperus malaccensis)湿地和互花米草(Spartina alterniflora)湿地的土壤样品(0~30 cm)及由其围垦而成的水产养殖塘沉积物样品(0~30 cm),分别测定土壤有机碳(SOC)、溶解性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)、易氧化有机碳(EOC),以及矿物结合态有机碳(钙键结合有机碳Ca-SOC和铁铝键结合有机碳Fe(Al)-SOC)的含量.结果表明,河口沼泽湿地围垦成养殖塘后,SOC、DOC、MBC含量显著下降,芦苇湿地土壤SOC、DOC和MBC含量分别下降26%、27%和22%,短叶茳芏湿地土壤分别下降32%、22%和8%,互花米草湿地土壤分别下降20%、34%和35%;Ca-SOC含量则分别上升44%、82%和39%.相关分析表明:DOC、MBC含量与pH、含水率和电导率呈显著负相关关系,与地下生物量呈显著正相关关系;Ca-SOC含量与pH、含水率、电导率和地下生物量呈显著正相关关系.综上所述,河口沼泽湿地围垦为养殖塘明显降低了湿地土壤总有机碳及活性有机碳含量,造成河口湿地土壤有机碳损失,因此,退塘还湿-生态恢复实践中应通过植被的恢复提升土壤总有机碳库和活性有机碳碳库的规模.

猫儿山不同海拔土壤有机碳组分构成及含量特征

土壤有机碳(SOC)的组成和存在形态影响土壤碳库稳定性,揭示SOC组分构成及含量特征,对发挥土壤碳库功能具有重要意义。本研究以华南第一高峰-广西猫儿山为对象,采集不同海拔(460~2120 m)的土壤剖面发生层的土壤,分别测定基于化学组成、密度和粒径区分的胡敏酸碳(HAC)、富里酸碳(FAC)和胡敏素碳(HC)、轻组有机碳(LFOC)和重组有机碳(HFOC)、颗粒有机碳(POC)和矿物结合态有机碳(MOC)含量,分析不同海拔SOC组分特征及其生态意义。结果表明:(1)土壤HAC、FAC、HC、LFOC、HFOC、POC、MOC含量分别为0.10~8.56 g kg^-1、0.33~25.62 g kg^-1、1.38~70.46 g kg^-1、0.01~41.94 g kg^-1、1.95~72.73 g kg^-1、0.41~21.37 g kg^-1、1.38~104.74 g kg^-1;(2)在海拔460~1400 m的常绿阔叶林植被下,土壤HC、HAC、FAC、POC、HFOC、MOC含量随海拔升高总体上呈增加趋势,而土壤LFOC含量随海拔升高总体上呈先增加后降低趋势;在海拔1400~1580 m的常绿落叶阔叶混交林植被下,土壤HAC、FAC含量随海拔升高保持平稳趋势,而HC、LFOC、POC、HFOC、MOC呈增加趋势;在海拔1580~2005 m的针阔混交林植被条件下,土壤HC、HAC、LFOC、POC、HFOC、MOC含量明显低于其相邻植被类型;在海拔2005~2120 m的山顶矮林和灌草丛植被下,HC、FAC、HAC、LFOC、HFOC、MOC含量均随海拔升高呈陡峭上升趋势,而POC呈略微的下降趋势;(3)HFOC/SOC和MOC/SOC均随土壤深度增加呈增大趋势,随海拔升高呈减小趋势,而LFOC/SOC和POC/SOC则与之相反;惰性态有机碳(MOC、HFOC)占SOC比例分别为63.44%~99.71%和68.41%~93.89%,是土壤有机碳的主要组成部分;(4)LFOC对海拔和土壤深度变化的平均敏感性指数均显著高于其他碳组分,能够敏感反映土壤碳库随海拔和土壤深度的变化。

玉米秸秆覆盖还田量对免耕土壤有机碳中红外光谱特征的影响

依托位于中国东北黑土地区长期免耕玉米秸秆还田试验平台,分析了不同秸秆还田量(0、33%、67%和100%)连续归还8年后表层(0~5 cm)、中层(20~40 cm)和深层(60~100 cm)土壤有机碳中红外光谱特征,评价了玉米秸秆还田量对免耕土壤碳化学组成和稳定性的影响。结果表明:与免耕无秸秆覆盖还田相比,33%与100%秸秆还田均有利于表层和中层多糖组分的积累,但前者降低了表层土壤碳组成多样性,而后者有利于各层次土壤碳化学稳定性的维持;67%秸秆还田提高了深层土壤碳化学稳定性。综上,当秸秆资源充足时,免耕结合100%全量秸秆还田可在提高0~40 cm土层微生物可利用碳底物的基础上,维持土壤碳的化学稳定性。秸秆还田量与土壤中红外光谱特征间无线性关联,表明亟需挖掘不同秸秆还田量处理下土壤碳周转的微生物参与机制。

川西高寒山地土壤有机碳与铁、铝矿物复合体分布特征

为了量化川西高寒山地土壤与铁、铝矿物相关的有机碳含量以及探讨川西高寒山地土壤铁、铝矿物对有机碳稳定性和累积方式的影响,采用选择性提取法研究了川西高寒山地的山地灰化土(MP)和高山草甸土(AM)中土壤有机碳与晶质金属氧化物(DH)提取、短程有序(HH)提取、矿物复合体以及有机—金属配合物(PP)提取中的有机碳和铁、铝的分布。结果表明,MP中DH,HH和PP提取的碳含量分别为(10.91±6.23)g/kg、(5.92±1.66)g/kg和(8.76±2.29)g/kg,分别占有机碳的20.92%,12.07%和19.93%;而AM中DH、HH和PP提取的碳含量分别为(9.05±1.33)g/kg、(5.52±1.02)g/kg和(9.12±3.21)g/kg,分别占有机碳的21.04%、12.47%和19.34%。3种提取剂提取的碳含量以及其占有机碳的百分比在MP和AW的A层土壤中均表现为PP>DH>HH,而在B层土壤中则表现为DH>PP≈HH。随着土壤深度的增加,深层土壤中次级矿物和晶体矿物丰度的显著增加,导致有机碳与铁、铝矿物复合体由有机—金属配合物主导转变为有机碳与晶质金属氧化物形成的复合体主导。PP提取的碳和其所占有机碳的百分比表现为A层高于B层,而DH和HH提取的碳含量和其所占有机碳的百分比大体表现为A层低于B层。由于MP特殊的土壤性质,这种差异在MP中更为明显。3种提取剂提取的金属(Al+Fe)含量在两种土壤中均表现为DH>HH>PP。而其提取的碳与金属的摩尔比表现为DH<HH<PP,说明随着铁、铝矿物的结晶度增加,其与有机质的作用从共沉淀、络合而向吸附作用转变。DH,HH和PP提取的碳与SOC的相关分析表明,MP中土壤有机碳的累积在一定程度上受晶质铁、铝矿物与有机质的相互作用而驱动;AM中土壤有机碳的累积在一定程度上受短程有序矿物与有机质的相互作用以及有机—金属配合物的驱动。本文研究表明,土壤中的铁、铝矿物与有机碳形成的复合体在一定程度上驱动着川西高寒山地土壤有机碳的积累,不同土壤类型中,与矿物相关的有机碳的分布不同,其有机碳的积累方式也不同。

祁连山南坡典型区域不同粒径土壤颗粒有机碳δ^(13)C特征

为探讨高寒地区不同植被类型土壤颗粒有机碳分解特征,本研究以祁连山南坡典型区域的高寒草甸、灌丛、林地和耕地4种植被类型为对象,对其土壤颗粒组成、土壤颗粒有机碳含量以及颗粒有机碳稳定同位素组成特征进行了研究。结果表明:该区域不同植被类型土壤中砂粒含量最高,介于58.3%~78.2%,其次为粉粒,含量介于20.2%~32.2%,黏粒含量最低,介于1.6%~6.3%;土壤颗粒有机碳含量随着粒径减小而增加,砂粒有机碳含量介于21.6~74.5 g·kg^(-1),粉粒有机碳含量介于64.8~163.9 g·kg^(-1),黏粒有机碳含量介于60.3~196.4 g·kg^(-1);3种粒径土壤颗粒δ^(13)C值的变化范围在-27.5‰~-23.8‰,随着粒径变小,δ^(13)C值逐渐增大,砂粒δ^(13)C值<粉粒δ^(13)C值<黏粒δ^(13)C值。随着土壤颗粒粒径变小,土壤颗粒有机碳含量增多,有机质分解程度变高,分解速率变慢;粉粒和黏粒有机碳含量高,分解速度慢,是影响有机碳库稳定性的重要因素。

运用核磁共振技术揭示生物固体修复土壤中胡敏酸的化学结构

应用核磁共振技术表征长期施用2个水平生物固体的土壤中提取的胡敏酸特征,以评估生物固体修复土壤中有机碳的稳定性。同时,量化土壤中富里酸、胡敏酸和Fe/Al氧化物含量。土壤样品采集于2004年,于伊利诺斯州西南部的富尔顿县选取7个地块进行取样,取样地块生物固体的累积施用量分别为0(对照)、554(低施用量)和1066 mg/hm^2(高施用量)。结果表明,生物固体的施用增加了土壤富里酸与胡敏酸的含量,但是生物固体修复的土壤和对照土壤的FA/HA比值没有差异。此外,生物固体的施用不影响水溶性有机碳的含量,却能增加土壤有机复合体中Fe/Al含量,降低其C/Fe和C/Al比例。^(13)C核磁共振波谱结果表明,随着生物固体的施用土壤胡敏酸中烷基碳增加和芳香碳降低,且施用量越高,变化程度越大;土壤胡敏酸碳结构也从氧烷基主导变为烷基主导。生物固体的施用不能降低土壤有机碳的稳定性,相反,能够增加土壤腐殖质的稳定性。