施用秸秆对土壤有机碳组成和结构稳定性的影响

在室内条件下培养 6个月时随秸秆添加量的增加 ,土壤中总有机碳 (TOC)、焦磷酸钠提取有机碳 (SPPC)、水解碳水化合物 (HDC)、热水提取碳水化合物 (HWC)的含量和水稳性团聚体含量极显著增加 ,粘粒分散率除一个盐土土样外其余 3个土样显著降低。虽然玉米秆和小麦秆分别对TOC、SPPC、水稳性团聚体和粘粒分散性的影响之间没有显著差异 ,但是有小麦秆处理比玉米秆处理HDC和HWC含量高的趋势。TOC、SPPC、HDC和HWC分别与水稳性团聚体显著正相关 ,与粘粒分散率显著负相关 ,但总体而言 ,HWC与团聚体的稳定性更相关 ,HDC和粘粒的分散性更相关。

不同植被对高寒草原生态系统土壤有机碳组成和水稳性团聚体含量的影响

为了揭示不同植被对青藏高原高寒草原生态系统土壤有机碳组成和水稳性团聚体含量的影响,于2007年7-8月,采用实测方法,对土壤中总有机碳（TOC）、焦磷酸钠提取有机碳（SPPC）、水解碳水化合物（HDC）、热水提取碳水化合物（HWC）及水稳性团聚体的含量进行了测定。结果表明：不同植被下表层（0-20 cm）土壤中TOC,SPPC,HDC,HWC和水稳性团聚体含量差异显著（P〈0.05）;水稳性团聚体与TOC呈极显著正相关,且与SPPC呈极显著负相关（P〈0.01）,与HDC和HWC不相关,但HDC,HWC与TOC和SPPC的互作却与水稳性团聚体含量之间呈极显著相关（P〈0.01）。

玉米秸秆不同还田方式对黑土有机碳组成和结构特征的影响

为研究玉米秸秆不同还田方式对黑土有机碳组成和结构特征的影响,以吉林农业大学微区试验田黑土为研究对象,设置CK(未施用秸秆)、C1(秸秆浅施)和C2(秸秆深还)共3种处理,通过腐殖质组成修改法提取富里酸(Fulvic acid,FA)、胡敏酸(Humic acid,HA)和胡敏素(Humin,HM),IHSS方法提取HA样品,并测定其元素组成、红外光谱和差热性质等结构性质。结果表明:秸秆还田有利于土壤和各腐殖质组分有机碳含量提高,土壤腐殖质PQ值(HA在可提取腐殖质中所占的比例)显著增加;与CK相比,C1处理表层(0~20 cm)的SOC、HA、FA和HM有机碳含量明显增加,分别增加了21.8%、27.3%、11.5%和30%;C2处理亚表层(20~40cm)的SOC、HA、FA和HM有机碳含量显著增加,分别增加了26.3%、32%、13.4%和31.9%。C1和C2处理均使HA的氧化度、缩合度和热稳定性降低,脂族链烃和芳香碳含量增加,结构趋于简单化。这些变化在C1处理中主要体现在表层,与CK相比,C1处理表层HA的(O+S)/C比值降低了11.3%,I2920/I1620的比值增加了23.4%;C2处理主要为亚表层HA结构的变化,与CK相比,C2处理亚表层HA的(O+S)/C比值降低了9.1%,I2920/I1620的比值增加了23%。这一研究结果对阐明土壤培肥机理和指导秸秆还田实践有重要意义。

设施土壤有机碳组成特征及光学性质研究

对沈阳市东陵设施栽培土壤有机碳组成特征及其光学性质进行研究,以棚外的露地土壤为对照,结果表明:随着有机碳的增加,设施土壤非腐殖物质碳、腐殖质碳数量均明显增加,分别是露地土壤的1.61～2.45倍、1.08～2.27倍。设施土壤非腐殖质物质碳占总有机碳的比例较露地土壤大,其水浮物质碳所占百分比是露地土壤的1.19～1.65倍,而水溶性有机碳,设施土壤和露地土壤所占百分比均在2%左右。设施土壤胡敏酸和胡敏素所占总有机碳比例表现出随着有机碳含量的增加而升高的趋势,但胡敏酸碳增加的比例小于胡敏素碳。设施土壤可提取腐殖物质、胡敏酸的光密度曲线斜率、E4/E6值、ΔlogK值都小于露地土壤,表明设施土壤可提取腐殖物质、胡敏酸的分子复杂程度、芳香缩合度低于露地土壤。

海拔影响毛竹林土壤有机碳组成的研究

地理海拔是毛竹（Phyllostachy heterocycla cv．pubescens）生态系统重要的环境影响因素，同时影响着竹林土壤有机质结构及碳循环。研究采集了建瓯市3处高中低不同海拔的毛竹林土壤样品，利用化学分级，将土壤有机碳组成分为松结合态、稳结合态及紧结合态，旨在了解海拔高度对竹林土壤有机碳循环的影响。结果表明，随海拔高度增加，毛竹林土壤碳储量随之增加，高海拔竹林土壤碳储量比对低海拔增加了50．6％（0—60cm）。土壤中松结合态、稳结合态及紧结合态有机碳组份含量以高海拔为高，但随土壤剖面深度增加逐渐降低。然而，不同结合态有机碳占全碳的百分比则与海拔高度无关，松结合态及稳结合态有机碳比率则随土壤深度增加而增加。由此说明，海拔高度影响着有机碳的含量，土壤则影响着有机碳的储存形态。

黄土高原次生林演替对团聚体有机碳含量及化学稳定性的影响

次生林演替过程中土壤团聚体有机碳的积累机制和化学稳定性研究较少。为探明次生林演替对土壤团聚体有机碳含量及其化学组成稳定性的影响,选取黄土高原次生白桦林(演替初期),山杨辽东栎混交林(演替中期)和辽东栎林(演替后期)为研究对象,分析演替过程中不同粒径土壤团聚体有机碳含量变化特征。采用傅里叶红外光谱技术(FTRI)测定活性(AC)和非活性(IC)有机碳化学组成,以(IC/AC)作为有机碳化学组成稳定性指标,并分析其影响因素。结果表明:次生林演替过程中土壤团聚体有机碳含量表现出逐渐增加的趋势且各群落间差异显著(P<0.05),以演替后期的中等粒径团聚体为最高(37.63 g/kg)。土壤团聚体AC中多糖体有机碳含量最高(55.87%),而IC中芳香族有机碳含量最高(94.45%),演替过程中IC与AC总体变化趋势均呈现先降后增。IC/AC随着演替的进行呈先降低后升高的趋势,其中演替后期微团聚体有机碳化学组成稳定性最强达到了3.95。微团聚体含量(WM)与土壤全氮、全磷、全钾一起,显著促进了团聚体有机碳化学组成稳定性(P<0.05)。综上,次生林演替有利于促进土壤团聚体有机碳的积累以及有机碳化学稳定,其中微团聚体起到了关键性作用。

内蒙古乌梁素海湿地土壤有机碳组成与碳储量

2013年5月,在乌梁素海湿地的明水区、湖中芦苇（Phragmites australis）区、人工芦苇区（弃耕26 a）和弃耕芦苇区（弃耕3 a）,采集0~40 cm深度的土壤（或沉积物）样品,研究土壤的有机碳组成[颗粒有机碳（POC）和矿质结合有机碳（MOC）]和碳储量。乌梁素海明水区的平均水深1~3 m,生长着沉水植物;湖中芦苇区水深约1 m,自然生长着野生芦苇,常年淹水;弃耕芦苇区为2011年农田退耕后形成的芦苇沼泽,季节性淹水;人工芦苇区的芦苇于1988年种植,季节性淹水。结果表明,明水区和湖中芦苇区表层土壤（0~10 cm深度）的总有机碳含量（〉15 g/kg）明显高于弃耕芦苇区[（2.60±0.33）g/kg]和人工芦苇区[（6.29±0.75）g/kg]。随着土壤深度的增加,人工芦苇区、明水区和湖中芦苇区土壤的总有机碳（TOC）含量都在减少。弃耕芦苇区各深度土壤的总有机碳和颗粒有机碳含量都相对最低。湖中芦苇区表层土壤的颗粒有机碳含量[（6.96±3.02）g/kg]最高,并且随着土壤深度的增加,其颗粒有机碳含量减少最快。除弃耕芦苇区外,其他采样区土壤（沉积物）的矿质结合有机碳含量都随着土壤深度的增加而减少,且在10~20 cm深度变化最明显,与颗粒有机碳含量垂直变化相似。明水区沉积物的颗粒有机碳含量占总有机碳含量的比例相对较低,表明其碳库最稳定。各采样区土壤（沉积物）不同组分有机碳含量与有机氮含量显著线性相关,TOC/TON、POC/PON和MOC/MON平均值分别为11.0、12.8和10.2。明水区沉积物总有机碳的储量最高（3.93 kg/m2）,其次为湖中芦苇区（3.48 kg/m2）和人工芦苇区（3.18 kg/m2）,弃耕芦苇区土壤总有机碳的储量仅为1.87 kg/m2。各采样区土壤（沉积物）的矿质结合有机碳储量都占较大比例,分别为80.2%（明水区）、67.9%（湖中芦苇区）、78.3%（人工芦苇区）和68.8%（弃耕芦苇区）。如果沼泽化导致明水区退化为芦苇沼泽,乌梁素海湿地的碳库损失将达到0.45 kg/m2。

不同城乡有机垃圾堆肥碳磷特征分析

【目的】为我国城乡有机垃圾的养分资源循环利用及其堆肥合理施用提供依据。【方法】选取餐厨垃圾(FW)、园林废弃物(GW)、鸡粪(ChM)和牛粪(CaM)为主要原料的4种堆肥,采用Hedley连续浸提磷分级、红外光谱分析和热重分析等方法,系统分析不同有机垃圾堆肥的碳磷特征。【结果】4种堆肥的磷素含量和组成,有机碳含量、组成和结构均存在明显差异。粪肥堆肥全磷和活性态磷的含量明显高于植物源有机垃圾堆肥(FW和GW),其中ChM堆肥水提取磷(H2O-P)含量最高,CaM堆肥NaHCO3提取磷(NaHCO3-P)含量最高。FW堆肥总有机碳高、但腐殖化系数低(胡敏酸碳/富里酸碳=0.09),水溶性有机碳、小分子有机酸和氨基酸等活性碳含量最高,芳构化程度较低、含有更多的羧酸和多糖结构,热稳定性最差。GW堆肥易氧化有机碳和腐殖酸碳含量最高,芳构化程度和热稳定性高。粪肥堆肥的腐殖酸碳含量低、水溶性碳含量较高,ChM堆肥游离氨基酸含量最高且有机酸种类丰富,CaM堆肥含有一定量的氨基酸和草酸,两种堆肥芳构化程度和热稳定性相近,且居于FW和GW之间。【结论】粪肥堆肥磷含量高、活性碳含量较高,可作为良好的磷源全部或部分替代化肥;餐厨垃圾堆肥磷素含量低,但高活性有机碳含量高,可以发挥以碳促磷作用,提高磷肥有效性;园林废弃物堆肥磷含量低,稳定态有机碳含量高,长期而言,可通过土壤改良提高土壤磷素有效性。通过不同碳磷特征堆肥间及其与化肥的合理配施,可实现碳磷协同和磷养分资源的高效循环利用。

中国西北干旱区湖泊沉积物中有机质碳同位素组成的环境意义——以民勤盆地三角城古湖泊为例

通过对中国西北干旱区石羊河流域民勤盆地三角城古湖泊沉积物有机质碳同位素组成 (δ1 3Corg)分析 ,表明末次冰期与全新世时气候和植被有明显的差异 ,末次冰期δ1 3Corg总体偏轻 (- 30‰～ - 2 5‰ ) ,而全新世碳同位素组成则有较大的变化 ,在早全新世碳同位素组成有多次短期快速变重 (- 1 0‰左右 )的变化 ,中全新世碳同位素组成总体偏重 (- 2 0‰～ - 1 0‰ ) ,晚全新世碳同位素组成偏轻 (- 2 5‰左右 )。分析表明湖泊沉积物有机质碳同位素组成反映了陆生C3植物和湖泊内源水生植物变化的关系 ,末次冰期以来西北干旱区C4 植物不发育 ,偏重的有机质碳同位素值与C4 植物无关。从沉积物中有机质组分、元素等分析表明 ,末次冰期时主要以河流相沉积为主 ,湖泊中有机质主要来源于上游祁连山的陆生C3植物 ,有机碳含量较低 ,表明当时的上游的陆生植被不繁盛 ,区域气候较干冷 ;从全新世开始 ,三角城古湖泊开始形成 ,沉积物中碳同位素组成偏重的有机质主要来源于湖泊中的沉水植物 ,此时湖泊水体较大 ,湖泊生产力较高。而沉积物中有机质碳同位素组成偏轻时期的有机质主要来源于挺水植物、陆生C3植物 ,较低的有机碳含量说明该时期陆生植被不发育 ,气候较干冷 。

东海嵊山岛末次冰期黄土有机碳同位素特征及其古环境意义

黄土沉积中有机碳同位素组成与古气候关系密切,对研究区域环境演变具有重要意义。本文聚焦我国东海嵊山岛末次冰期黄土地层,在磁化率和元素地球化学指标特征分析基础上,开展有机碳同位素组成特征研究。研究结果表明:嵊山岛黄土沉积剖面有机碳同位素组成波动范围-21.63‰~-27.56‰,平均值为-24.88‰,剖面有机碳同位素组成波动偏正;利用端元法对嵊山岛黄土沉积环境中C_(3)/C_(4)植被相对丰度进行估算,揭示沉积地层记录的植被类型是以C_(3)型植被为主导,C_(4)型植被对沉积地层中有机碳同位素的贡献有限;与南京洞穴石笋、苏禄海海洋沉积以及南极Vostok冰芯氧同位素记录对比,显示末次冰期间冰阶时期嵊山岛黄土沉积中有机碳同位素波动是以C_(3)型植被为主导的植被碳同位素对降水条件改变的响应,降水可能是这一时期黄土沉积中有机碳同位素变化的主要影响因素;在末次冰消期阶段,温度有利于C_(4)植被的发育,导致区域C_(4)型植被丰度有所上升,并对沉积地层中有机碳同位素变动的贡献增加。

湖泊环境早期成岩作用对沉积物中有机质C/N和碳同位素组成的影响

本文通过对青藏高原可可西里28个湖泊和中国东北地区26个湖泊表层沉积物中有机质C/N比值、有机碳同位素组成(δ^(13)C_(org)),以及有机质饱和烃组分特征的分析,探讨了这些参数对湖泊沉积物中有机质来源的指示和早期成岩作用对C/N、δ^(13)C_(org)的影响。研究表明,湖泊沉积物中有机质在迁移、聚集过程中早期成岩作用对有机质的作用比较明显,改变了沉积物中有机质C/N和δ^(13)C_(org),以至于影响这些参数对原始母质来源的判断。在有机质的演化过程中,沉水植物、藻类和C_4植物的降解作用最为强烈,初始有机质碳同位素组成可能在-17‰^-20‰;陆生植物C_3的降解作用相对较小,有机碳同位素组成的变化也相对较小,初始值可能在-26‰^-30‰;水生浮游、挺水植物的降解作用中等,有机碳同位素组成的变化中等,初始值可能在-20‰^-26‰。沉积物中早期成岩作用与有机质类型、湖泊水体性质、深度、滞留时间等有关,造成有机质C/N比值和碳同位素组成的降低,陆生植物来源的有机质碳同位素组成可能能更好地代表原始环境信息。

中更新世以来哈尔滨黄土有机碳同位素组成及其古气候意义

研究黄土-古土壤序列有机碳同位素组成与古植被和古气候的关系,对于重建第四纪环境变化过程有重要意义。然而,东北地区黄土有机碳同位素组成的研究尚未展开。本文对哈尔滨荒山岩芯开展了黄土-古土壤序列的有机碳同位素组成和磁化率分析。结果表明,中更新世以来有机碳同位素组成在古土壤层和黄土层的均值分别为–24.8‰和–25.1‰,整体上古土壤层有机碳同位素组成较黄土层偏正,而S0和S2古土壤层相对偏负。利用端元法恢复过去C3/C4植物的相对丰度,揭示出中更新世以来研究区C3植物占绝对优势地位。通过与海面温度和深海氧同位素以及东北地区赤峰黄土的有机碳同位素进行耦合对比,发现荒山岩芯的有机碳同位素组成变化与温度呈正相关,表明温度是植物碳同位素组成变化的主控因素。然而在某些间冰期时期,比如S0、S2层以及S3古土壤层中部,降水可能成为主要因素。上述研究表明东北地区植物生长对气候响应具有复杂性。这些认识对于理解哈尔滨地区C3植物的生长因子具有重要的借鉴意义。

海相沉积有机质的碳同位素记录及其环境意义——以鄂尔多斯盆地为例

鄂尔多斯盆地桌子山剖面的奥陶系克里摩里组沉积有机质为腐泥型,其碳同位素(δ13Corg)值为-30.0‰^-28.1‰,自下向上呈偏轻趋势,归因于沉积时底部水体缺氧及细菌改造作用,加之浮游生物繁盛,有机碳含量较高(平均为0.31％),可视为潜在有效烃源岩;岐山剖面的奥陶系马家沟组的有机质为宿殖型,δ13 Corg值偏重(-25.7‰^-24.1‰),与底栖藻类的发育及氧化环境密切相关。岩石中δ13 Corg既蕴涵着有机质类型的信息,又记录了生态和沉积环境的性质及其演化,结合其它指标,可作为恢复沉积有机质古环境的有效依据,进而研究高演化海相烃源岩的时空分布。

近百年来楚科奇海域沉积环境变化的有机碳、氮记录

对"中国第五次北极科考"和"中国第六次北极科考"采集的楚科奇海陆架、海台及海盆区的5个多管样品进行210 Pb、粒度、有机碳(OC)和总氮(TN)含量及有机碳同位素(δ13 C)、总氮同位素组成(δ15 N)分析,初步获得5个多管样品近百年来的沉积速率,陆架区沉积速率为0.19~0.41cm/a,海台和海盆区沉积速率为0.03~0.04cm/a;近百年来陆架有机碳、总氮含量分别为1.21%~1.62%、0.17%~0.21%,有机碳、总氮同位素组成分别为-22.30‰^-22.25‰PDB、7.24‰~8.12‰;海台与海盆区有机碳、总氮含量分别为0.80%~1.26%、0.13%~0.16%,有机碳、总氮同位素组成分别为-22.52‰^-22.07‰PDB、7.38‰~7.81‰。陆架与海台和海盆相比,具有沉积速率高、沉积物颗粒粗、有机碳和总氮含量高的特点。近百年来楚科奇海域陆架、海台和海盆区有机碳以海洋生源输入为主,反映了北极气候变暖,水体初级生产力增加。

冀北四岔口盆地早白垩世大型恐龙化石赋存地层的有机碳同位素记录及其古环境意义

依据化石产出地层沉积物的古环境重建可为相关古生物的研究提供较详细的背景支撑,但目前有关早期热河生物群的上述研究较少。河北省丰宁县的四岔口盆地早白垩世花吉营组地层埋藏有大型恐龙化石,本文对其中一处化石赋存层位的沉积物进行了有机碳含量(TOC)和总有机碳同位素组成(δ13CTOC)分析,结果表明沉积物的TOC和δ13CTOC值显著负相关,且δ13CTOC值整体显著偏轻。这表明当时冀北地区植物的δ13CTOC特征可能是受火山活动影响,即火山喷发释放CO2导致大气CO2的δ13C值变轻且CO2浓度增加,从而使植物的δ13CTOC值整体变轻;且随着植物生产力的增大,δ13CTOC值相对偏轻的陆生植物和/或挺水植物对湖泊沉积有机质的相对贡献量增加,δ13CTOC值相对偏重的沉水植物的相对贡献量减少。

黄土高原次生林演替过程土壤有机碳库及其化学组成响应特征

为探明黄土高原次生林演替过程中土壤有机碳库及其化学组成演化特征,选取陕北黄土高原黄龙山林区次生林演替初级阶段(山杨林)、过渡阶段(山杨、辽东栎混交林)和顶级阶段(辽东栎林)样地为研究对象,分析不同土层深度(0~10、 10~20、 20~30、 30~50和50~100 cm)土壤有机碳含量、储量和化学组成变化特征.结果表明:(1)土壤有机碳含量和储量随次生林演替过程显著增加(P<0.05),土壤有机碳含量随土层深度增加显著降低,土壤有机碳储量从初级阶段的64.8Mg·hm^(-2)增加至顶级阶段的129.2Mg·hm^(-2),增加了99%.(2)次生林演替过程中,表层(0~30 cm)土壤有机碳中结构简单、相对易分解的脂肪族碳组分相对含量减少,结构复杂、相对难分解的芳香族碳组分相对含量增加,表明表层土壤有机碳化学组成稳定性随次生林演替过程显著提高,而深层(30~100cm)土壤有机碳化学组成稳定性表现为先增加后降低,即过渡阶段>顶级阶段>初级阶段.(3)次生林演替过程中,初级阶段和过渡阶段土壤有机碳化学组成稳定性随土层深度增加显著增加,顶级阶段整体上趋于稳定,深层土壤碳稳定性略有降低.(4)Pearson相关性分析表明,次生林演替过程中,土壤有机碳储量、化学组成稳定性均与土壤全磷含量呈显著负相关.总的来说,次生林演替过程中0~100cm土壤有机碳含量及储量均显著提升,扮演了“碳汇”的角色,且随次生演替过程,表层(0~30cm)土壤有机碳化学组成稳定性显著增加,深层(30~100 cm)土壤有机碳化学组成稳定性先增加后降低.