施肥对根际沉积碳在土壤团聚体中分配的影响

用湿筛方法测定了长期田间肥料定位试验地耕层0～20cm土壤水稳性团聚体含量,研究了施肥对黑土团聚体组成、根际沉积碳在土壤团聚体中分配的影响。试验共设无肥(CK)、化肥NP(NP)、化肥NK(NK)、化肥PK(PK)、化肥NPK(NPK)和化肥NPK+有机肥(NPKM)6个处理。采用尼龙网框分隔法区分根际土和非根际土,差减法计算根际沉积碳的分配。结果表明:根际沉积碳主要增加>2mm的团聚体的形成,减少0.25～0.5mm团聚体的形成。CK、NP和NK处理的根际沉积碳增加MWD,PK处理则减少MWD。长期施用化肥使土壤各粒级团聚体有机碳含量增加,表现为NPKM>NPK>NP>PK>NK>CK的趋势。CK处理根际沉积碳分配到>2mm,2～1mm大团聚体和<0.25mm微团聚体中;缺素(NP、NK、PK)根际沉积碳分配到0.5～2mm大团聚体和<0.25mm微团聚体中;化肥配施有机肥减少1～2mm和0.25～0.5mm粒级根际沉积碳分配比例,增加0.5～1mm和<0.25mm粒级分配比例。

草地植物根系碳储量和碳流转对CO_2浓度升高的响应

植物根系是陆地生态系统重要的碳汇和矿质养分库,也是土壤中碳及养分的主要来源,只有深入认识CO2浓度升高下根系的碳汇功能和根系周转对土壤碳库的影响,才能准确预测生态系统对全球变化的响应与反馈调节作用。介绍了CO2浓度升高对草地植物根系生物量、根系凋落物的数量和品质以及根系周转速率的影响,指出研究植物体内碳向根分配格局的变化趋势必须考虑CO2浓度升高的直接和间接两方面作用;在预测根系碳库储量的动态变化时,需要区分不同功能根系组分的生物量;为更准确估算根系周转速率,有必要确立草地植物根系直径与其寿命之间的关系;CO2浓度升高普遍提高根系凋落物的C/N,但以此判定其在土壤中的分解速率快慢并不可靠,需要进一步从机理上探究根系凋落物分解的控制因素。

玉米生长和施氮水平对土壤有机碳更新的影响

设置了两种土壤施氮水平(150和300mg·kg-1),3个生长时期(喇叭期、开花期和成熟期)收获玉米植株的土壤盆栽试验,采用同位素质谱法测定玉米植株和土壤有机碳的δ13C值,以研究玉米植株生长和施氮水平对土壤有机碳更新的影响.结果表明,玉米植株的δ13C值为-12.9‰～-13.2‰,受玉米生长时期和施氮水平的影响不显著;种植玉米后,土壤有机碳含量增加,说明在供试土壤上,玉米生长促进了土壤碳汇的作用;玉米生长和施氮水平显著影响土壤有机碳的δ13C值和土壤有机碳的更新.根据土壤有机碳δ13C变化计算,玉米根际碳沉积对土壤有机碳的贡献为4%～25%,随玉米生长时间的延长,玉米根际碳沉积对土壤有机碳的贡献增大.种植一季玉米后,低氮处理的土壤有机碳的δ13C值大于施用高氮的处理,但土壤总有机质含量低于高氮处理.由此说明,在养分不足的条件下,玉米根分泌物可能更能激发土壤原有机质的矿化,从土壤中获得更多的养分.

农田土壤碳循环过程及其量化方法

已有研究表明除了作物碳(根际沉积碳和秸秆碳)对农田土壤有机碳(SOC)的输入外,土壤碳还来源于土壤自养微生物固定SOC的贡献以及土壤无机碳(SIC)的固定(无机化学途径和微生物的生物矿化途径).农田SOC的高低主要受到外源作物碳输入和原有SOC分解的平衡作用.作物碳输入在短期内通常促进SOC的分解,呈现正(根际)激发效应.通过整合分析主要作物的根际激发效应和秸秆还田的激发效应的研究,发现作物根系生长和秸秆还田引起的(根际)激发效应大小平均值分别为75%和67%.尽管秸秆还田通过激发效应引起SOC分解的额外释放,但是土壤残留秸秆碳通常大于激发效应导致SOC的额外损失,因此秸秆还田可能增加SOC的储量.在农田系统中,秸秆碳和根际沉积碳往往共存,这导致土壤碳输入和输出至少有3个碳源(根际沉积碳、秸秆碳和土壤碳),由于多碳源体系的区分方法存在挑战,目前这两种作物碳(根际沉积碳和秸秆碳)对SOC分解的激发效应影响是不清晰的.最后,提出了新量化方法,可以多源区分根际CO_(2)排放以及SOC中作物碳输入的碳源,以及区分碱性土壤中无机化学和微生物途径对SIC的贡献.研究有助于提高对农田土壤SOC和SIC输入和输出途径的理解,以及农田土壤碳平衡评估的精确度.

基于静态暗箱法的陆地生态系统-大气CO_2净交换估算

介绍了基于静态暗箱-气相色谱法确定陆地生态系统-大气CO2净交换(NEE)的基本原理及相关分量的测定方法,指出NEE估算主要有3个关键环节:(1)暗箱碳通量中合理扣除植株地上部分暗呼吸;(2)土壤总呼吸中根自养呼吸量的确定:(3)NPP中根际沉积碳的估算.基于对地-气系统碳交换过程的理解,利用2001和2002年南京地区稻田CO2排放的测定结果及相关环境和生物要素的测定,估算了稻田生态系统-大气CO2的净交换.结果表明,两年间南京稻田NEE的季节性变化趋势基本一致:水稻移栽后3周内表现为碳净排放或弱的净固定,其后碳净固定逐渐增加,较高的净固定出现在拔节孕穗期,抽穗后逐步下降.2001和2002年的日平均碳净通量分别为-6.06和-7.95 gC·m-2,与Campbell等人采用波文比法测定的美国得克萨斯州稻田CO2净通量值接近,且两地的NEE季节性变化趋势基本一致.烤田期和其后两周淹水期的平均净通量估算结果与日本Miyata等人采用涡度相关法在类似条件下的测定结果一致.基于静态喑箱法估算的NEE与采用波文比法及涡度相关法测定的NEE具有一致性和可比性.