土壤有机碳同位素组成在农田生态系统碳循环中的应用进展

土壤有机碳是地球表层储量最高且储存周期最长的生态系统碳库之一。如何提高土壤有机碳稳定性和增强土壤固碳减排能力,是陆地生态系统碳管理可持续战略的关键科学问题。国际学术界一致认为农田生态系统在固碳方面的作用越来越明显,在实现碳中和的进程中发挥重要的作用。农田管理实践方式会扰动土壤碳循环过程,采取有效的管理方式会使其成为碳汇。目前,国内研究主要集中在耕作方式、施肥和灌溉水平、秸秆还田对农田生产力、碳固持速率、温室气体排放方面的影响,但就农田生态系统有机碳稳定性对不同农田管理方式的响应机制以及与土壤碳排放之间的关系认识尚未明确。^(13)C同位素技术是研究农田土壤碳循环过程的有力工具,通过测定土壤碳排放过程中不同有机碳组分的同位素丰度,能够精准区别土壤呼吸组分和来源,从而更好地揭示土壤有机碳稳定性对农田管理措施的响应机制,为增强土壤碳汇效应和农业可持续发展提供科学依据。以往的研究大多集中在模拟试验以及小范围、短时间监测,与实际差距较大,测量结果会高估或低估实际值。因此,在未来的农田土壤碳循环研究过程中要采取多点、长时间实时原位监测,并结合^(13)C同位素技术,实现土壤CO_(2)排放实时分解,达到揭示土壤有机碳稳定性机制的目的。

华北平原禹城地区地下水埋深对地下水及土壤水分和盐分分布的试验研究

【目的】研究不同浅层地下水埋深下的土壤水盐分布规律及其对作物产量的影响。【方法】在体积蒸渗仪样地中设置4个地下水埋深处理,分别为G0(无地下水埋深)、G1(地下水埋深40 cm)、G2(地下水埋深70 cm)、G3(地下水埋深110 cm)和G4(地下水埋深150 cm),监测夏玉米在自然蒸发条件下的浅层地下水盐分离子量变化和夏玉米收获后土壤水分和盐分的垂直变化。【结果】(1)地下水埋深越深,表层(0~20 cm)土壤含水率与含盐量越低。与G0处理相比,G1处理和G2处理表层土壤含水率分别显著增加27.54%和26.97%,G3处理增加8.25%,而G4处理仅增加2.18%;G1、G2、G3处理表层土壤含盐量分别增加0.79、0.47、0.43 g/kg,而G4处理则减少了0.01g/kg。G1、G2、G3处理下的盐分主要积累在表层土壤,G4处理主要积累在40~70 cm土层;(2)地下水埋深与表层(0~20 cm)土壤含水率与含盐量呈线性关系,地下水埋深每增加0.1 m,表层土壤含水率降低0.53%,含盐量降低0.065 g/kg。(3)浅层地下水中的主要阳离子为Na^(+)、Mg^(2+),主要阴离子为SO_(4)^(2-)和HCO_(3)^(-),集中降水使浅层地下水中离子由Na-Cl·SO_(4)向Na-HCO_(3)转化;(4)在强烈的地表蒸发下,地下水埋深越浅,地下水中离子浓度上升越快。其中HCO_(3)^(-)浓度在各处理中波动较大,总体呈上升趋势;而NO_(3)^(-)由于施肥的影响,地下水埋深越浅,NO_(3)^(-)在浅层地下水中达到峰值的速度越快,且浓度越高。【结论】增加浅层地下水埋深可有效降低表层土壤水盐量,减小浅层地下水受蒸发、降水的影响。浅层地下水埋深为1.2 m最适宜夏玉米生长,产量最优。研究不同浅层地下水埋深对农田土壤水分和盐分的影响有助于掌握农业生态系统中水盐迁移以及地下水与土壤的相互作用机制,对于防止土壤盐渍化、保障作物产量具有重要意义。

黄河三角洲降水同位素变化特征及水汽来源

为揭示黄河三角洲盐碱地地区的降水来源、形成及影响机制,利用降水稳定同位素,特别是δ^(17)O、17O-excess,以及气团轨迹模型HYSPLIT,研究黄河三角洲东营地区5—10月不同时间尺度及降水强度[(<5、5~10、10~25、25~50、>50 mm·d^(-1))]的降水同位素变化特征及水汽来源。结果表明:5—10月降水同位素的变化范围较大,旱季降水的同位素变化范围小于雨季,且比雨季富集。降水强度<5 mm·d^(-1)的降水,δ′18O[δ′18O=ln(δ^(18)O+1)]与δ′17O[δ′17O=ln(δ^(17)O+1)]的降水线斜率最小,为0.5211,降水易受水汽源地蒸发作用的影响;10 mm·d^(-1)≤降水强度<25 mm·d^(-1)时,斜率最大,为0.5268。对于0~50 mm·d^(-1)4种不同强度的降水,随降水量增多δ^(2)H;δ^(18)O和δ^(17)O值均降低。旱季降水17O-excess与温度呈正相关,可能受到大陆循环水汽的影响;雨季降水17O-excess与相对湿度呈负相关,受蒸发作用较小。HYSPLIT气团轨迹模型表明,旱季降水主要受大陆性季风影响,而雨季降水受海洋性和大陆性季风的共同影响。综上,降水受不同水汽来源地蒸发、局地气象因素和大气水汽来源的共同影响,使得不同尺度同位素存在差异。本研究可为黄河三角洲地区紧缺的水资源分配提供科学依据。