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长期不同施肥处理对黑土根际土壤有机碳结构组分的影响

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光谱学与光谱分析 2022年第12期42卷 3883-3888页

作者：陈磊郝小雨马星竹周宝库魏丹周磊刘荣乐汪洪黑龙江省农业科学院土壤肥料与环境资源研究所黑龙江哈尔滨150086 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/耕地培育技术国家工程实验室/农业部植物营养与肥料重点实验室北京100081 北京农林科学院植物营养与资源研究所北京100097 黑龙江省科学院微生物研究所黑龙江哈尔滨150001 农业农村部环境保护科研监测所天津300191

土壤有机碳是农业生态系统的关键驱动和调节者,特别是根际微域有机碳动态对土壤碳素循环和矿质营养元素释放起着重要作用。研究长期不同化肥和有机肥施用下大豆根际土壤有机碳、活性有机碳以及有机碳结构的变化规律,深入了解根际有机碳... 详细信息

土壤有机碳是农业生态系统的关键驱动和调节者,特别是根际微域有机碳动态对土壤碳素循环和矿质营养元素释放起着重要作用。研究长期不同化肥和有机肥施用下大豆根际土壤有机碳、活性有机碳以及有机碳结构的变化规律,深入了解根际有机碳固持和稳定机制,为完善农田生态系统碳固持和农田可持续发展提供科学依据和理论支撑。该研究依托黑土长期定位试验,采用化学分析、固态^(13)C-核磁共振(^(13)C-NMR)等方法研究大豆根际土壤有机碳含量、活性有机碳含量和有机碳结构组分变化规律。结果表明,与非根际土壤相比,大豆根际土壤有机碳含量显著增加,长期施肥处理能够显著增加根际土壤有机碳和低活性有机碳含量,以常量有机肥加氮磷钾(MNPK)处理提升效果最好。核磁共振实验结果表明,与不施肥处理相比,MNPK处理明显增加根际土壤烷基碳、烷氧基碳比例以及烷基碳/烷氧基碳比值,降低芳香基碳和芳香碳/总碳比值,在非根际土壤中尤其显著;常量氮磷钾(NPK)处理增加芳香基碳比例和芳香碳/总碳比值,在根际土壤中烷基碳比例和烷基碳/烷氧基碳比值增加,烷氧基碳比例降低,非根际土壤测试结果相反。综上所述,MNPK处理能够显著提升根际有机碳含量,增加有机碳中烷基碳、烷氧基碳比例以及烷基碳/烷氧基碳比值,促进团聚体形成和增加土粒结构稳定性,而NPK处理增加芳香基碳比例和芳香碳/总碳比值,降低根际烷氧基碳比例,团聚体稳定性降低,同时证明固态^(13)C-核磁共振技术结合半定量分析能够准确地分析不同有机碳结构组分变化,深刻认识根际土壤有机碳的稳定机制。

关键词：有机碳大豆根际黑土 13 C-核磁共振

傅里叶变换红外光谱的土壤团聚体有机碳和全氮含量估测

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光谱学与光谱分析 2020年第12期40卷 3818-3824页

作者：刘翠英张津瑞曾涛樊建凌南京信息工程大学应用气象学院江苏省农业气象重点实验室江苏南京210044 南京信息工程大学环境科学与工程学院江苏省大气环境监测与污染控制高技术研究重点实验室江苏南京210044

土壤团聚体是土壤生态系统的重要组成部分,其碳氮含量及动态决定着土壤碳氮循环过程、稳定性及肥力。由于团聚体分级方法的差异,不同研究所获得的团聚体粒径也不尽相同,应用红外光谱对土壤团聚体性质进行建模预测时若对不同粒径团聚体... 详细信息

土壤团聚体是土壤生态系统的重要组成部分,其碳氮含量及动态决定着土壤碳氮循环过程、稳定性及肥力。由于团聚体分级方法的差异,不同研究所获得的团聚体粒径也不尽相同,应用红外光谱对土壤团聚体性质进行建模预测时若对不同粒径团聚体分别建模需要大量样本且难以对所有组分同时进行合理预测。该研究对不同粒径团聚体样本进行综合建模预测,探寻一种高效可行的不同粒径团聚体性质的综合预测方法。采集了内蒙古淡栗钙土土壤样本进行傅里叶变换红外光谱分析,用遗传算法对特征波长进行了选择,基于偏最小二乘法(PLSR)、支持向量机(SVM)、人工神经网络(ANN)和随机森林(RF)等方法建立了不同粒径团聚体土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)和红外光谱吸光度之间的估测模型。结果表明,基于遗传算法筛选的特征光谱区间构建的土壤团聚体SOC和TN含量的ANN模型的预测能力均是最好的(RPD>2),显著优于PLSR、 SVM及RF模型;基于全谱数据的ANN模型对土壤团聚体SOC和TN的预测效果均低于基于GA选择的特征光谱区间的ANN模型,说明基于GA的特征光谱区间选择不仅可以简化模型结构,剔除无关的信息,而且可以提高模型的精度和预测效果。该研究将不同粒径土壤团聚体FTIR数据混合建模,通过遗传算法筛选特征光谱,发现人工神经网络模型可以很好地对土壤团聚体碳氮含量进行预测,且不会受团聚体粒径的影响,主要由于在遗传算法选择特征光谱时已将某些反映土壤矿物、粘粒等特征的波长区间包含在内,而人工神经网络所建立的模型可能已包含了不同粒径对土壤碳氮含量的影响,该结果表明基于遗传算法筛选特征波长区间并采用人工神经网络可以将不同粒径土壤团聚体统一建模,用于团聚体土壤有机碳和全氮含量的估测。

关键词：淡栗钙土有机碳全氮团聚体红外光谱

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压实作用下黏土弱透水层的有机碳释放量评估

地球科学 2024年第7期49卷 2600-2613页

作者：刘锐陈娟邱文凯彭子琪马腾中国地质环境监测院北京100081 河北省地质环境监测院河北石家庄050000 中国地质大学环境学院湖北武汉430078

为定量评估压实过程中黏土弱透水层对相邻含水层的有机碳释放量,以沉湖湿地研究区钻孔沉积物的背景值为约束条件,采集表层原状淤泥开展了自然沉积和人为压实两种压实模式的物理模拟实验,建立了表征不同深度有机碳释放量差异性的数学模型... 详细信息

为定量评估压实过程中黏土弱透水层对相邻含水层的有机碳释放量,以沉湖湿地研究区钻孔沉积物的背景值为约束条件,采集表层原状淤泥开展了自然沉积和人为压实两种压实模式的物理模拟实验,建立了表征不同深度有机碳释放量差异性的数学模型.自然沉积条件下,有机碳通过矿化和相结合矿物的还原溶解随孔隙水释放;黏土层(厚度约20 m)压实释放的有机碳对下伏含水层(厚度约50~80 m)地下水的浓度贡献为6.99~11.19 mg/L,约是对流和扩散作用的3.9倍.人为压实以地面沉降为例,有机碳的浓度贡献为0.19~2.02 mg/L,高于同一时期的对流和扩散作用.黏土弱透水层的压实释水是地下水中有机碳的重要来源,在天然劣质地下水的研究中应引起重视.

关键词：黏土弱透水层孔隙水有机碳释放量评估模拟实验水文地质

耕作方式对干旱绿洲滴灌复播大豆农田土壤有机碳的影响

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农业工程学报 2016年第4期32卷 150-156页

作者：苏丽丽徐文修李亚杰唐江华王娜罗家祥新疆农业大学农学院乌鲁木齐830052 伊宁县农业技术推广中心伊宁835100

为探讨不同耕作措施对不同层次土壤碳的影响,从而评价出滴灌条件下最有利于复播大豆农田固碳的耕作方式,于2012-2014年开展了冬小麦收获后土壤采取翻耕覆膜（tillage plough,TP）、翻耕（tillage,T）、旋耕（rotary tillage,RT）和免耕... 详细信息

为探讨不同耕作措施对不同层次土壤碳的影响,从而评价出滴灌条件下最有利于复播大豆农田固碳的耕作方式,于2012-2014年开展了冬小麦收获后土壤采取翻耕覆膜（tillage plough,TP）、翻耕（tillage,T）、旋耕（rotary tillage,RT）和免耕（no-till,NT）4种不同耕作方式的复播大豆田间试验,研究麦后不同土壤耕作方式对复播大豆农田0~100 cm土层土壤容重、总有机碳（soil organic carbon,SOC）及碳库管理指数（carbon pool management index,CPMI）的影响。结果表明,各处理土壤SOC和易氧化有机碳（easily oxidized organic carbon,EOC）含量随着土层的加深基本呈不断下降趋势。免耕、旋耕处理显著增加了表层0~10 cm土壤的SOC和EOC含量,而TP处理显著增加了耕层〉20~30 cm的SOC和EOC含量,〉60~100 cm土层TP处理的SOC含量显著低于其他处理,但各处理间EOC含量差异不显著;土壤容重与总有机碳含量呈显著负相关关系（P〈0.01）;0~60 cm土层不同耕作方式CPMI平均值以免耕处理最高,分别比旋耕、翻耕覆膜、翻耕处理的增加了4.41%、9.90%、22.06%,表明免耕、旋耕能够提高0~60 cm土壤的总体CPMI,而耕翻覆膜显著提高20~30 cm耕层土壤CPMI值。该研究为干旱绿洲滴灌条件下选择最有利于复播大豆农田固碳的耕作方式提供了理论依据。

关键词：土壤有机碳作物耕作方式易氧化有机碳容重碳库管理指数

不同耕作措施对甘肃引黄灌区耕地土壤有机碳的影响

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农业工程学报 2019年第2期35卷 114-121页

作者：杨思存王成宝霍琳姜万礼温美娟甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所兰州730070

为了探明不同耕作措施对甘肃引黄灌区耕地土壤有机碳的影响,2014-2017年在连续翻耕8a的玉米地上设置翻耕(CT)、旋耕(RT)、深松(ST)、免耕(NT)4个单一耕作处理和翻耕-免耕(CT-NT)、深松-免耕(ST-NT)2个轮耕处理开展了研究。结果表明,连... 详细信息

为了探明不同耕作措施对甘肃引黄灌区耕地土壤有机碳的影响,2014-2017年在连续翻耕8a的玉米地上设置翻耕(CT)、旋耕(RT)、深松(ST)、免耕(NT)4个单一耕作处理和翻耕-免耕(CT-NT)、深松-免耕(ST-NT)2个轮耕处理开展了研究。结果表明,连续免耕(NT)显著增加了0～40cm土层有机碳含量和有机碳储量(P碳效果,在4个单一耕作措施中仅次于NT;连续翻耕(CT)和旋耕(RT)显著降低了土壤有机碳含量和有机碳储量(P碳效果,又符合当地农民操作习惯,有机碳含量分别比CT增加2.44%和4.82%,比RT增加5.12%和7.55%;有机碳储量比CT增加2.50%和5.47%,比RT增加5.64%和8.70%。不同耕作制度会使土壤有机碳发生层化,但有机碳含量的层化更多表现在不同土层之间,相同层次各处理之间变化不大;而有机碳储量只在耕层以下发生了层化,相同土层各处理之间也表现出比较明显的层化特征。因此,综合分析认为,任何一个单一耕作措施都有其局限性,CT-NT和ST-NT是比较理想的耕作模式,在该区域农业可持续发展中具有一定的应用价值。

关键词：土壤有机碳耕作措施层化比甘肃引黄灌区

红壤缓坡地径流与土壤可蚀性对土壤有机碳流失的影响

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农业工程学报 2015年第19期31卷 135-141页

作者：陆银梅李忠武聂小东黄斌马文明肖海兵湖南大学环境科学与工程学院长沙410082 湖南大学环境生物与控制教育部重点实验室长沙410082 西南民族大学旅游与历史文化学院成都610041

探明坡面径流和土壤可蚀性对土壤有机碳流失的影响,对于研究土壤有机碳固定和区域碳循环有重要作用。该文通过野外径流小区模拟降雨试验研究不同雨强（30~100 mm/h）和耕作条件下（翻耕和免耕）土壤有机碳流失过程及其与坡面径流和土壤... 详细信息

探明坡面径流和土壤可蚀性对土壤有机碳流失的影响,对于研究土壤有机碳固定和区域碳循环有重要作用。该文通过野外径流小区模拟降雨试验研究不同雨强（30~100 mm/h）和耕作条件下（翻耕和免耕）土壤有机碳流失过程及其与坡面径流和土壤可蚀性的关系。结果表明,坡面产流过程对泥沙态有机碳流失过程具有明显影响,除大雨强条件下泥沙态有机碳流失速率在10~30 min呈现短时间峰值外,各径流小区泥沙态有机碳流失过程与坡面产流过程总体变化趋势基本一致,均表现为产流开始后,其流失率随降雨历时延长而增加,而后逐步趋于平稳,但坡面产流过程对径流有机碳流失过程无明显影响;坡面径流率大小影响土壤有机碳流失,坡面径流率变化能解释80%土壤有机碳流失的变化,坡面径流率与土壤有机碳流失呈线性正相关关系,且坡面径流率对泥沙态有机碳流失的影响比其对径流有机碳流失的影响更明显;土壤可蚀性对土壤有机碳流失的影响是非线性的,且土壤可蚀性指标越大,土壤有机碳流失率越大,但土壤可蚀性对土壤有机碳流失的影响存在有限性。坡面径流和土壤可蚀性是土壤有机碳流失的重要影响因素。

关键词：径流土壤有机碳坡面可蚀性泥沙态

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气溶胶中有机碳及元素碳分析方法进展

北京大学学报（自然科学版） 2005年第6期41卷 957-964页

作者：郇宁曾立民邵敏北京大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点实验室北京100871

大气气溶胶中的有机碳、元素碳因其独特的环境、气候效应以及对人类健康的影响而成为世界各国环境科学家共同关注的热点.其检测方法有很多,各种检测方法因实验原理不同所以实验结果也相差很大,即使是实验原理完全相同的光热法,两台不同... 详细信息

大气气溶胶中的有机碳、元素碳因其独特的环境、气候效应以及对人类健康的影响而成为世界各国环境科学家共同关注的热点.其检测方法有很多,各种检测方法因实验原理不同所以实验结果也相差很大,即使是实验原理完全相同的光热法,两台不同厂家的仪器所测的元素碳结果也相差很大,差别可达70%～80%.本文介绍了现阶段气溶胶有机碳和元素碳的各种检测方法,将其大体分为光学法和热学法(光热法)两类,分析了各种方法的优缺点并提出自己的观点,最后展望了气溶胶有机碳、元素碳的研究前景.

关键词：大气气溶胶有机碳元素碳分析方法

玉米秸秆覆盖与深翻两种还田方式对黑土有机碳固持的影响

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农业工程学报 2021年第1期37卷 133-140页

作者：梁尧蔡红光杨丽程松张水梅袁静超刘剑钊刘松涛任军吉林省农业科学院农业资源与环境研究所农业部东北植物营养与农业环境重点实验室长春130033 中国标准化研究院北京100091

秸秆还田是实现东北黑土肥力提升与保障区域生态环境安全的有效措施。明确玉米秸秆覆盖与深翻还田下土壤有机碳(SOC,Soil Organic Carbon)的变化及其在团聚体中的固持特征,对于揭示秸秆还田后黑土有机碳的稳定机制与固碳潜力具有重要意... 详细信息

秸秆还田是实现东北黑土肥力提升与保障区域生态环境安全的有效措施。明确玉米秸秆覆盖与深翻还田下土壤有机碳(SOC,Soil Organic Carbon)的变化及其在团聚体中的固持特征,对于揭示秸秆还田后黑土有机碳的稳定机制与固碳潜力具有重要意义。该研究基于黑土区中部6 a定位试验,选择常规种植(CK)、秸秆覆盖还田(SM,Stovers Mulching)和秸秆深翻还田(SI,Stovers Incorporation)3个处理,对0~10、>10~20、>20~30及>30~40 cm土层SOC含量、容重、水稳性团聚体分布及团聚体中有机碳(OC,Organic Carbon)含量进行了分析与测定,并对各处理年均碳投入量、SOC储量与土壤固碳速率等进行了估算。与CK相比,SM处理显著增加了0~10 cm土层SOC含量,增幅为22.4%,但对10~40 cm土层SOC含量无显著影响;SI处理显著增加了0~40 cm土层SOC含量,增幅为18.1%~41.5%,以>20~30 cm的增幅最突出。与SM处理相比,SI处理0~10 cm土层SOC储量显著低于前者,而>20~30 cm土层SOC储量反之。6 a间,SM处理耕层(0~20 cm)与亚耕层(>20~40 cm)土壤固碳速率分别为1.34和0.77 Mg/(hm^(2)·a),SI处理为0.85和1.74 Mg/(hm^(2)·a)。秸秆不同还田方式显著改变了0~40 cm土层团聚体分布及其中OC含量。与CK相比,SM显著增加了耕层大团聚体(>0.25 mm)比例与平均质量直径(MWD,Mean Weight Diameter),SI显著提高了0~40 cm土层团聚体MWD,且对10~40 cm土层团聚结构的改善作用优于SM;SM处理显著增加了0~10 cm土层>2和2 mm粒级团聚体OC含量,也显著提高了10~40 cm土层各粒级团聚体OC含量。在黑土区,秸秆覆盖还田对SOC的提升主要集中于表层,秸秆深翻还田促进了0~40 cm土层SOC积累与土壤团聚结构的改善。

关键词：有机碳土壤团聚体秸秆还田黑土固碳速率

不同温度制备的生物质炭对土壤有机碳及其组分的影响:对土壤活性有机碳的影响

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环境科学 2017年第2期38卷 333-342页

作者：赵世翔于小玲李忠徽杨艳刘丹王旭东张阿凤西北农林科技大学资源环境学院杨凌712100 农业部西北植物营养与农业环境重点实验室杨凌712100

土壤活性有机碳作为土壤有机碳中活跃的化学组分,在全球碳循环中起着非常重要的作用.为了探究生物质炭输入对土壤活性有机碳的影响,以苹果枝条为原料,在300~600℃条件下制备生物质炭,在研究生物质炭基本理化性质的基础上,通过室内培养... 详细信息

土壤活性有机碳作为土壤有机碳中活跃的化学组分,在全球碳循环中起着非常重要的作用.为了探究生物质炭输入对土壤活性有机碳的影响,以苹果枝条为原料,在300~600℃条件下制备生物质炭,在研究生物质炭基本理化性质的基础上,通过室内培养试验研究生物质炭输入对土壤活性有机碳的影响.结果表明:高温制备的生物质炭碳(C)的质量分数增加,而氢(H)和氧(O)质量分数下降,H/C及O/C比下降;生物质炭的脂肪族结构减弱,芳香性增强,稳定性升高;生物质炭输入可以显著增加土壤有机碳(SOC)含量(P有机碳库的提升效果最为明显;与对照相比,低温(≤400℃)制备的生物质炭在培养期间增加了土壤微生物量碳(MBC)、水溶性有机碳(WSOC)以及易氧化有机碳(ROC)的含量,且随着添加比例的增加而增加,培养360 d后,BC300处理平均分别增加了38.25%、82.09%和63.53%;BC400处理平均分别增加了26.07%、65.61%和48.09%,且差异均达到显著水平(P400℃)制备的生物质炭在培养初期(有机碳中ROC的比例,并且随着热解温度的升高以及添加比例的增加而降低.从提升土壤有机碳库及生物活性等方面考虑,在黄土高原土地区,500℃条件下制备生物质炭,既能保证有机碳具有较高的稳定性,又不至于引起土壤活性碳库的过度降低,是生物质炭在农田土壤利用的最佳制备温度.

关键词：生物质炭有机碳活性有机碳水溶性有机碳易氧化有机碳微生物量碳

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