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长期施肥红壤性稻田和旱地土壤有机碳积累差异

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植物营养与肥料学报 2021年第3期27卷 544-552页

作者：李文军黄庆海李大明柳开楼叶会财肖国滨张文菊徐明岗江西省红壤研究所/江西省红壤耕地保育重点实验室江西南昌330046 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北京100081 湖南文理学院洞庭湖生态经济区建设与发展湖南省协同创新中心湖南常德415000

[目的]提高土壤有机碳水平对提升农田生产力有重要意义。基于长期定位施肥试验,比较施肥影响下相同成土母质发育的红壤性稻田和旱地土壤的总有机碳(TOC)及其组分的积累差异,以深入理解红壤有机碳的固持及稳定机制。[方法]稻田和旱地长... 详细信息

[目的]提高土壤有机碳水平对提升农田生产力有重要意义。基于长期定位施肥试验,比较施肥影响下相同成土母质发育的红壤性稻田和旱地土壤的总有机碳(TOC)及其组分的积累差异,以深入理解红壤有机碳的固持及稳定机制。[方法]稻田和旱地长期施肥试验分别始于1981和1986年,包含CK(不施肥对照)、NPK(施氮磷钾化肥)和NPKM(有机无机肥配施)3个处理,在2017年晚稻和晚玉米收获后,采集两个试验上述处理的耕层(0—20 cm)土样,通过硫酸水解法分离土壤活性与惰性有机碳,测定并计算土壤中TOC及其组分的含量及储量,并利用J e n n y模型拟合试验期间耕层土壤T O C含量的变化动态,估算土壤固碳潜力。[结果]与CK相比,长期施肥可提高稻田和旱地土壤各有机碳组分的含量,且NPKM处理的效果优于NPK处理。相比于稻田土壤,施肥对旱地土壤各有机碳组分含量的提升更加明显。NPK和NPKM处理下,旱地土壤活性有机碳组分Ⅰ、活性有机碳组分Ⅱ、惰性有机碳含量的增幅分别是稻田土壤的2.7、2.7、5.8倍和2.0、1.4和2.5倍。不论施肥与否,稻田土壤TOC的固存量和固存潜力均显著高于旱地土壤。施肥促进土壤固碳,在稻田和旱地土壤上,NPKM处理的TOC固存量分别是NPK处理的1.7和25.5倍,TOC固存潜力则分别是NPK处理的1.4和5.8倍。长期不同施肥均显著提高稻田和旱地土壤年均碳投入量,线性拟合方程表明,随碳投入量增加,土壤活性有机碳储量的累积对稻田、旱地土壤TOC储量累积的贡献率分别达64.7%、44.6%。不同处理间稻田与旱地土壤活性有机碳(包括活性有机碳组分Ⅰ与活性有机碳组分Ⅱ)含量的差异可解释其TOC含量差异的52.9%~60.0%。[结论]与施氮磷钾化肥相比,有机无机肥配施可更好的促进土壤固碳,且在旱地土壤上的促进作用比在稻田土壤上更为明显。与稻田土壤相比,旱地土壤各有机碳组分含量的变化对长期施肥的响应更敏感,且在施氮磷钾化肥条件下表现更为明显。红壤性稻田和旱地土壤TOC积累的主要贡献组分分别为活性有机碳和惰性有机碳。红壤植稻虽有利于有机碳固持,但红壤性稻田土壤的活性碳占比较高,可能易因不当管理而发生损失。

关键词：长期施肥红壤土地利用方式土壤有机碳组分土壤固碳

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森林土壤有机碳分组及其测定方法

土壤通报 2010年第4期41卷 1018-1024页

作者：胡慧蓉马焕成罗承德胡庭兴西南林业大学西南地区生物多样性保育国家林业局重点实验室云南昆明650224 四川农业大学林学院四川雅安625014

陆地生态系统碳循环在全球碳平衡中占重要地位。土壤是陆地生态系统的核心,森林土壤有机碳是陆地碳库的重要组成部分,其量随土地利用变化、森林经营管理、自然与人为干扰等影响而呈现较强动态变化。导致这一现象的原因之一,是由于构成... 详细信息

陆地生态系统碳循环在全球碳平衡中占重要地位。土壤是陆地生态系统的核心,森林土壤有机碳是陆地碳库的重要组成部分,其量随土地利用变化、森林经营管理、自然与人为干扰等影响而呈现较强动态变化。导致这一现象的原因之一,是由于构成土壤有机碳的不同组分在不同环境条件下有不同的分解响应。目前,森林土壤有机碳常用的分组研究方法是:化学分组(传统的腐殖质分组研究)、物理分组(对有机碳的密度分组或颗粒分组)和稳定性分组(即有机碳的活性分组)。研究目的不同,对各组分的概念认识、成分划定不同,导致所采用的分组测定方法,以及研究结果所反映的问题等也不同,使研究内容或测定结果缺乏可比性。森林土壤有机碳分组方法标准化与各组分的概念统一化;土壤有机碳各组分的组成成分划定;测定各组分的方法标准化与统一化等内容,可能成为土壤有机碳分组研究的工作重点。

关键词：碳循环土壤有机碳组分测定方法

计划烧除对云南松林土壤碳组分及碳库管理指数的影响

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西北林学院学报 2023年第4期38卷 197-206页

作者：付钇珊黎建强陈奇伯杨波杨馥羽邢学霞付迪西南林业大学生态与环境学院云南昆明650224

探讨计划烧除对土壤碳组分和土壤碳库的影响,为火干扰下森林生态系统可持续管理提供理论参考。以云南滇中地区多年周期性计划烧除云南松林为研究对象,以未实施计划烧除云南松林为对照,通过对比分析土壤有机碳(SOC)、微生物生物量碳(MBC... 详细信息

探讨计划烧除对土壤碳组分和土壤碳库的影响,为火干扰下森林生态系统可持续管理提供理论参考。以云南滇中地区多年周期性计划烧除云南松林为研究对象,以未实施计划烧除云南松林为对照,通过对比分析土壤有机碳(SOC)、微生物生物量碳(MBC)、易氧化有机碳(EOC)、可溶性有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)含量在计划烧除后不同恢复时间(2021年1-12月)的动态特征,明确土壤有机碳及其组分与土壤理化性质的关系;并在此基础上通过计算碳库管理指数(CPMI),分析土壤碳库变化特征。结果表明,1)云南松林土壤有机碳及其组分含量随着土层深度增加而降低,计划烧除对表层(0~10 cm)土壤有机碳及其组分含量影响显著(P土壤有机碳及其组分平均含量在计划烧除后短期内(3月)均有所增加并高于对照,在6-12月计划烧除林地土壤有机碳及其组分平均含量均低于对照;在一个计划烧除周期内,土壤SOC、MBC、DOC、EOC、POC平均含量比对照分别低4.83%、12.95%、8.14%、11.69%和8.59%。3)在一个计划烧除周期内,计划烧除林地土壤CPMI平均值显著(P土壤粘粒、全氮、容重、pH是影响云南松林土壤有机碳及其组分含量的主要环境因子,全氮对计划烧除林地土壤有机碳及其组分含量变化解释度最高。计划烧除对土壤有机碳及其组分产生了重要影响,改变了土壤有机碳库和活性碳库,降低了土壤碳库质量以及稳定性。

关键词：计划烧除土壤有机碳土壤有机碳组分碳库管理指数

施加生物炭后土壤有机碳的变化及基于高光谱的总有机碳预测模型研究

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施加生物炭后土壤有机碳的变化及基于高光谱的总有机碳预测模型研...

作者：朱建伟浙江师范大学

学位级别：硕士

土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)是影响土壤肥力的最重要因素之一。生物炭由于具有高度芳香化碳结构和发达孔隙结构等特性,可以作为一种土壤改良剂,提高土壤有机碳含量,改善土壤物理结构,近些年成为土壤学及农业环境领域研究的热... 详细信息

土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)是影响土壤肥力的最重要因素之一。生物炭由于具有高度芳香化碳结构和发达孔隙结构等特性,可以作为一种土壤改良剂,提高土壤有机碳含量,改善土壤物理结构,近些年成为土壤学及农业环境领域研究的热点。土壤有机碳含量的快速准确测定是生物炭农学及土壤环境效应研究的重要基础。本研究基于浙江省农业科学院杨渡基地的两个长期定位实验“生物炭施用量对稻田土壤有机碳的影响”(试验一)和“不同施肥处理对稻田土壤质量及作物生产力的影响”(试验二),探究施加生物炭对土壤有机碳组分含量的影响。以室内条件测定长期施用生物炭后不同处理土壤样品的光谱特征及其变化趋势,通过比较不同光谱预处理方法、样本选择方法、3种模型和4种特征波段选择方法分别建立施用生物炭后土壤总有机碳(Total organic carbon,TOC)预测模型,并对各模型的预测效果进行对比分析。主要研究结果如下:(1)不同生物炭施用量对土壤有机碳的影响试验结果表明,油菜中高量处理均显著增加了TOC含量,但是水稻季的增长趋势较油菜季明显较少,且不同施用量处理之间并无显著性差异。生物炭显著增加了土壤可溶性有机碳(Dissolved Organic Carbon,DOC)的含量,中施用量生物炭处理下土壤DOC含量最高,较对照增加了111.48%。油菜季生物炭显著增加了土壤易氧化有机碳(Readily Oxidized Organic Carbon,ROOC)的含量,并且中高施用量处理之间无显著性差异。油菜季和水稻季的土壤微生物生物量碳(Microbial Biomass Carbon,MBC)含量最大值均出现在中施用量处理下。当施用量较高时,生物炭对土壤轻组有机碳(Light Fraction Organic Carbon,LFOC)占比有显著影响,且油菜季中土壤LFOC比例明显高于水稻季。通过比较不同预处理方法、建模样本选择方法、建模方法以及特征波段提取算法,建立了生物炭施用量处理下土壤TOC的优化模型,表明以SG卷积平滑与多元散射校正(Multiplication Scatter Correction,MSC)组合的预处理方法,KS(Kennard-Stone)样本选择方法,连续投影算法(Successive Projections Algorithm,SPA)特征波段算法建立的遗传算法-支持向量机(Genetic Algorithm-Support vector machine,GA-SVM)模型最优,适合进行TOC的快速预测。(2)不同施肥处理对土壤有机碳的影响试验结果表明,在油菜季生物炭显著增加了土壤TOC含量,且TOC含量的最大值出现在生物炭处理中,较对照增加了36.21%。在油菜季,秸秆还田和生物炭处理均显著增加了土壤DOC含量,生物炭处理下土壤DOC含量最大,生物炭处理与对照、生物炭减量施肥处理之间均有显著性差异,表明减量施肥情况下,可降低生物炭对土壤DOC的作用。而在水稻季与油菜季有所不同,秸秆还田、生物炭和生物炭减量施肥之间并无显著性差异。水稻季在施用生物炭条件下,减量施肥和常规施肥处理之间有显著性差异,表明减量施肥可能会降低生物炭对土壤ROOC的作用。油菜季秸秆还田处理下土壤MBC最大,较对照增加了23.62%,水稻季仅增加7.30%。两季作物条件下减量施肥和常规施肥之间均无显著性差异。油菜季秸秆还田和生物炭处理均显著增加了土壤LFOC的比例。通过比较不同预处理方法、建模样本选择方法、建模方法以及特征波段提取算法,建立了不同施肥处理下土壤TOC的优化模型,表明以SG卷积平滑预处理方法,SPXY(Sample set Partitioning based on joint x-y distances)样本选择方法,SPA特征波段算法建立的偏最小二乘(Partial Least Squares,PLS)模型最优,适合进行TOC的快速预测。

关键词：生物炭土壤有机碳组分总有机碳高光谱预测模型

青藏高寒草地土壤有机碳特征及对模拟增温的响应

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青藏高寒草地土壤有机碳特征及对模拟增温的响应

作者：曹志远吉林农业大学

学位级别：硕士

目前,全球气候变暖已成为全世界科学家共同关注的问题,而气温升高对陆地生态系统碳循环有着重要的影响。青藏高寒草地土壤蕴含着巨大的有机碳库,在全球碳循环中起着重要的作用,因此有必要对青藏高寒草地土壤有机碳特征及对温度升高的响... 详细信息

目前,全球气候变暖已成为全世界科学家共同关注的问题,而气温升高对陆地生态系统碳循环有着重要的影响。青藏高寒草地土壤蕴含着巨大的有机碳库,在全球碳循环中起着重要的作用,因此有必要对青藏高寒草地土壤有机碳特征及对温度升高的响应进行研究。本论文通过设置不同草地类型的水平样带(高寒草甸、高寒草原和高寒荒漠)、不同海拔高度的垂直样带(4500、4650、4800和4950 m)及模拟增温试验(不增温、冬季增温和全年增温),研究了青藏高寒草地土壤总有机碳、活性有机碳(水溶性有机碳、易氧化有机碳)、腐殖质组分碳(胡敏酸碳、富里酸碳和胡敏素碳)和团聚体碳含量、团聚体稳定性以及胡敏酸(HA)的结构特征,并讨论了它们与环境因素(温度、降雨量及地上部生物量)之间的关系。主要研究结果如下:1、青藏高寒水平样带不同草地类型相比,高寒草甸土壤的总有机碳、活性有机碳、腐殖质组分碳、团聚体碳、大团聚体(2-0.25 mm)及微团聚体(0.25-0.053 mm)比例、团聚体稳定性指标(平均重量直径、几何平均直径、>0.25 mm水稳定团聚体含量、水稳定团聚体所占比例)最高,其次为高寒草原土壤高,而高寒荒漠土壤最低;高寒草原土壤胡敏酸的烷基C、烷氧C和脂族C/芳香C比值最高,其次为高寒草甸土壤,高寒荒漠土壤最低;土壤胡敏酸的芳香C和疏水C/亲水C比值却呈现相反的变化规律。相关分析结果表明:土壤有机碳及其组分含量、大团聚体和微团聚体比例、团聚体稳定性指标与年平均降雨量(MAP)和植物地上生物量(AGB)有显著正相关性。上述结果表明高寒草甸土壤含有更多的有机碳含量,并具有更高的土壤聚合度及团聚体稳定性;高寒草甸土壤胡敏酸的脂族性和疏水性介于高寒草原和高寒荒漠土壤之间;年平均降雨量和植物地上部生物量是影响青藏高寒水平样带不同类型草地土壤有机碳含量和土壤团聚体稳定性的主要环境因素。2、青藏高寒草地垂直样带,随着海拔高度的不断升高,土壤总有机碳、活性有机碳、腐殖质组分碳、团聚体碳含量均呈现逐渐增加的趋势。相关分析结果表明:土壤水溶性有机碳、富里酸碳及腐殖质碳的含量与年平均降雨量和植物地上部生物量之间呈现显著正相关性;而土壤易氧化碳、富里酸碳和腐殖质碳的含量与年平均温度呈现显著负相关性;土壤其他碳组分含量与环境因子(年平均降雨量、年平均温度)和植物地上部生物量之间无显著性差异。3、青藏高寒草地模拟增温试验结果表明:与不增温处理相比,冬季增温处理土壤水溶性有机碳含量、土壤团聚体的平均重量直径和几何平均直径显著增加,而0.25-0.053 mm团聚体比例显著降低;全年增温处理土壤水溶性有机碳含量和土壤团聚体的平均重量直径和几何平均直径显著降低。上述结果说明,与不增温相比,冬季增温显著提高土壤水溶性有机碳含量,同时增加了土壤团聚体稳定性;与冬季增温处理相比,全年增温降低了土壤团聚体稳定性。

关键词：青藏高寒草地土壤有机碳土壤有机碳组分土壤团聚体 13C核磁共振

麦棉周年连续秸秆还田对土壤有机碳固定和饱和的影响

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麦棉周年连续秸秆还田对土壤有机碳固定和饱和的影响

作者：方国文南京农业大学

学位级别：硕士

农田土壤有机碳的积累对于土壤肥力、粮食安全以及生态功能变化具有重要意义。研究证明作物秸秆直接还田可以显著提高土壤有机碳固存,增加土壤碳汇能力,进入2000年以后已在我国农田土壤固碳中占据主导地位,是我国农业可持续发展的重要... 详细信息

农田土壤有机碳的积累对于土壤肥力、粮食安全以及生态功能变化具有重要意义。研究证明作物秸秆直接还田可以显著提高土壤有机碳固存,增加土壤碳汇能力,进入2000年以后已在我国农田土壤固碳中占据主导地位,是我国农业可持续发展的重要措施之一。然而,多熟制地区秸秆长期大量还田可能存在土壤有机碳不稳定性和碳饱和现象,影响土壤固碳减排潜力,其有关特征尚未明确。本研究于2020年在江苏省南京市江苏省农业科学院试验站和江苏省盐城市大丰区稻麦原种场两个麦棉周年秸秆还田长期(始于2011年)定位试验田进行。在氮磷肥统一施用条件下,试验在棉花季设置小麦秸秆全量还田、半量还田和不还田3个水平(W2、W1、W0),在小麦季设置棉花秸秆全量还田、半量还田和不还田3个水平(C2、C1、C0),组合形成9个周年秸秆还田处理,以施钾肥但秸秆不还田的处理(K150,150 kg KO hm)和既不施钾肥也无秸秆的处理(CK)为对照。通过调查两种土壤类型不同土层的土壤团聚体分布与稳定性及容重等物理性质,土壤总有机碳含量、不同团聚体粒级与活性有机碳组分含量,分析土壤有机碳与团聚体分布、有机碳组分之间的关系,探讨秸秆还田对土壤有机碳固定与饱和的影响,旨在为合理有效推广秸秆还田技术,促进农业可持续发展提供科学依据。主要结果如下:(1)连续多年秸秆还田处理显著增加南京和大丰两试点0-10 cm和10-20cm土层土壤含水量和土壤孔隙度,降低土壤容重,进而显著影响土壤团聚体分布和稳定性。对于南京与大丰两试点表层土壤(0-10 cm),秸秆还田显著增加土壤微团聚体与粘粉粒态团聚体质量比重,降低大团聚体比重;而大丰试点10-20cm土层与之表现相反,秸秆还田显著降低土壤微团聚体和粘粉粒态团聚体的比重,增加大团聚体的比重。两试点表层土壤团聚体平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)和粒径>0.250 mm团聚体分布参数(R)随秸秆还田量的增加呈现下降趋势,表明表层土壤团聚体稳定性降低。各秸秆还田处理之间比较,麦棉两季秸秆还田影响效果大于单季秸秆还田,全量秸秆还田大于半量还田,小麦秸秆大于棉花秸秆,K150处理与CK处理差异不显著。(2)连续多年秸秆还田显著增加0-10 cm和10-20 cm土壤总有机碳、不同团聚体粒级有机碳、不同活性态有机碳含量,且均随秸秆还田量的增加而增加,以麦棉两季秸秆全量还田提高效果最为显著。有机碳含量增幅表现为土壤大团聚体有机碳>微团聚体有机碳>粘粉粒有机碳含量;易氧化有机碳>微生物量碳与轻组有机碳>可溶性有机碳与重组有机碳。钾肥处理对部分有机碳组分含量有显著影响,但对总有机碳没有影响。两试点土壤总有机碳与粘粉粒态有机碳和大团聚体态有机碳之间相关性特征存在一定差异,土壤微团聚体态有机碳则表现为线性相关关系,两试点规律一致。(3)连续多年秸秆还田处理显著增加南京与大丰两试点0-10 cm和10-20cm土壤总有机碳密度与土壤碳饱和度,对20-40 cm土层无显著影响。土壤团聚体密度占总有机碳密度的占比在0-10 cm土层表现为大团聚体有机碳密度占比随着秸秆还田量的增加而减少;与CK相比,施钾处理对土壤不同土层土壤总有机碳密度、碳饱和度、碳饱和速率的变化以及土壤团聚体对有机碳的贡献率均没有显著影响。在南京试点0-10 cm土层中,土壤粘粉粒态有机碳库已经达到饱和甚至过饱和的状态,而大丰试点,此部分土壤有机碳在秸秆还田处理下接近碳饱和状态。

关键词：土壤团聚体土壤有机碳组分土壤碳饱和秸秆还田麦棉两熟

不同增温方式对亚热带杉木幼林土壤有机碳-微生物的影响

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不同增温方式对亚热带杉木幼林土壤有机碳-微生物的影响

作者：张鹏飞福建师范大学

学位级别：硕士

全球气候变化背景下,研究土壤碳库的储量变化及其稳定性,是当前气候变化研究的热点。温度是对土壤碳循环过程影响较大的环境因子,也是未来气候变化的一个显著特征。研究发现土壤碳库对变暖的响应具有很大的不确定性,这种不确定性很大程... 详细信息

全球气候变化背景下,研究土壤碳库的储量变化及其稳定性,是当前气候变化研究的热点。温度是对土壤碳循环过程影响较大的环境因子,也是未来气候变化的一个显著特征。研究发现土壤碳库对变暖的响应具有很大的不确定性,这种不确定性很大程度上是由于土壤微生物对温度的响应不一致造成的。如温度升高引起土壤碳输入量增加的同时,亦能提高土壤/异养呼吸,呼吸强度增加引起的土壤碳库损失部分可以抵消由于温度升高造成的土壤碳输入量的增加,因此围绕气候变暖后土壤有机碳库的变化及土壤微生物的反馈响应成为当前研究的焦点。当前关于气候变暖对土壤碳库的影响已开展了大量的野外增温模拟实验。然而不同增温方式可能导致实验结果存在较大差异,因而开展不同增温方式(电缆增温+4℃、开顶箱增温+4℃和开顶箱-电缆联合增温+4℃)对土壤碳库影响的对比研究,对于消除相关研究的不确定性具有重要参考价值。本研究通过在湿润亚热带森林地区设置三种不同的野外增温控制实验,重点探讨增温对杉木幼林土壤有机碳及微生物的影响,以期为深入认识全球气候变暖背景下亚热带森林生态系统土壤碳动态及微生物响应机制提供基础数据和科学支撑。结果表明:(1)、增温处理使土壤呼吸增加了8.99%-31.9%,使异养呼吸增加了10.99%-38.09%。电缆增温处理、开顶箱增温处理和开顶箱-电缆联合增温处理使土壤呼吸年平均速率分别提高了20.63%、8.99%和31.9%,使异养呼吸年平均速率分别增加了21.13%、10.99%和38.09%。相关性分析发现,土壤温度可以解释土壤呼吸季节变化的72%-77%,可以解释异养呼吸季节变化的64%-73%,而土壤湿度季节变化与本研究中土壤呼吸、异养呼吸的相关性均不显著(P>0.05)。增温处理降低了土壤呼吸和异养呼吸的Q值:对照处理中土壤呼吸、异养呼吸的Q值分别为1.35和1.65,电缆增温处理、开顶箱增温处理和开顶箱-电缆联合增温处理之后,土壤呼吸的Q值分别为1.22、1.22和1.11,异养呼吸的Q值变为1.49、1.49和1.35。(2)、三种增温处理对样地各土层革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、放线菌、丛枝菌根真菌、真菌五种微生物磷脂防酸生物量均有不同程度的减少作用,三种增温处理均提高了各土层中革兰氏阳性菌的相对丰度,而降低了革兰氏阴性菌、放线菌、丛枝菌根真菌、真菌的相对丰度。土壤微生物群落结构的RDA分析发现,在各土层中对照样方、不同增温处理样方明显分开,说明不同增温处理均使各土层土壤微生物群落结构发生明显变化。0-10 cm土层中土壤总有机碳、可溶性有机碳含量与微生物群落结构显著正相关,在10-20 cm土层中可溶性有机碳、可溶性有机氮含量与微生物群落结构显著正相关,在20-40cm土层中土壤含水率和可溶性有机碳含量与微生物群落结构显著正相关。电缆增温、开顶箱增温和联合增温处理对各土层葡萄糖苷酶、纤维素水解酶活性具有一定程度的抑制作用,只有联合增温处理使这种抑制作用达到了显著水平(P土壤增温、大气增温和联合增温处理均显著提高了样地各土层中过氧化物酶、亮氨酸氨基肽酶和酸性磷酸酶的活性(P土壤酶活性的环境因子进行冗余分析发现,硝态氮是驱动各土层土壤酶活性变化的共同因子。p H与0-10cm土层土壤酶活性显著正相关,在10-20cm土层中土壤总有机碳含量亦与土壤酶活性显著正相关,在20-40cm土层中铵态氮含量亦与土壤酶活性显著正相关。(3)、增温处理使土壤颗粒有机碳整体上减少了10.31%-35.4%,增温处理使土壤矿物结合有机碳整体上减少了6.42%-16.01%,这表明土壤颗粒有机碳含量对增温的响应更加敏感。本研究中不同增温处理对稳定结合态有机碳和钙结合态有机碳含量的影响并不显著,而显著降低了土壤中铁铝结合态有机碳的含量,这表明增温处理使矿物结合有机碳含量减少主要是由铁铝结合态有机碳含量减少造成的。

关键词：增温方式土壤呼吸/异养呼吸土壤有机碳组分微生物群落结构土壤酶活性

黔中喀斯特小流域土壤有机碳的空间特征及储量估算

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黔中喀斯特小流域土壤有机碳的空间特征及储量估算

作者：孙沙沙贵州大学

学位级别：硕士

土壤有机碳库作为陆地生态系统中最大的碳库,其对全球气候变化和人类生存环境有着非常重要的影响,但喀斯特地区由于比较特殊的地质地貌特征以及复杂的地形背景,土壤及其有机碳含量表现出了较强的空间异质性。本文以黔中喀斯特小流域的... 详细信息

土壤有机碳库作为陆地生态系统中最大的碳库,其对全球气候变化和人类生存环境有着非常重要的影响,但喀斯特地区由于比较特殊的地质地貌特征以及复杂的地形背景,土壤及其有机碳含量表现出了较强的空间异质性。本文以黔中喀斯特小流域的土壤为研究对象,通过野外调查和室内分析,对该地区表层(0-20cm)土壤以及部分剖面土壤的总有机碳和活性有机碳进行分析测定,通过传统统计和ArcGIS软件中地统计相结合的手段对其进行空间分布特征研究,同时测定土壤自然含水量和容重,利用其容重对土壤有机碳密度进行计算,再对土壤有机碳储量作出估算,采用土壤有机碳物理-化学联合分组方法,对黔中喀斯特小流域不同土地利用方式下土壤有机碳进行分组并测定不同组分土壤有机碳含量。本研究通过对土壤样品所测实验数据进行分析,获得的主要结果如下:(1)流域内土壤总有机碳和活性有机碳表现出含量高、变异性弱的特征。土壤总有机碳平均含量为31.13g/kg,变化范围为1.34-191.13g/kg,活性有机碳平均含量为18.00g/kg,变幅为0.53-188.29g/kg,总有机碳和活性有机碳含量变异系数分别为3%和5%,均呈较弱强度变异,整个小流域内土壤总有机碳和活性有机碳含量都处于一个较高水平,92.8%以上的样点土壤总有机碳含量高于31.28g/kg,91.3%的土壤活性有机碳含量高于15.98g/kg。(2)流域内土壤总有机碳和活性有机碳平均含量随土壤剖面层次的加深而减少,表聚性非常明显。0-20cm、20-40cm两层剖面土层内土壤总有机碳和活性有机碳含量随着土壤层次的逐渐加深其二者含量递减较快,40cm往下的土层其二者含量减小范围逐渐变小并且最后在某个值周围趋于稳定状态,表层(0-20cm)土壤总有机碳和活性有机碳含量最大,分别为34.65g/kg和13.32g/kg。(3)地统分析表明土壤总有机碳和活性有机碳为中等程度的自相关性,其块金系数分别为33.37%和48.55%,总有机碳的空间相关尺度为389.32m,活性有机碳的空间相关尺度为319.86m。通过空间分布得出土壤总有机碳和活性有机碳含量呈破碎斑块状分布格局,其分布状况基本与小流域植被种植类型以及起伏多变的地形特征相吻合,在分布图上除少数明显的低值区外,其余土壤总有机碳和活性有机碳含量分布区斑块破碎严重,轮廓分明,高值区和低值区相互交错分布。(4)利用物理-化学联合分组方法得到十二种有机碳组分,三种土地利用方式下这几种土壤有机碳组分含量大小趋势基本相同,并且各有机碳组分之间差异较大,主要表现为:非保护粗颗粒有机碳含量最大,非酸解粉粒和粘粒含量最小,同一土地利用方式下不同组分有机碳含量90%差异显著(P>0.05),三种不同土地利用方式下同一组分有机碳含量98%差异显著,随着分组步骤的进一步进行,所得组分大部分土壤有机碳含量也逐渐减小。(5)小流域内土壤平均有机碳密度为6.45kg/m,稻田、林地、荒草地土壤平均有机碳密度分别为6.44kg/m、7.03kg/m、6.31g/m,土壤平均有机碳储量为644.99kg/m,稻田、林地、荒草地土壤平均有机碳储量分别为644.20kg/m、703.09kg/m、631.24kg/m。由此可以看出土壤有机碳密度和土壤有机碳储量成正相关关系。

关键词：喀斯特土壤有机碳含量土壤有机碳组分碳储量空间特征

中亚热带戴云山不同海拔黄山松林土壤有机碳和微生物特性的变化

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中亚热带戴云山不同海拔黄山松林土壤有机碳和微生物特性的变化

作者：赵盼盼福建师范大学

学位级别：硕士

土壤是地球系统中活跃的最大碳库,森林碳库作为土壤碳库的重要组成部分,其微小变化将对气候变暖产生强烈的反馈效应。不同海拔土壤有机碳(SOC)已展开较多研究,其中微生物是影响SOC变化的重要因素,然而当前研究主要集中在海拔对单一土壤... 详细信息

土壤是地球系统中活跃的最大碳库,森林碳库作为土壤碳库的重要组成部分,其微小变化将对气候变暖产生强烈的反馈效应。不同海拔土壤有机碳(SOC)已展开较多研究,其中微生物是影响SOC变化的重要因素,然而当前研究主要集中在海拔对单一土壤碳库或者单一对微生物群落的影响,微生物是如何具体影响碳库的变化仍未知。黄山松(Pinus taiwanensis),中国特有树种。戴云山脉是我国最大的黄山松遗传基地。目前发现高海拔黄山松植株矮小影响到凋落物的归还,可能会改变了土壤有机质的输入过程。因此,本研究以中亚热带戴云山的3个海拔(1300m(L)、1450m(M)、1600m(H))的黄山松林为研究对象,研究SOC和微生物特性对海拔梯度的响应。主要得到以下结果:a.不同海拔SOC组分含量和部分理化性质均存在显著差异,其中土壤含水量,总氮、总磷、硝态氮(NO-N)、碳/氮(C/N)和活性炭(LPI-C)、慢性碳(LPII-C)、惰性碳(RP-C)均随海拔升高显著下降。高海拔植被生长状况差导致凋落物归还减小,养分缺乏。与低海拔相比,高海拔LPI-C的比例显著增加,而RP-C的比例显著下降。研究表明海拔越高,土壤有机碳越不稳定,更多的RP-C被分解LPI-C,维持高海拔养分周转。b.除A层微生物生物量碳(MBC)外,土壤中MBC、微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量磷(MBP)的含量均随海拔升高呈显著下降。不同海拔梯度对A层土壤的酶活性影响显著,对B层土壤的酶活性影响整体较小。随海拔升高A层土壤中β-葡糖苷酶(βG),纤维素水解酶(CBH)和过氧化物酶(PEO)活性显著下降,而酸性磷酸酶(ACP)酶活性显著增加。本地区是磷限制地区,随海拔升高,磷素含量显著下降,缺磷现象加剧,MBP常作为磷的一种有效库,具有决定作用,可以对土壤中的有效磷进行补充,因此MBP是决定本地区酶活性的关键因子。c.不同海拔门分类水平上土壤优势细菌和真菌群落组成一致。细菌主要是由Proteobacteria,Acidobacteria,Chloroflexi,Actinobacteria构成,真菌主要是由Basidiomycota,Ascomycota,Zygomycota,Chytridiomycota构成。不同海拔对细菌和真菌的Alpha多样性均无显著影响,但低海拔细菌的Beta多样性显著高于中和高海拔。另外不同海拔细菌微生物功能也存在显著差异。低海拔脂质,维生素等营养物质及能量代谢增加,降解活性碳的功能丰度增加,微生物合成功能蛋白增加。而高海拔多种氨基酸,柠檬酸代谢较强。d.不同海拔影响土壤微生物群落结构和功能变化的主要环境因子都是土壤有效养分含量。不同海拔影响细菌结构的主要影响因子是MBP和C/N,不同海拔影响真菌结构的主要影响因子是可溶性有机氮(DON),影响微生物功能的主要影响因子是MBN和C/N,影响土壤微生物功能的主要是氮素。优势物种Proteobacteria,微生物群落功能(NAG酶)和代谢(合成蛋白质功能)均影响了氮的转化,使C/N发生变化,高海拔C/N低会加速微生物对底物的分解速度,因此C/N是不同海拔影响SOC组分的主要因子。

关键词：土壤有机碳组分海拔梯度微生物 16S rDNA和ITS测序 PICRUSt基因功能预测