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生物炭与氮肥配施对水稻土理化性质及作物氮效率的影响

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农业环境科学学报 2024年

作者：郭亚新杨镜秀韩昱放王迪曹殿云孟军陈温福兰宇沈阳农业大学农学院农业农村部生物炭与土壤改良重点实验室

为探究生物炭与氮肥配施对水稻土理化性质和水稻氮素利用、水稻产量形成等的影响，以辽宁省典型水稻土为研究对象设置田间试验。试验共设4处理，分别为不施氮肥（CK）、单施氮肥（N）、单施生物炭（BC）和氮肥与生物炭配施（N+BC）。于... 详细信息

为探究生物炭与氮肥配施对水稻土理化性质和水稻氮素利用、水稻产量形成等的影响，以辽宁省典型水稻土为研究对象设置田间试验。试验共设4处理，分别为不施氮肥（CK）、单施氮肥（N）、单施生物炭（BC）和氮肥与生物炭配施（N+BC）。于水稻收获后测产并采土测定土壤理化性质。添加玉米秸秆生物炭使土壤容重显著降低了0.04～0.07 g·cm-3，土壤pH值和养分含量均显著升高，其中土壤有机质和速效磷含量在生物炭与氮肥配施处理下提高效果最显著；相比于单施化肥，玉米秸秆生物炭与氮肥配施显著提高了水稻产量，经济产量、秸秆产量和生物产量分别提高了10.03%、8.70%和9.36%；在施氮肥的基础上添加生物炭显著提高了籽粒的含氮量和氮素积累量以及水稻的氮素收获指数，同时水稻氮肥利用率、偏生产力和土壤氮素依存率分别显著提高了2.09%、5.47%和2.44%。研究表明，生物炭与氮肥配施有利于提高土壤肥力水平从而显著提高水稻氮素积累量和产量。

关键词：生物炭水稻土壤理化性质产量构成氮效率

土壤微生物碳利用效率对农田管理措施响应的机制

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土壤学报 2024年

作者：张晨阳孙力扬徐明岗李建华蔡岸冬山西农业大学生态环境产业技术研究院/土壤环境与养分资源山西省重点实验室中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所/农业农村部耕地质量监测与评价重点实验室山西农业大学资源环境学院

为明确农田生态系统中土壤微生物碳利用效率(CUE)对不同管理措施的响应及驱动因素，深刻理解土壤有机碳周转、快速提升土壤肥力和有效减缓气候变化。收集全球已公开发表的198组文献数据，通过整合分析(Meta-analysis)和皮尔森(Pearson)... 详细信息

为明确农田生态系统中土壤微生物碳利用效率(CUE)对不同管理措施的响应及驱动因素，深刻理解土壤有机碳周转、快速提升土壤肥力和有效减缓气候变化。收集全球已公开发表的198组文献数据，通过整合分析(Meta-analysis)和皮尔森(Pearson)分析方法探究不同农田管理措施对土壤微生物CUE的影响和主控因素。结果表明：添加生物质炭能够增加13C标记底物(CUE13C)和18O标记水(CUE18O)方法测量(计算)的土壤微生物CUE，而降低化学计量模型(CUEST)方法计算的土壤微生物CUE。施用化肥降低土壤微生物CUE18O(-4.71%)，但提高土壤微生物CUEST(28.20%)。秸秆还田导致土壤微生物CUE18O和CUEST分别降低14.08%和28.64%。免耕/少耕使通过三种方法评估的土壤微生物CUE均得到显著增加。特定气候、土壤属性和试验年限显著影响了土壤微生物CUE的变化趋势。干旱指数和土壤pH是影响土壤微生物CUE13C效应值的关键因素。土壤微生物CUE18O效应值随着土壤微生物生长速率和微生物生物量碳的增加而增加。土壤微生物CUEST效应值与土壤有机碳和微生物细胞外酶活性呈显著正相关关系(P土壤黏粒含量呈显著负相关关系(P土壤化学性质以及微生物活性和功能对农田管理措施的响应有利于调节作用于微生物群落或者细胞层面的土壤微生物CUE，从而更有效地促进农田生态系统中土壤有机碳的形成和积累。

关键词：微生物碳利用效率农田管理 13C标记底物 18O标记水化学计量模型整合分析

松嫩典型黑土区耕地黑土层厚度数字制图方法比较

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地球信息科学学报 2024年第6期26卷 1452-1468页

作者：郭俊辉刘峰徐胜祥高璐璐赵治东胡文友于东升赵玉国中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室南京210008 中国科学院大学北京100049 中国科学院南京土壤研究所土壤环境与污染修复重点实验室南京210008 安徽理工大学空间信息与测绘工程学院淮南232001

黑土层厚度与农田土壤肥力和质量密切相关,准确刻画东北松嫩典型黑土区耕地黑土层厚度的空间分布对黑土地保护和农业可持续发展具有重要意义。然而,常用的预测模型在平原漫岗地区进行数字制图具有较大的难度,如何准确预测黑土层厚度的... 详细信息

黑土层厚度与农田土壤肥力和质量密切相关,准确刻画东北松嫩典型黑土区耕地黑土层厚度的空间分布对黑土地保护和农业可持续发展具有重要意义。然而,常用的预测模型在平原漫岗地区进行数字制图具有较大的难度,如何准确预测黑土层厚度的空间分布特征是亟待解决的问题。选取东北地区松嫩典型黑土区作为研究区,以研究区内106个剖面点和45个环境因子为基础数据,通过因子重要性排序和相关性剔除法筛选变量,利用多元线性回归(Multiple Linear Regression,MLR)、随机森林(Random Forest,RF)、梯度提升树(Gradient Boosting Decsion Tree,GBDT)、极端梯度提升(Extreme Gradient Boosting,XGBoost)、随机森林回归克里格(Random Forest-Regression Kriging,RF-RK)和堆叠泛化模型(Stacking)对黑土层厚度进行空间预测制图,评估不同模型预测精度并研究影响黑土层厚度空间分布的最优协变量,并基于较优模型绘制东北黑土区耕地黑土层厚度分级图。结果表明:①Stacking组合多种模型的优点,预测性能表现最佳(R^(2)=0.47,MAE=21.02 cm,RMSE=27.12 cm),其次是RF-RK和RF;②通过变量筛选剔除低贡献度的环境变量后,不同模型的R^(2)平均提高0.11,其中MLR提升幅度最大为0.32;③不同模型预测的松嫩典型黑土区黑土层厚度空间分布趋势基本一致,60 cm以上的黑土层主要分布在研究区的东北部和东南部,而30 cm以下的黑土层主要分布在研究区的西南部。在平原漫岗地区,RF-RK和Stacking可以作为黑土层厚度预测的有效方法,总初级生产力(GPP)、坡度坡长因子(LS)和地表温度最大值合成(LSTm)是模型中最重要的解释变量,且黑土层厚度的空间分布信息能为黑土区耕地黑土保护和农业可持续发展提供数据支持。

关键词：黑土层厚度数字土壤制图变量筛选机器学习随机森林回归克里格堆叠泛化模型空间分异特征最优协变量

微塑料输入对热带农田土壤N_(2)O排放及氮转化过程的影响

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环境科学 2024年第10期45卷 6139-6147页

作者：王晓彤冷有锋王俊姣黄小敏付亚军范长华高文龙张文宁梓妤陈淼海南大学生态与环境学院海口570228 中国热带农业科学院环境与植物保护研究所农业农村部热区农业绿色低碳重点实验室海口571101 海南大学热带农林学院海口570228 华中农业大学资源与环境学院武汉430070 海南儋州热带农业生态系统国家野外科学观测研究站儋州571737

农田土壤微塑料污染引发的土壤生态与环境问题已备受关注.为探究不同类型微塑料输入对热带典型农田土壤性质、N_(2)O排放及氮转化过程的影响,以海南典型辣椒-玉米轮作土壤为研究对象,通过室内恒温培养试验,设置空白对照(CK)、添加5%聚乙... 详细信息

农田土壤微塑料污染引发的土壤生态与环境问题已备受关注.为探究不同类型微塑料输入对热带典型农田土壤性质、N_(2)O排放及氮转化过程的影响,以海南典型辣椒-玉米轮作土壤为研究对象,通过室内恒温培养试验,设置空白对照(CK)、添加5%聚乙烯(PE)微塑料和添加5%聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯微塑料(PBAT)这3个处理.结果表明,两种微塑料的添加均增加了土壤pH,提高土壤有机碳(SOC)和溶解性有机碳(DOC)含量,其中PBAT较PE影响更大;PE和PBAT处理分别增加66.07%和119.65%的铵态氮(NH_(4)^(+)-N)含量,降低8.56%和29.68%的硝态氮(NO_(3)^(-)-N)含量.PBAT处理显著增加土壤N_(2)O累计排放量(P土壤净氮矿化速率(NMR)和降低土壤净硝化速率(NNR),且PBAT较PE影响更明显.PBAT处理可提高ureC基因丰度,而PE处理对其影响不显著.微塑料的输入均降低了硝化微生物功能基因丰度(AOA-amoA、AOB-amoA和nxrA),且PBAT处理较PE影响更为显著.PBAT处理显著增加了nirK、nirS、nosZ和Fungal nirK基因丰度(P土壤性质,并通过促进反硝化作用加剧土壤N_(2)O的排放.

关键词：微塑料(MPs) 土壤性质氮转化氧化亚氮(N_(2)O)排放功能基因

磷添加对棉田土壤理化性质及其细菌多样性的影响

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西南农业学报 2024年第2期37卷 373-381页

作者：张曼侯天钰张应榕王娟红陈波浪新疆农业大学资源与环境学院乌鲁木齐830052 新疆土壤与植物生态过程重点实验室乌鲁木齐830052

【目的】为了解不同磷肥施用量对棉田土壤理化性质及其细菌群落结构的影响,以连续6年不同磷添加的田间定位试验为背景,探讨土壤细菌群落与其理化性质的关系。【方法】试验共设5个处理:0 kg/hm^(2)(P0)、75 kg/hm^(2)(P1)、150 kg/hm^(2)... 详细信息

【目的】为了解不同磷肥施用量对棉田土壤理化性质及其细菌群落结构的影响,以连续6年不同磷添加的田间定位试验为背景,探讨土壤细菌群落与其理化性质的关系。【方法】试验共设5个处理:0 kg/hm^(2)(P0)、75 kg/hm^(2)(P1)、150 kg/hm^(2)(P2)、300 kg/hm^(2)(P3)和450 kg/hm^(2)(P4)。测定花铃期棉田土壤含水率、温度、容重、pH、电导率以及有机质等理化指标,运用高通量测序技术分析不同施磷水平0~20 cm土层细菌多样性及其结构组成。【结果】施磷可以降低pH和电导率含量,而对土壤容重和含水量均无较大影响;不同施磷水平对土壤有机质含量和温度均产生显著影响,且在P2时达到最高。细菌群落结构中,2个优势菌门为变形菌门和放线菌门,3个优势菌纲为γ⁃变形菌纲、α⁃变形菌纲和β⁃变形菌纲,2个优势菌目为假单胞菌目和根瘤菌目,2个优势菌科为假单胞菌科和慢生根瘤菌科,4个优势菌属为中华根瘤菌属、慢生根瘤菌属、链霉菌属和糖多孢菌属。P2处理的OTU数和Chao1指数分别为4702和6217.79,均为最高。说明磷添加可以增加土壤细菌群落的丰富度和多样性。具有溶磷作用的3个门(放线菌门、变形菌门和浮霉菌门)和2个属(慢生根瘤菌属和链霉菌属)相对丰度随磷肥施入而显著升高。RDA分析结果表明,土壤pH、电导率、有机质和容重与放线菌门呈显著正相关,与变形菌门呈负相关。【结论】与不施用磷肥相比,施用磷肥可显著提高土壤温度、有机质和细菌优势菌群(浮霉菌门、β⁃变形菌纲、慢生根瘤菌属和链霉菌属)相对丰度,降低土壤pH和电导率。其中,P2处理的土壤温度、有机质和α多样性明显提高,电导率显著下降,能够有效改善土壤生态环境,进而提高土壤肥力。

关键词：磷肥棉田土壤理化性质细菌群落结构

免耕技术对三大粮食作物的区域产量效应及其影响因素的Meta分析

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农业工程学报 2024年第16期40卷 133-142页

作者：王雪佟丙辛李长青孙志梅河北农业大学资源与环境科学学院保定071000 河北省农田生态环境重点实验室保定071000

免耕是保护性耕作的核心技术之一,了解免耕对中国粮食作物产量的影响对于保障国家粮食安全和推广应用免耕技术具有重要意义。该研究通过收集整理1995—2023年间国内外公开发表的文献数据,以传统耕作(翻耕、旋耕、耙耕,深度8)及一年一熟... 详细信息

免耕是保护性耕作的核心技术之一,了解免耕对中国粮食作物产量的影响对于保障国家粮食安全和推广应用免耕技术具有重要意义。该研究通过收集整理1995—2023年间国内外公开发表的文献数据,以传统耕作(翻耕、旋耕、耙耕,深度及产量构成的总体和区域影响,并对其影响因素进行了解析。结果表明:1)在全国范围内,免耕对小麦、玉米和水稻三大粮食作物的产量影响均不显著,但按区域分析,免耕分别显著提高了西南和西北区4.1%和2.2%的小麦产量,显著降低了东北、西北和东南区2.4%、2.6%和3.5%的玉米产量,显著降低了东南区1.0%的水稻产量,而对华北区的小麦、玉米产量以及对其他区域的小麦和水稻产量影响均不明显。2)免耕提高或降低作物的产量效应主要是显著提高或降低了有效穗数的结果,而对穗粒数和千粒质量影响相对较小。3)年均降水量是造成免耕小麦和玉米产量区域性差异的主要因素,贡献度分别为12.7%和13.6%,土壤有机碳含量是影响免耕水稻产量区域性差异的主要因素,贡献度为16.2%。在年均温度≤10℃、年均降水量≤400 mm、土壤养分含量较低(有机碳含量≤10 g/kg、全氮含量≤1 g/kg)的西北区,免耕显著增加了一年一熟制和连作种植下的小麦产量。较低年均降水量(≤400 mm)虽然能促进西北区玉米产量的提升,但该区较高的土壤pH(pH>8)及一年一熟或两年三熟的玉米种植模式,均会导致免耕玉米产量的显著降低;东北区和东南区玉米产量的降低则又分别受低温(≤10℃)和高温(>15℃)的影响。较高的年均降水量(>800 mm)、土壤养分含量(有机碳含量>15 g/kg、全氮含量>1.5 g/kg)和氮、钾肥投入量综合影响东南区免耕水稻的产量效应。因此,免耕技术的应用需要综合考虑作物类型、区域气候、土壤肥力特征和种植制度等因素。研究结果可为免耕技术在不同农区粮食作物上的推广应用提供科学依据。

关键词：免耕作物产量产量构成 Meta分析

沼液配施化肥对大葱产量和土壤养分、微生物及酶活性的影响

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中国生态农业学报（中英文） 2024年第1期32卷 95-105页

作者：温云杰张纪涛李琳王琦刁风伟高敏王秀红史向远山西农业大学山西有机旱作农业研究院/农业农村部有机旱作农业重点实验室/有机旱作农业山西省重点实验室太原030031 山西农业大学果树研究所太原030031 山西农业大学资源环境学院晋中030801

明确沼液替代化肥的合适比例以及沼液对大葱产量和土壤养分、微生物含量以及酶活性的影响,可为沼液的合理施用提供理论依据。试验设计了不施肥(CK)、化肥(CF)、沼液替代25%化肥氮(25BS)、沼液替代50%化肥氮(50BS)、沼液替代75%化肥氮(75... 详细信息

明确沼液替代化肥的合适比例以及沼液对大葱产量和土壤养分、微生物含量以及酶活性的影响,可为沼液的合理施用提供理论依据。试验设计了不施肥(CK)、化肥(CF)、沼液替代25%化肥氮(25BS)、沼液替代50%化肥氮(50BS)、沼液替代75%化肥氮(75BS)、沼液替代100%化肥氮(100BS)6个处理,分析了大葱产量及土壤养分含量、磷脂脂肪酸含量和碳氮磷循环相关酶活性,并通过偏最小二乘法路径模型(PLS-PM)探究上述指标的因果关系。结果表明,与CK相比,CF和各沼液处理(25BS、50BS、75BS和100BS)均能显著提高大葱产量(P土壤养分状况,与CK相比,施用沼液显著提高土壤有机碳(SOC,19.5%~65.8%)、全氮(TN,40.5%~69.6%)、铵态氮(NH_(4)^(+),26.8%~77.4%)、硝态氮(NO_(3)^(−),30.1%~41.9%)、速效磷(AP,10.5%~40.6%)、速效钾(AK,5.4%~8.5%)含量。施用沼液可有效提高土壤微生物含量以及土壤酶活性,与CK相比,施用沼液显著提高细菌、真菌、放线菌等微生物的磷脂脂肪酸含量(P土壤碳、氮、磷相关循环酶活性(P及碳、氮、磷相关循环酶活性均呈先增加后降低的趋势(P土壤微生物含量以及碳、氮循环酶活性,并提升大葱产量,但是过量的沼液可导致土壤电导率升高,并对土壤微生物活性和大葱生长产生抑制效果。本研究表明,短期施用沼液可显著提高大葱产量,有效改善土壤养分状况,并有利于土壤微生物含量以及酶活性提高,其中以沼液替代50%化肥氮的处理效果最优,但是沼液并不能完全替代化肥,施用过量的沼液容易造成土壤盐分累积,不利于大葱和土壤微生物的生长。

关键词：沼液土壤肥力土壤微生物土壤酶活性大葱

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磷肥有机替代、秸秆还田对土壤化学性质和棉花产量及其构成的影响

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中国土壤与肥料 2024年第4期 64-75页

作者：黄伟王西和贾宏涛杨金钰屈小慧刘盈锐刘晓菊新疆农业大学资源与环境学院/新疆土壤与植物生态过程重点实验室新疆乌鲁木齐830052 新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所/国家灰漠土肥力与肥料效益监测站/国家土壤质量新市区观测实验站新疆乌鲁木齐830091

新疆有机肥资源丰富,探索磷肥有机替代、秸秆还田的外源肥料投入对土壤化学变化、棉花产量及其构成的影响,为深入了解当前棉田肥力和确定棉花减磷增效的技术服务着力点提供参考依据。经国家灰漠土肥力与肥料效益监测基地5年田间微区定... 详细信息

新疆有机肥资源丰富,探索磷肥有机替代、秸秆还田的外源肥料投入对土壤化学变化、棉花产量及其构成的影响,为深入了解当前棉田肥力和确定棉花减磷增效的技术服务着力点提供参考依据。经国家灰漠土肥力与肥料效益监测基地5年田间微区定位试验,在膜下滴灌条件下设置7个施肥处理,T1:不施肥,T2:不施磷,T3:常规施化肥磷100%,T4:有机肥磷替代25%化肥磷,T5:有机肥磷替代50%化肥磷,T6:化肥磷100%+25%有机肥磷,T7:化肥磷100%+秸秆还田。于2022年采集土壤样品,探明不同比例磷肥有机替代、秸秆还田对土壤化学性质、磷素有效性特征和棉花产量及其构成的影响。研究结果表明:(1)在外源肥料投入量(有机肥和化肥)均为等氮磷用量的条件下,磷肥有机替代、秸秆还田有利于加速土壤养分转化,增加土壤速效养分、全量养分含量。速效氮、有效磷、速效钾含量增幅分别在3.0%~25.3%、29.2%~120.1%、70.1%~99.1%之间,各速效养分含量依次与外源肥料投入后增量最高的T6、T5、T5处理相比,年均分别增长3.12、1.69、30.75 mg·kg^(-1)。全氮、全磷、全钾含量增幅分别在21.1%~43.9%、1.59%~41.3%、9.3%~33.6%之间,各全量养分含量依次与外源肥料投入后增量最高的T6、T6、T5处理相比,年均分别增长0.04、0.05、1.36 g·kg^(-1)。整体上有机替代、增施有机肥和秸秆还田对促进土壤养分的转化效果比单施化肥好,且长期施用有机肥的效应优于秸秆还田。(2)耕层土壤有机质含量随有机肥替代量的增加而增加,50%的有机替代其有机质含量显著最高(12.21 g·kg^(-1)),年均增长0.4 g·kg^(-1),最小增量T1~T2与最大增量T1~T5相比,增加1.04~3.44 g·kg^(-1),增幅为11.86%~39.22%,总体表现为正效应。相对较高的土壤pH和盐含量是限制棉花高效生产的主要因素,有机肥和秸秆还田对土壤pH和含盐量整体起到降低的作用,最大降幅pH的T1与T5、盐含量T5与T3相比分别下降3.07%、24.48%,总体表现为负效应。配施有机肥和秸秆还田增强了土壤供氮能力和磷素活化能力,土壤磷活化系数从1.52%提升到2.78%。由于受新疆石灰性土壤自然特性及气候条件限制,综合C/N、C/P、N/P表明,灰漠土有机质处于缺乏状态。(3)磷肥有机替代和秸秆还田均能够维持或促进棉花增产,在密度为24万株·hm^(-2)的试验种植模式下,连续5年常规施肥、25%的有机替代、50%的有机替代、增施有机肥、秸秆还田其籽棉产量分别达4173.13、4196.72、4805.10、5035.51、4830.98 kg·hm^(-2),综合土壤养分指标、肥料投入、棉花产量分析,50%的有机替代在节约磷肥用量的前提下对棉花增产效果最佳,与T1、T2、T3相比,分别显著增产20.49%、18.62%、15.14%。因此,研究认为当下应用50%的有机替代技术,即施磷(P_(2)O_(5))60 kg·hm^(-2)和配施羊粪9784 kg·hm^(-2),较为可行。

关键词：棉花有机替代化学磷肥土壤化学性质产量 N/P

黄土高原退耕方式与年限对土壤呼吸及其温度敏感性的影响

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西北林学院学报 2024年第2期39卷 36-43页

作者：严婉莹扈晓碟黄金权肖银屏肖海兵华中农业大学资源与环境学院湖北武汉430070 长江水利委员会长江科学院水土保持研究所湖北武汉430019 江西省土壤侵蚀与防治重点实验室江西南昌330000

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的关键过程,明确退耕后土地利用变化对土壤呼吸及其温度敏感性的影响是提升土壤碳汇能力的重要前提。以黄土高原20 a耕地、退耕3、6、10 a的苹果园与撂荒地为研究对象,原位监测样地2018年7-12月的土壤呼吸... 详细信息

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的关键过程,明确退耕后土地利用变化对土壤呼吸及其温度敏感性的影响是提升土壤碳汇能力的重要前提。以黄土高原20 a耕地、退耕3、6、10 a的苹果园与撂荒地为研究对象,原位监测样地2018年7-12月的土壤呼吸速率,估算其温度敏感性,并应用偏最小二乘结构方程模型,明确土壤呼吸及其温度敏感性的关键影响因子。结果表明,随退耕年限的增加,撂荒地土壤有机碳和全氮含量呈现先降低后升高的趋势,苹果园则与之相反。监测期间撂荒地平均土壤呼吸速率为2.73~4.65μmol·m^(-2)·s^(-1),苹果园为1.07~3.13μmol·m^(-2)·s^(-1),退耕3 a和6 a撂荒地的土壤呼吸速率显著高于苹果园(P土壤呼吸温度敏感性的变化范围为1.477~4.055,不同退耕方式间土壤呼吸温度敏感性并无显著差异。偏最小二乘-结构方程模型结果表明,土壤因子共解释了土壤呼吸及其温度敏感性34.4%的变化;相比于化学和生物因子,土壤水分与温度等物理因子对土壤呼吸及其温度敏感性的影响更为显著。研究表明,退耕后短期内(0~6 a),苹果园的固碳潜力更大,但随着退耕年限的延长(>6 a),撂荒地更有利于土壤固碳。

关键词：黄土高原退耕土壤呼吸温度敏感性

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