有机碳矿化

稻草还田条件下水田和旱地土壤有机碳矿化特征与差异王嫒华;苏以荣;李杨;吴金水;郑华;朱捍华;胡乐宁【摘要】采用14C示踪技术,通过l00d的原状土柱室内模拟试验,得出以下研究结果:培养100 d后,有34.74％(水田覆盖)、17.85％(水田翻埋)、35.68％(旱地覆盖)和36.06％(旱地翻埋)的稻草碳被矿化,水田和旱地土壤分别有0.99％～1.17％和2.25％～2.53％的原有有机碳被矿化.土地利用和稻草还田方式及两因素的交互作用,对添加稻草碳的矿化速率和累积矿化率均有显著影响(p＜0.01),但对于土壤原有有机碳的矿化速率和累积矿化量,只有土地利用方式对其有显著影响(p＜0.01)；添加稻草后,土壤总累积矿化量没有发生显著变化(旱地翻埋除外),因为稻草还田抑制了土壤原有有机碳的降解,使l00d的累积矿化量相对于各自对照减少了13.95％(水田覆盖)、15.68％(水田翻埋)、11.04％(旱地覆盖)和3.34％(旱地翻埋).水田翻埋和旱地覆盖是稻草资源合理利用的较好方式,更有利于土壤有机碳的积累；添加的稻草碳和土壤原有有机碳在水田的矿化速率均显著低于旱地,是水田有机碳含量通常高于同一景观单元旱地的主要原因之一.%To improve the farmland soil fertility and provide suggestions for better field management for more carbon sequestration, effects of land use and rice straw incorporation models on mineralization of soil organic carbon were quantitatively investigated. The CO2-C evolved from the soil was measured during incubation of the undisturbed soil column mulched or incorporated with C labeled rice straw over a 100-day period. Results show that straw carbon participated in carbon mineralization, contributing 34.74% in paddy mulched with straw (SM) , 17. 85% in paddy incorporated with straw ( SI) , 35. 68% in upland ( SM ) and 36. 06% in upland (SI) of the 14C-labelled ricestraw carbon applied in either way after 100 d incubation. Meanwhile, 0. 99%~ 1. 17% and 2. 25%~2. 53% of the native soil organic carbon ( SOC) in the paddy and upland soil was mineralized, respectively. Rice straw application model and land use and their interaction all showed significant effects on mineralization rate and accumulative mineralization rate of applied rice straw carbon (p < 0.01). However, only land use (p < 0. 01 ) did on mineralization rate of SOC and accumulative mineralization rate of SOC. Application of rice straw did not affect much the total soil accumulative carbon mineralization rate except in upland (SI) because straw in the soil inhibited decomposition of native SOC, thus reducing the lOOd cumulative mineralization rate by 13. 95% in paddy (SM) , 15. 68% in paddy (SI) , 11. 04% in upland (SM) and 3. 34% in upland (SI). Comparatively, Straw incorporation in paddy fields and straw mulch in upland fields are better straw application models and more favorable to accumulation of SOC. The mineralization rate of either applied rice straw carbon or native SOC in paddy soil is obviously lower in paddy soil than in upland soil, which is one of the main reasons why the content of soil organic carbon is generally higher in paddy soil than in upland soil within the same landscape.【期刊名称】《土壤学报》【年(卷),期】2011(048)005【总页数】9页(P979-987)【关键词】水田;旱地;原状土柱;有机碳矿化;14C示踪技术【作者】王嫒华;苏以荣;李杨;吴金水;郑华;朱捍华;胡乐宁【作者单位】中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态重点实验室,长沙410125;中国科学院研究生院,北京100049;中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态重点实验室,长沙410125;中国科学院环江喀斯特农业生态试验站,广西环江547100;中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态重点实验室,长沙410125;中国科学院研究生院,北京100049;中国科学院环江喀斯特农业生态试验站,广西环江547100;中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态重点实验室,长沙410125;中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态重点实验室,长沙410125;中国科学院研究生院,北京100049;中国科学院环江喀斯特农业生态试验站,广西环江547100;中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态重点实验室,长沙410125;中国科学院研究生院,北京100049;中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态重点实验室,长沙410125;中国科学院研究生院,北京100049;中国科学院环江喀斯特农业生态试验站,广西环江547100【正文语种】中文【中图分类】S124+2;S153.6+2水田和旱地作为农田土壤的主要利用方式，其有机质积累状况及循环机理一直是研究者关注的问题。

可溶性有机碳的含量动态及其与土壤有机碳矿化的关系一、本文概述本文旨在探讨可溶性有机碳（DOC）的含量动态及其在土壤有机碳矿化过程中的作用。

可溶性有机碳是土壤有机碳的重要组成部分，其动态变化不仅影响土壤肥力和微生物活动，还与环境质量及全球碳循环密切相关。

因此，研究可溶性有机碳的含量动态及其与土壤有机碳矿化的关系，对于理解土壤碳循环机制、预测土壤碳动态以及评估土壤碳库对全球气候变化的响应具有重要意义。

本文首先回顾了可溶性有机碳的基本概念、性质及其在土壤碳循环中的作用，为后续研究提供理论基础。

接着，通过文献综述和实验数据分析，本文深入探讨了可溶性有机碳含量在不同土壤类型、不同环境条件下的动态变化特征，以及其与土壤有机碳矿化速率的关系。

在此基础上，本文进一步分析了可溶性有机碳对土壤微生物群落结构、土壤酶活性等土壤生物学过程的影响，揭示了可溶性有机碳在土壤有机碳矿化过程中的重要作用。

本文总结了可溶性有机碳含量动态及其与土壤有机碳矿化关系的研究进展，指出了当前研究中存在的问题和不足，并对未来的研究方向进行了展望。

本文的研究成果有助于深化对土壤碳循环机制的理解，为土壤碳管理和全球气候变化应对提供科学依据。

二、可溶性有机碳的含量动态可溶性有机碳（Dissolved Organic Carbon, DOC）是土壤生态系统中重要的碳组分，它直接参与土壤碳循环和能量流动，并对土壤有机碳矿化产生重要影响。

DOC的含量动态受多种因素调控，包括土壤类型、气候条件、植被类型、土地利用方式以及管理措施等。

在时间上，DOC的含量通常表现出明显的季节性变化。

在温暖湿润的季节，植物生长旺盛，根系分泌物和凋落物增加，导致DOC含量上升。

而在寒冷干燥的季节，植物生长减缓，DOC的输入减少，同时微生物活动减弱，DOC的分解降低，使得DOC含量下降。

这种季节性变化在不同类型的土壤和气候条件下均有所体现。

在空间上，DOC的含量则受到土壤类型、土地利用方式等因素的影响。

泥炭地土壤有机碳矿化激发效应的驱动机制1. 引言1.1 概述泥炭地土壤是一种特殊的湿地土壤，其具有高含水量、低氧气水平和丰富的有机质特点。

作为全球重要的碳汇之一，泥炭地土壤在全球碳循环中发挥着重要的作用。

然而，近年来由于人类活动和气候变化等因素的影响，泥炭地土壤中储存的大量有机碳被释放到大气中，加速了全球温室效应的进程。

1.2 研究背景随着对气候变化和环境保护问题日益关注，对泥炭地土壤有机碳矿化激发效应的驱动机制进行深入研究具有重要意义。

了解这些驱动机制有助于我们更好地预测和评估泥炭地土壤对全球碳循环以及气候变化的响应，并开展相关调控策略与措施。

1.3 研究意义本文旨在综述泥炭地土壤有机碳矿化激发效应的驱动机制，其中包括微生物活性与群落结构变化、土壤理化性质以及气候条件的影响等方面。

通过对相关研究的综述和分析，我们可以深入了解这些机制的作用和相互关系，为泥炭地土壤有机碳管理、气候变化适应措施以及环境保护提供科学依据。

此外，本文还将就存在问题提出建议，为进一步研究和农业生产实践提供指导。

通过对泥炭地土壤有机碳矿化激发效应驱动机制的深入研究，既可以促进环境恢复与生态建设，又可以为气候变化缓解和适应策略提供技术支持。

因此，在当前全球以减少温室气体排放为中心的国际合作中，加强对泥炭地土壤有机碳矿化激发效应驱动机制的研究具有重要意义。

2. 泥炭地土壤有机碳的特点和作用2.1 泥炭地土壤的定义及形成过程泥炭地土壤是一种特殊的湿地土壤，其主要特点是含有大量的有机质，通常以酸性环境为主。

其形成过程相对较长，需要经历数千年时间。

泥炭地土壤的形成始于湿原或沼泽环境中的植被物质积累。

当植物死亡时，它们的残体和根系会部分埋藏在湿润的环境中，随着时间的推移，在缺氧和高湿度的条件下，这些植物残体逐渐转化为腐殖质。

由于湿地环境中缺乏空气流通和微生物分解速度较慢，这些有机质得以保存并逐渐转化为泥炭。

2.2 有机碳在泥炭地土壤中的储量和分布泥炭地土壤是全球重要的有机碳库之一，在全球总有机碳储量中占据了重要位置。

土壤质地和水分对水稻土有机碳矿化的影响孙中林1,2,吴金水1,葛体达1,唐国勇1,2,童成立1＊(1.中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态重点实验室,长沙　410125;2.中国科学院研究生院,北京　100049)摘要:通过14C 示踪技术模拟实验(25℃下)研究砂壤土、壤黏土、粉黏土3种质地的水稻土有机碳矿化对水分变化的响应.砂壤土和壤黏土中水稻秸秆(14C 标记)的矿化率在75%田间持水量(WHC )达到最大值,160d 分别约为53%和58%,粉黏土在45%～105%WHC 范围内的矿化率处于缓慢升高趋势(41.8%～49.0%);3种土壤原有有机碳的矿化率都在75%WHC 最高,砂壤土为5.8%,壤黏土为8.0%,粉黏土为4.8%,但超过此含水量后,其矿化率显著下降.3种质地水稻土的添加和原有有机碳的矿化率与土壤含水量均呈二次曲线关系(p <0.01).本研究进一步澄清了淹水对水稻土有机碳矿化的抑制作用.关键词:质地;含水量;土壤有机碳;矿化;水稻秸秆中图分类号:X144　文献标识码:A 文章编号:0250-3301(2009)01-0214-07收稿日期:2007-12-17;修订日期:2008-07-28基金项目:中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX2-Y W -423,KZCX2-YW -432-1);国家科技支撑计划项目(2008BAD95B02)作者简介:孙中林(1982～),男,硕士研究生,主要研究方向为土壤与环境生态,E -mail :yizhu -2004@ ＊通讯联系人,E -mail :tong @isa .ac .cnEffects of Soil Texture and Water Content on the Mineralization of Soil Organic Carbon in Paddy SoilsSUN Zhong -lin1,2,W U Jin -shui 1,GE Ti -da 1,TANG Guo -yong1,2,TONG Cheng -li1(1.Key Laboratory of Subtropical Agriculture Ecology ,Institute of Subtropical Agriculture ,Chinese Academy of Sciences ,Changsha 410125,China ;2.Graduate Univers ity of Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100049,China )A bstract :To understand how soil texture and water content affect the mineralization of organic C in padd y s oil ,3selected soils (sand y loam ,clay loam ,and silty clay )were incubated (25℃)with 14C -labelled rice straw (1.0g ·kg -1)at water content varied from 45%to 105%of water holding capacity (WHC ).Data indicated that ,in the sand y loam and clay loam ,the mineralization rate of 14C -labelled rice straw reached the maximum at 75%WHC ,as 53%and 58%of the straw C mineralized in the incubation period of 160d ,whereas in the silty clay ,it increased gradually (from 41.8%to 49.0%)as water content increased up to 105%WHC .For all of the three soils ,the mineralization rate of soil native organic C reached the maximum at 75%WHC ,with 5.8%of the organic C mineralized in the same period for the sandy loam ,and 8.0%and 4.8%for the clay loam and silt y clay ,respectively .As water content increased further ,the mineralization rate of native organic C in the three s oils significantly declined .The mineralization rate of added rice straw and native organic C in all the three soils ,was well fitted with a conic curve .These results suggest that water -loggin g can decrease the mineralization of organic C in padd y soils .Key words :soil texture ;water content ;soil organic carbon ;mineralization ;rice straw 土壤质地是影响有机质分解矿化的重要土壤物理性质之一.土壤黏粒可抑制有机质被微生物分解,减少微生物细胞代谢死亡,保持土壤有机质和微生物量的稳定[1].在黏粒含量高的土壤中,稳定的有机黏粒复合体是形成稳定有机质的主要原因[1,2].Saggar 等[3]35d 培养试验表明,土壤黏粒和土壤表面积可以通过保护微生物量的稳定从而控制添加的14C 标记葡萄糖分解.李忠佩等[2]认为,有机质与黏粒结合可增强其物理稳定性和抵抗微生物分解的能力,黏粒含量高的土壤,其孔隙度较小,通气状况不良,导致有机物质分解速率较低,土壤碳的矿化率与土壤黏粒含量呈负相关关系.而McLauchlan [4]和任秀娥等[5]并未发现类似趋势.国内外已对土壤含水量与土壤有机碳(SOC )矿化之间的关系开展了大量研究.一般认为,淹水条件下有机残体和土壤原有有机碳的矿化速率低于好气条件,且多数研究结果表明淹水抑制稻田SOC 的矿化[6～8].然而,朱培立等[9]采用14C 示踪法研究表明,淹水状态下添加秸秆在丘陵地区黄棕壤中的矿化量高于好气状态.唐国勇等[10]认为渍水促进添加物料和旱地菜园土壤原有有机碳的矿化,且在一定含水量范围内(30%～105%W HC )添加物料和土壤原有有机碳的累积矿化量与含水量呈线性正相关关系.Wang 等[11]研究表明,山地暗棕壤土壤呼吸随含水量的增加而升高,但当含水量超过37%后,土壤呼吸速率降低.因此,土壤水分与添加物料和土壤原有有机碳矿化之间的关系有待进一步研究.目前,水分条件对添加有机物料和土壤原有有机碳矿化影响的研究多以旱土为主,稻田土壤的研第30卷第1期2009年1月环 境 科 学ENVIRONME NTAL SCIENCEVol .30,No .1Jan .,2009究仅局限于好气和淹水2个水分处理,很难深入了解稻田土壤有机质矿化对水分变化的响应规律.亚热带地区水稻秸秆资源丰富,还田量大,且稻田土壤干湿交替情况变化范围较大,不同水分条件下添加水稻秸秆和土壤原有有机碳的矿化规律有待于进一步探讨.因此,本研究选取亚热带区3种不同质地(砂壤土、壤黏土和粉黏土)的水稻土,以14C标记稻草为底物,通过室内模拟实验,研究不同水分条件下添加水稻秸秆及土壤原有有机碳矿化的特点,以期探讨稻田生态系统SOC积累和土壤CO2排放对水分变化的响应.1　材料与方法1.1　供试土样及前处理于2005年8～9月分别在湖南长沙县、桃源县和宁乡县采集稻田耕层土壤(0～20cm).基本性质见表1.新鲜土壤去除可见动植物残体后,风干至约40%WHC,过10目筛,调节含水量至45%W HC,在25℃、100%空气湿度条件下预培养7d.另取少量样品风干,过100目筛,用于测定土壤基本理化性质.表1　供试土样基本理化性质Table1　Basic phys ical and chemical properties of the tested s oils样点母质耕作制度SOC g·kg-1C N黏粒%土壤类型pH最大田间持水量%长沙花岗岩双季稻19.28.617.6砂壤土5.2669桃源第四纪红土双季稻19.28.229.0壤黏土5.1264宁乡第四纪红土双季稻19.38.634.9粉黏土5.24601.2　14C标记水稻秸秆的制备水稻在连续供应14CO2(唯一碳源)的标记箱中生长60d后收获,除去根部,在85℃烘干、磨细、过60目筛.水稻秸秆含碳量为399.2g·kg-1,放射强度为29.0DP Mμg.1.3　试验设计试验设置45%、60%、75%、90%、105%W HC 5个水分梯度.3种土样各称取5份600g(干基计,下同)预培养7d后的土壤,分别加入0.6g14C标记水稻秸秆(1.0g·kg-1),充分混匀.先取3份与秸秆混匀后的土样,用蒸馏水分别调节含水量至45%、60%、75%W HC,在土样上覆盖塑料薄膜,放置0.5 h,使水分含量保持一致.然后每个处理分别取50g 土样于50mL烧杯中,置于1L广口瓶(瓶底加10 mL蒸馏水,以维持瓶内100%空气相对湿度),并在广口瓶中放一个装有20mL1mol·L-1NaOH溶液的吸收瓶(吸收培养过程中释放的CO2),密闭.另外取50g于50mL烧杯中,添加相应质量的蒸馏水,使土壤含水量调节至90%和105%WHC,放入1L广口瓶,密闭.每个处理4次重复,同时设置无土空白对照,在25℃恒温室内培养160d,每5d通气1次.在培养过程中,根据不同水分条件下土壤水分散失情况适时向培养烧杯中加入无C O2蒸馏水以维持恒量.不加秸秆处理水分调节和方法同上.在培养5、10、20、30、40、60、80、100、120、140、160d更换吸收瓶,测定其吸收液中总C O2-C 和14CO2-C含量.1.4　分析方法土壤有机碳和全氮、水稻秸秆碳采用碳氮分析仪(VARI O MAX C N,德国)测定.吸收液中总CO2-C 采用碳-自动分析仪(Phoenix8000,美国)测定. 14CO2-C采用液体闪烁仪(LS1800,美国)测定.取0.2 mL吸收液,加0.8mL蒸馏水,再加8mL闪烁液(Beckman LS-6500,美国),混匀,静置24h,计数5 min.1.5　数据分析激发效应计算:PE(%)=C1-C2C2×100%式中,PE表示激发效应;C1表示来自于添加植物物料后土壤原有有机碳矿化释放的CO2量;C2表示来自于没有添加植物物料的土壤有机碳矿化释放的C O2量.累积矿化量(mg·kg-1)以单位质量土壤160d 培养期内矿化释放的总碳量表示;矿化速率[mg·(kg·d)-1]以单位质量土壤单位时间内矿化释放出来的碳量表示;矿化率(%)则以160d培养期内,矿化释放的总碳量与初始土壤或水稻秸秆含碳量的百分比表示.数据处理和统计分析采用SPSS13.0和Excel 软件.2　结果与分析2.1　添加水稻秸秆在稻田土壤中的矿化2151期孙中林等:土壤质地和水分对水稻土有机碳矿化的影响添加的14C标记水稻秸秆在土壤中的分解可以分为3个阶段,0～20d为快速分解阶段,3个供试土壤中添加水稻秸秆的矿化速率均急剧下降[8.0～3.3mg·(kg·d)-1];20～60d为缓慢分解阶段,矿化速率总体呈现缓慢下降趋势[3.4～0.9 mg·(kg·d)-1];60d以后添加水稻秸秆矿化速率基本趋于稳定[0.9～0.2mg·(kg·d)-1](图1).砂壤土、壤黏土和粉黏土各水分条件下14C标记水稻秸秆的最高矿化速率均以75%W HC下最大,分别为9.6、8.8和8.9mg·(kg·d)-1.而淹水状态(105%WHC)下,3个土壤的最高矿化速率分别为3.2、7.7和6.0mg·(kg·d)-1,分别为75%W HC下最高矿化速率的33.0%、86.7%、67.3%(图1).因此,水分条件改变对砂壤土SOC的矿化影响最大.另外,添加水稻秸秆的最高矿化速率以砂壤土最大,均为壤黏土和粉黏土最高矿化速率的1.1倍;而淹水状态(105%WHC)下,添加水稻秸秆的最高矿化速率以壤黏土最大,分别为砂壤土和粉黏土最高矿化速率的2.4和1.3倍.砂壤土、壤黏土中添加水稻秸秆160d累积矿 图1　14C标记稻草矿化速率的变化动态Fi g.1　D ynamics of14C labelled rice s traw mineralization rates in three t ypes of paddy soils化量均随含水量增加呈先升高后降低的趋势,以75%W HC下累积矿化量最大,而砂壤土比壤黏土下降幅度大.粉黏土亦以75%W HC条件下秸秆累积矿化量最高,之后基本趋于稳定(表2).砂壤土、壤黏土和粉黏土的最高矿化率分别为最低矿化率的1.6、1.3和1.2倍.黏粒含量最低的砂壤土中秸秆的矿化率变化范围最大(33.0%～53.2%),黏粒含量最高的粉黏土中变化趋势则最为平缓(41.8%～49.0%),这说明黏粒对水分条件的改变有一定的缓冲作用.表2　培养160d14C标记秸秆和土壤原有有机碳的累积矿化量1)Table2　Accumulative mineralized amount of14C and soil nati ve organic C in three types of paddy soils during160d含水量(以WHC计) %14C标记水稻秸秆累积矿化量mg·kg-1土壤原有有机碳累积矿化量mg·kg-1砂壤土壤黏土粉黏土砂壤土壤黏土粉黏土45165.9bA187.0aB166.9aA889.4bB963.2aC570.9aA 60196.7dB213.9bC181.7bA1044.3cB1518.4cC737.3cA 75212.2eB233.2c C192.5bcA1117.6cA1539.8cB916.4eA 90177.9c A203.9bB195.7cAB818.7bA1284.2bB840.1dA 105131.7a A187.7aB194.4cB587.3a A964.9aB671.5bA1)大、小写字母分别表示土壤类型、水分梯度间差异达极显著水平(p<0.01) 添加水稻秸秆在砂壤土、壤黏土和粉黏土中的矿化率与含水量的相关关系见图2,其拟合结果呈二次曲线关系,相关性达极显著水平(R2>0.86,n =5,p<0.01).由拟合方程可以得出,添加水稻秸秆在砂壤土、壤黏土和粉黏土中矿化率最大时土壤含水量分别为71%、75%和92%W HC.砂壤土矿化率随水分变化趋势最为剧烈,壤黏土次之,粉黏土最小.进一步说明了在添加水稻秸秆矿化的过程中,黏粒对土壤水分条件变化具有缓冲作用.2.2　稻田土壤原有有机碳的矿化160d的培养期内,砂壤土和壤黏土中原有有机碳的矿化亦呈现阶段性特点(图3).0～20d为快速矿化阶段[17.7～10.4mg·(kg·d)-1],土壤中易分解组分快速矿化;20～100d,矿化速率总体呈现缓慢下降趋势[10.8～4.4mg·(kg·d)-1],此阶段,砂壤土和壤黏土在60%WHC和75%W HC条件下,矿化速216环 境 科 学30卷图2　14C标记水稻秸秆矿化率与土壤含水量的关系Fig.2　Relationships between mineralization rate of14C-l abell edrice s traw and s oil water contents率有所升高,而后降低,这可能由于培养过程中补充水分引起干湿效应所致;100d以后,矿化速率基本稳定[5.2～3.5mg·(kg·d)-1].而粉黏土0～100d 矿化速率缓慢下降[8.9～3.4mg·(kg·d)-1],100d 以后趋于稳定状态[3.6～3.0mg·(kg·d)-1].图3表明,砂壤土原有有机碳各水分条件下最高矿化速率以60%、75%WHC下最大,均为16.7 mg·(kg·d)-1,壤黏土在75%、90%WHC下最大,分别为21.7和21.7mg·(kg·d)-1,粉黏土在90% W HC下最大,为9.8mg·(kg·d)-1.淹水状态(105% W HC)下,3个土壤原有有机碳最高矿化速率为8.8、20.8和9.1mg·(kg·d)-1,分别为各最高矿化速率的52.9%、95.8%、93.0%.说明淹水条件对砂壤土原有有机碳最高矿化速率影响最大,而对壤黏土和粉黏土影响较小.稻田土壤原有有机碳的最高矿化速率以壤黏土最大,分别为砂黏土和粉黏土最高矿化速率的1.3和2.2倍.淹水状态(105%W HC)下,最高矿化速率也以壤黏土最大,分别为砂壤土和粉黏土最高矿化速率的2.4和2.3倍.在试验设置的5个水分条件下,160d培养期内,砂壤土、壤黏土和粉黏土稻田土壤原有有机碳的累积矿化量随含水量先升高后降低(表2).3个供试土壤均以75%WHC条件下累积矿化量最高.各水分梯度之间,粉黏土原有有机碳的累积矿化量均达到极显著性差异(p<0.01),这说明粉黏土原有有机碳的矿化对水分变化敏感.在相同水分条件下,壤黏土的累积矿化量显著高于其它2种土壤(表2).砂壤土累积矿化量在45%、60%W HC条件下显著高于粉黏土(p< 0.01),在75%、90%和105%WHC条件下和粉黏土的累积矿化量差异不显著.砂壤土、壤黏土和粉黏土中土壤原有有机碳 图3　土壤原有有机碳矿化速率的变化动态Fi g.3　Dynamics of native SOC mineralization rates in three t ypes of paddy soils的矿化率与含水量亦呈二次曲线关系(图4),其相关性达极显著水平(R2>0.93,n=5,p<0.01).在供试的3种质地土壤中,土壤原有有机碳的矿化率均以75%W HC条件下最高.根据拟合曲线方程计算得出砂壤土、壤黏土、粉黏土中土壤原有有机碳的矿化率最大时土壤含水量分别为67%、73%和80% WHC.表明稻田淹水状态下,可以减少SOC的矿化,有利于SOC的积累.拟合曲线表明,75%WHC为矿化率的一个临界含水量.砂壤土在>75%W HC时,随含水量升高,矿化率的变化幅度比<75%W HC时剧烈,粉黏土与砂壤土则相反,壤黏土在含水量>75%WHC 时,矿化率随含水量升高的变化趋势与<75%WHC 时相差不大.在砂壤土和壤黏土中,添加水稻秸秆矿化率与稻田土壤原有有机碳矿化率随土壤含水量升高变化趋势相似(图2).在粉黏土中,含水量>75% W HC时添加水稻秸秆矿化率随含水量升高趋于稳定,而原有有机碳矿化率随含水量升高而逐渐减小(图2,图4).2.3　添加水稻秸秆对土壤原有有机碳矿化的激发效应外源有机质的输入能促进或抑制土壤原有有2171期孙中林等:土壤质地和水分对水稻土有机碳矿化的影响图4　土壤原有有机碳矿化率与土壤含水量的关系Fig.4　Relations hips between mineralization rate of s oilnative organic C and s oil water c ontents 机碳的矿化,引起正的或负的激发效应.培养初始阶段(0～5d),各处理均表现为不同程度的正激发效应,即添加水稻秸秆促进了土壤原有有机碳的矿化.随着培养时间的延长(5～160d),各处理均表现出不同程度的正或负激发效应,但负激发效应出现的频率远大于正激发效应(表3).表3还表明,激发效应并不随水分的增加而表现一致的趋势.另外,不同土壤之间比较,培养初期(0～5d),黏粒含量最高的粉黏土正激发效应最大,而其后(5～160d),黏粒含量与激发效应之间的关系规律不明显.3　讨论3.1　质地对稻田土壤有机碳矿化的影响不同水分条件下,黏粒含量与添加水稻秸秆 表3　添加水稻秸秆对土壤原有有机碳的激发效应% Table3　Pri ming effect of added rice straw on native SO C%类型时间d含水量(以WHC计)456075901050～513.375.0417.239.793.645～201.80-6.06-5.87-6.01-2.58砂壤土20～600.80-16.8715.80-9.16-13.76 60～160-1.54-1.75-16.271.89-1.790～1600.40-7.19-3.13-3.05-5.840～57.9710.309.888.1510.405～20-8.72-9.472.03-4.85-1.33壤黏土20～60-8.70-11.214.23-26.55-8.31 60～160-3.69-7.22-1.140.5423.130～160-4.89-7.951.04-8.675.550～523.768.2720.4520.2416.445～201.23-5.50-32.06-7.94-0.78粉黏土20～6016.93-14.35-24.772.28-4.93 60～1600.38-7.25-7.224.890.110～1606.65-8.47-15.332.72-0.74和土壤原有有机碳矿化率的关系不一致(图2,图4).土壤黏粒含量大小为:粉黏土>壤黏土>砂壤土,而稻田生态系统长期处于淹水条件下(105% WHC),添加水稻秸秆和土壤原有有机碳的矿化率高低顺序则为:壤黏土>粉黏土>砂壤土.土壤黏粒具有较大的比表面积与电荷密度,对土壤有机质有较强的吸附能力,并能与大分子有机物质(特别是腐殖质)形成较稳固的有机-无机复合体,而这些复合体还能形成更稳定的团聚体结构,增强对有机碳的物理保护,这可能是相近SOC含量下粉黏土SOC的矿化率低于壤黏土的原因.砂壤土黏粒含量最低,淹水条件下其添加水稻秸秆和原有有机碳矿化率最小,这可能与其土壤母质有关.成土母质对土壤中无机胶体-黏粒含量、团聚体的数量(主要为1～5mm粒径的团体)及其水稳定性有一定程度的影响[12].砂壤土虽然具有良好的通透性,但砂粒含量高,不利于形成团聚体,从而影响微生物的种类及活性,进而影响了添加水稻秸秆和土壤原有有机碳的矿化速率.3.2　水分对稻田土壤有机碳矿化的影响水分是影响土壤有机质分解转化和积累的主要环境因子之一,调节着土壤微生物过程和包括营养元素循环的生态交互作用[13].水分状况不仅影响土壤可溶性有机碳(DOC)含量,也会引起土壤微生物数量、活性和种类的改变[14,15].较低水分条件下(45%WHC),虽然土壤透气性较好,但DOC溶出可能较少,不能为驱动SOC矿化过程的微生物提供足够的能源;而较高的水分条件(105%W HC)有利于218环 境 科 学30卷DOC的溶出,但微生物群落生长却受到厌氧条件的限制.因此,对特定的土壤类型而言,适宜的水分条件可使有机碳组分和微生物活性平衡关系达到最佳状态,有利于添加秸秆和原有有机碳在土壤中的矿化.本研究3种质地水稻土中添加水稻秸秆和土壤原有有机碳的矿化率与水分均呈二次曲线关系(图2,图4).因此,在田间实际状况下,可根据不同质地的土壤适当调控稻田土壤含水量,进而控制还田秸秆的分解,以达到既能发挥还田秸秆作为植物营养源的功能,又能起到增加土壤有机碳的作用.如砂壤土中保持较高的土壤含水量(90%～105%W HC)则可以减少土壤原有有机碳和还田水稻秸秆的矿化.3.3　添加水稻秸秆对土壤原有有机碳矿化的影响添加水稻秸秆的矿化速率趋于稳定状态的时间比土壤原有有机碳矿化速率趋于稳定状态的时间要短(图1,图3).这可能由于在培养初期,添加的水稻秸秆内含有较多可溶性有机物质,矿化速率增大;而土壤原有有机碳可溶性组分含量较少,大多为难分解组分,矿化速率与添加的水稻秸秆相比下降缓慢.另外,土壤原有有机碳的矿化要比添加水稻秸秆的变化趋势缓和.这可能是由于稻田土壤经过长期的耕作,有机碳各组分性质相对较稳定.一般认为,加入有机物料促进或者抑制土壤原有有机质的分解是由于微生物活性、数量和组成的改变而引起的,与外源物料的生化组成、C N、施用数量以及土壤性质等有关,但其中的机制尚不清楚.已有一些研究提出假设来解释激发效应[16～18]. Fontaine等[17]根据土壤微生物对不同有机物质的分解能力将它们分为两大类,即受碳源限制的土著性(autochthonous)微生物和受氮源限制的发酵性(zymogenous)微生物.土著性微生物来自于土壤;发酵性微生物中一部分来自外源有机物,一部分来自于土壤.激发效应的正负决定于土著性微生物和发酵性微生物竞争能量物质和营养物质的剧烈程度. Fontaine等[17]认为发酵性微生物能利用有机质中简单易分解的部分并迅速生长繁殖,但不能利用有机质中难分解、在土壤中残留时间长的部分.新鲜有机质进入土壤后,发酵性微生物旺盛生长,土著性微生物也和发酵性微生物竞争营养物质,尤其是氮素.在能量物质和氮素充足条件下,发酵性微生物生长旺盛,抑制了土著性微生物的生长,使土壤原有有机质分解速率降低,产生负激发效应;随着易分解有机物质的降解,发酵性微生物活力降低,土著性微生物的数量和活性增加,提高了土壤有机质的降解率.本研究中在培养初始阶段(0～5d)添加水稻秸秆对土壤原有有机碳矿化产生正激发效应可能是由于新加入的水稻秸秆中含有大量可溶性易分解组分,为微生物生长提供了盈余的物质和能量,营养物质并未成为限制微生物活性的因素,发酵性微生物和土著性微生物均生长较快,与此同时促进了土壤原有有机碳的矿化.5d以后,随着培养时间延长,土壤中最容易被利用的简单组分逐渐减少,发酵性微生物和土著性微生物竞争土壤中的能量物质和营养物质,发酵性微生物生长竞争占据优势时便出现负的激发效应,反之,出现正激发效应(表3).另外,激发效应与土壤性质有关,粉黏土0～5d产生正激发效应比其他2种质地土壤大的主要原因可能是粉黏土黏粒含量较高,更利于保持土壤原有的土著性微生物的稳定,向土壤中加入水稻秸秆后,土壤中土著性微生物在营养物质充足的情况下迅速生长繁殖,从而促进了土壤原有有机碳的矿化.4　结论综上所述,稻田土壤质地和水分对添加水稻秸秆和土壤原有有机碳的矿化具有明显的影响.3种不同质地稻田土壤比较,壤黏土中添加水稻秸秆和土壤原有有机碳的矿化率最高,固碳能力不如砂壤土和粉黏土.添加水稻秸秆和土壤原有有机碳的矿化率与土壤含水量之间呈二次曲线关系,淹水抑制了添加水稻秸秆和土壤原有有机碳的矿化.因此,我国亚热带地区稻田生态系统长期处于淹水状态,降低了SOC的矿化,有利于SOC的积累,这对提高稻田土壤生产力、维护大气碳平衡有重要作用.参考文献:[1]　Mǜller T,Höper H.Soil organic matter t urnover as a function of thes oil clay content:cons equences for model applications[J].Soil BiolBioc hem,2004,36:877-888.[2]　李忠佩,林心雄.瘠薄红壤中有机物质的分解特征[J].生态学报,2002,22(8):1224-1230.[3]　Saggar S,Parshotam A,Hedley C,et al.14C-labelled gl ucoseturnover in New Zealand soils[J].Soil Biol Biochem,1999,31:2025-2037.[4]　M cL auchlan K K.Effects of soil text ure on s oil carbon and nitrogendynamics after cessation of agriculture[J].Geoder ma,2006,136:289-299.[5]　任秀娥,童成立,孙中林,等.温度对不同黏粒含量稻田土壤有机碳矿化的影响[J].应用生态学报,2007,18(10):2245-2250.[6]　Devüvre O C,Horwáth W R.Decomposition of rice straw andmicrobial carbon use efficiency under different s oil temperatures and2191期孙中林等:土壤质地和水分对水稻土有机碳矿化的影响mois tures[J].Soil Biol Biochem,2000,32:1773-1785.[7]　郝瑞军,李忠佩,车玉萍.水分状况对水稻土有机碳矿化动态的影响[J].土壤,2006,38(6):750-754.[8]　张薇,王子芳,王辉,等.土壤水分和植物残体对紫色水稻土有机碳矿化的影响[J].植物营养与肥料学报,2007,13(6):1013-1019.[9]　朱培立,黄东迈,余晓鹤,等.14C标记秸秆和根茬在淹水及旱地土壤中的矿化特征[J].土壤通报,1994,25(7):67-70.[10]　唐国勇,童成立,苏以荣,等.含水量对14C标记秸秆和土壤原有有机碳矿化的影响[J].中国农业科学,2006,39(3):538-543.[11]　Wang M,Li Q R,Xiao D M,et al.Effects of soil te mperature andsoil water content on soil res piration in t hree fores t types in ChangbaiMountain[J].Journal of Forestry R esearch,2004,15(2):113-118.[12]　章明奎,何振立.成土母质对土壤团聚体形成的影响[J].热带亚热带土壤科学,1997,6(3):198-202.[13]　童成立,张文菊,王洪庆,等.三江平原湿地沉积物有机碳与水分的关系[J].环境科学,2005,26(6):38-42.[14]　Drenovs ky R E,Vo D,Graha m K J,et al.Soil water content andorganic carbon availabil ity are major determinants of s oil microbialcommunit y composition[J].M icrob Ecol,2004,48:424-430. [15]　Chow A T,Tanji K K,Gao S,et al.Temperature,water contentand wet-dry cycle effects on DOC producti on and carbonmineralization in agricultural peat soils[J].Soil Biol Biochem,2006,38:477-488.[16]　Kuzyakov Y.Factors affecting rhiz os phere pri ming effects[J].JPlant Nutr Soil S ci,2002,165:382-396.[17]　Fontaine S,M ariotti A,Abbadie L.The priming effect of organicmatter:A ques tion of microbial competition?[J].Soil BiolBioc hem,2003,35:837-843.[18]　Hamer U,Marsc hner B.Priming effects in different soil t ypesinduced by fructose,al anine,oxalic acid and catechol additions[J].Soil Biol Biochem,2005,37:445-454.关于反对个别作者一稿两投行为的联合声明为保证所发表论文的首创性和学术严谨性,《环境科学》、《中国环境科学》、《环境科学学报》编辑部和《Journal of Environmental Sciences》编辑部特发表如下联合声明.我们明确反对个别作者的一稿两投或变相一稿两投行为.自即日起,我们各刊在接受作者投稿时,要求论文全体作者就所投稿件作出以下承诺(附在投稿上):1)来稿所报道的研究成果均系全体作者的原创性研究成果,文中报道的研究成果(含图、表中数据的全部或部分)未曾发表亦未曾投其它科技期刊.2)在接到所投期刊编辑部关于稿件处理结果之前,所投稿件的全部或部分内容不再投其它科技期刊.我们将认真对待作者所作的上述承诺,并建立信息共享机制,对违背上述承诺的作者(包括在文中署名的全体作者)采取联合行动.净化学术环境、促进学术繁荣是学术期刊作者和编者的共同责任.我们诚恳地希望广大作者能够了解我们的上述立场和做法,并积极宣传和配合.《环境科学》编辑部《中国环境科学》编辑部《环境科学学报》编辑部《Journal of Environmental Sciences》编辑部220环 境 科 学30卷。

土壤有机碳矿化概念
土壤有机碳矿化是指土壤中有机碳经过微生物分解和转化后转化为稳定的无机碳形式，如CO2、H2O、HCO3-和CO32-等。

这个过程是一个复杂的生物地球化学过程，它涉及到土壤微生物的代谢活动、土壤物理化学性质和环境因素等多个方面。

土壤有机碳矿化过程非常重要，它不仅直接影响着土壤肥力、作物生长和环境质量，而且对全球碳循环和气候变化也有着重要的影响。

因此，加强对土壤有机碳矿化的研究和管理，对于促进农业可持续发展和减缓气候变化具有重要的现实意义。

- 1 -。

不同种类有机肥碳、氮矿化特性研究周博;高佳佳;周建斌【摘要】本文采用室内培养法研究了陕西关中地区日光温室栽培生产中9个不同有机肥的碳、氮矿化特性。

结果表明：不同有机肥碳、氮的矿化量和矿化率（矿化量占总有机碳或氮的比例）的动态变化存在明显差异,其中碳矿化率在22.24%～87.16%之间,变异系数达90.30%;氮矿化率在29.07%～84.87%之间,变异系数达67.37%;不同类型有机肥相比,鸡粪平均的碳、氮矿化累积量及矿化率显著高于猪粪和牛粪;猪粪与牛粪平均的碳、氮矿化累积量及矿化率无显著差异。

同一种类有机肥,培养期间其碳、氮矿化累积量及矿化率也存在明显差异。

供试有机肥碳、氮的矿化量与有机肥全氮含量均呈线性关系,表明有机肥氮含量是影响矿化量的主导因子。

%The incubation experiment was used to study carbon （C） and nitrogen （N） mineralization eharaeteristies of 9 organic manures sampled from the bases of sunlight greenhouses in Guanzhong district, Shaanxi Province. The results show that there are significant differences in the C and N mineralization and their mineralization rates （the ratio of Cor N mineralization to total organic C or total organic N） among the different manures. The range of C mineralization rates of different manures is from 22.24% to 87. 16% , with CV （ coefficient of variation） of 90. 30%, and the range of N mineralization rates of different manures is from 29.07% to 84. 87%, with CV of 67.36%. The mean amounts of C and N mineralization, and mineralization rates of ehieken manure are significantly higher than those of pig and cattle manures, and there is no difference between pig and eattle manures. For a same type of organie manure, thereare also significant differences in the C and N mineralization and mineralization rates among the manures collected from different plaees. The amounts of C and N mineralization of organic manure are linearly related with their total N contents, indieating that the N eontent of organic manure is the key factor affecting the mineralization of C and N from manures.【期刊名称】《植物营养与肥料学报》【年(卷),期】2012(018)002【总页数】8页(P366-373)【关键词】有机肥;碳素;氮素;矿化特性【作者】周博;高佳佳;周建斌【作者单位】西北农林科技大学资源环境学院,陕西杨凌712100／杨凌职业技术学院,陕西杨凌712100;西北农林科技大学资源环境学院,陕西杨凌712100／农业部西北植物营养与农业环境重点实验室,陕西杨凌712100;西北农林科技大学资源环境学院,陕西杨凌712100／农业部西北植物营养与农业环境重点实验室,陕西杨凌712100【正文语种】中文【中图分类】S141我国农业生产中有施用有机肥的优良传统，有机肥的施用在提高作物产量、改善土壤肥力方面发挥了重要作用。

武夷山不同海拔高度土壤有机碳矿化速率的比较*周 焱1徐宪根1阮宏华1**汪家社2方燕鸿2吴焰玉2 徐自坤2(1南京林业大学森林资源与环境学院,江苏省林业生态工程重点实验室,南京210037;2福建武夷山自然保护区管理局,福建武夷山354300)摘 要 应用土壤培养法,比较分析了武夷山不同海拔高度土壤在25e 和60%田间饱和含水量条件下培养110d 有机碳矿化速率和矿化率的差异。

结果表明:不同海拔高度土壤有机碳矿化速率随海拔高度的升高而加快,高山草甸(0108g CO 2-C #kg -1#d -1)分别比亚高山矮林、针叶林、常绿阔叶林快1413%、6010%和16617%,差异主要存在于0~10c m 。

土壤碳矿化率以针叶林最高(1616%),分别比亚高山矮林、常绿阔叶林、高山草甸高3710%、6716%和7911%。

土壤有机碳矿化速率和矿化率均随土层加深而递减,递减的幅度在不同海拔高度土壤间存在显著差异(P <0105)。

研究结果揭示,土壤碳矿化速率和矿化比率随着海拔高度的变化而产生显著的变化。

关键词 植被类型;海拔;土壤有机碳;矿化速率;矿化率中图分类号 X171.1 文献标识码 A 文章编号 1000-4890(2008)11-1901-07M i n eralization rates of soil organic carbon along an elevation gradient i n W uyiM ountainof Sout heast Chi n a.Z HOU Yan 1,XU X i a n -gen 1,RUAN H ong -hua 1,WANG Jia -she 2,FANGY an -hong 2,WU Yan -yu 2,XU Z-i kun 2(1Facult y of F orestR esources and E nvironm ental Science ,N anjing F orestr y Universit y ,N anjing 210037,China;2Adm inistrative Bureau of W uyishan N a -tionalN at u re R eserve ,Wuy is han 354300,Fuji a n,Ch i n a ).Chinese Journal o f E cology ,2008,27(11):1901-1907.Abst ract :W ith incubati o n tes,t th is paper stud ied the m i n era lizati o n rate and m i n era lizati o n ratio of so il organic car bon (SOC)along an elevati o n gradient i n the W uy ishan Na ti o na lN ature R e -ser ve o f Fujian Prov ince ,Sou t h eastCh i n a .So il sa m plesw it h a fi e l d w ater capacity of 60%w ere i n cubated at 25e over 110days .The m i n eralization rate of SOC i n creased w ith i n creasi n g e le -va ti o n ,and that i n 0-40c m layer under a l p i n e m eado w (0108g C O 2-C #kg -1#d -1)w as 1413%,6010%,and 16617%greater than tha t under dwarf fores,t con iferous fores,t and ever -green broadleaf fores,t respecti v e l y ,w ith the difference m a i n l y ex isted in 0-10c m layer .The m inera lizati o n rati o o f SOC in 0-40c m layer under con ifer ous forest (1616%)w as 3710%,6716%,and 7911%h igher than that under dw arf fores,t evergreen broad leaf fores,t and alpine m eadow ,respecti v e l y .The m inera lizati o n rate and m inera lizati o n ratio of SOC decreased w ith so il depth ,and the decre m ent differed si g nificantly (P <0105)w ith t h e so ils at d ifferent e levations .Itw as suggested that elevati o n grad i e n t had si g nificant effects on the m inera lizati o n rate and m i n -eralization ratio o f SOC .K ey w ords :vegetation type ;e l e vati o n ;so il organic carbon;m i n eralization rate ;m i n eralization rati o .*国家自然科学基金项目(30370256和30670313)和中国森林生态系统服务功能定位观测与评估技术研究资助项目(200704005/w b02)。