土壤质地和水分对水稻土有机碳矿化的影响_孙中林_1
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(14
C 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@https://www.sodocs.net/doc/f317364692.html, ＊通讯联系人,E -mail :tong @isa .ac .cn
Effects of Soil Texture and Water Content on the Mineralization of Soil Organic Carbon in Paddy Soils
SUN Zhong -lin
1,2
,W U Jin -shui 1,GE Ti -da 1,TANG Guo -yong
1,2
,TONG Cheng -li
1
(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
14
C 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14
C 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 SCIENCE
Vol .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5.2460
1.2 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. 14CO
2-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-C2
C2×100%
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
215
1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 A964.9aB671.5bA
1)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 ed
rice 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
217
1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 oil
native 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)
45607590105
0～513.375.0417.239.793.64
5～201.80-6.06-5.87-6.01-2.58砂壤土20～600.80-16.8715.80-9.16-13.76 60～160-1.54-1.75-16.271.89-1.79
0～1600.40-7.19-3.13-3.05-5.84
0～57.9710.309.888.1510.40
5～20-8.72-9.472.03-4.85-1.33壤黏土20～60-8.70-11.214.23-26.55-8.31 60～160-3.69-7.22-1.140.5423.13
0～160-4.89-7.951.04-8.675.55
0～523.768.2720.4520.2416.44
5～201.23-5.50-32.06-7.94-0.78粉黏土20～6016.93-14.35-24.772.28-4.93 60～1600.38-7.25-7.224.890.11
0～1606.65-8.47-15.332.72-0.74
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.
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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):
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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
土壤溶解性有机碳
约旦水资源部秘书长：海水淡化是一个解决方案 2012-03-18 约旦水资源部秘书长认为，海水淡化是约旦必须采取的解决方案，采用这一方案可以补充水资源缺口，解决复杂的跨界水资源、缺少资金、政策的和能力建设等问题。 约旦是全球第四个最为缺水的国家，人均占有水资源量最低。 来源：中国水利网站 2012年3月18日 】
1.1真空冷冻原理 海水三相点是使海水汽、液、固三相共存并达到平衡的一个特殊点。若压力或温度偏离该三相点，平衡被破坏，三相会自动趋于一相或两相。真空冷冻法海水淡化正是利用海水的三相点原理，以水自身为制冷剂，使海水同时蒸发与结冰，冰晶再经分离、洗涤而得到淡化水的一种低成本的淡化方法。与蒸馏法、膜法相比，能耗低，腐蚀、结垢轻，预处理简单，设备投资小，并可处理高含盐量的海水，是一种较理想的海水淡化法［!］。国外早在20世纪60年代就已开始研究，但目前为止尚没有商业化，主要原因在于过程中产生的三相点蒸汽难以去除和冰晶的输送、洗涤较难。华东理工大学研究开发的真空冻-汽相冷凝海水淡化技术采用低温金属表面，使三相点蒸汽直接冷凝成冰的方法，成功的解决了蒸汽的去除问题，并在实验室完成了小型试验装置。真空冷冻-汽相冷凝海水淡化技术工艺包括脱气、预冷、蒸发结晶、冰晶洗涤、蒸汽冷凝等步骤，淡化水产品可达到国家饮用水标准。 1.2工艺研究 1.2.1脱气 由于海水中溶有的不凝性气体在低压条件下将几乎全部释放,且又不会在冷凝器内冷凝。这将升高系统的压力，使蒸发结晶器内压力高于二相点压力，破坏操作的进行。显然减压脱气法适合本系统。 1.2.2预冷 海水脱气后可与蒸发结晶器内排出的浓盐水和淡化水产生热交换，预冷至海水的冰点附近。 1.2.3温度和压力 它们是影响海水蒸发与结冰速率的主要因素。 1.2.4冰-盐水是一固液系统 普通的分离方法均可使冰-盐水得到分离，但分离方法不同，得到的冰晶含盐量也不同。实验结果表明减压过滤方法得到的冰晶含盐量比常压过滤方法得到的冰晶含盐量低得多。 1.2.5蒸汽冷凝 在蒸发结晶器内，除海水析出冰晶以外，还将产生大量的蒸汽，这些蒸汽必须及时移走，才能使海水不断蒸发与结冰。 2蒸馏法海水淡化及其特点 2.1蒸馏法原理 把海水加热使之沸腾蒸发，再把蒸汽冷凝成淡水的过程即为蒸馏法。蒸馏法是最早采用的淡化法，其优点是结构简单、操作容易，所得淡水水质好等。蒸馏法有很多种，如多效蒸发、多级闪蒸、压气蒸馏、膜蒸馏等。 2.2蒸馏法特点
土壤微生物量碳测定方法
土壤微生物量碳测定方法及应用 土壤微生物量碳（Soil microbial biomass）不仅对土壤有机质和养分的循环起着主要作用，同时是一个重要活性养分库，直接调控着土壤养分（如氮、磷和硫等）的保持和释放及其植物有效性。近40年来，土壤微生物生物量的研究已成为土壤学研究热点之一。由于土壤微生物的碳含量通常是恒定的，因此采用土壤微生物碳(Microbial biomass carbon, Bc)来表示土壤微生物生物量的大小。测定土壤微生物碳的主要方法为熏蒸培养法（Fumigation-incubation, FI）和熏蒸提取法（Fumigation-extraction, FE）。 熏蒸提取法（FE法） 由于熏蒸培养法测定土壤微生物量碳不仅需要较长的时间而且不适合于强酸性土壤、加 入新鲜有机底物的土壤以及水田土壤。Voroney (1983)发现熏蒸土壤用·L-1K 2SO 4 提取液提取 的碳量与生物微生物量有很好的相关性。Vance等(1987)建立了熏蒸提取法测定土壤微生物 碳的基本方法：该方法用·L-1K 2SO 4 提取剂（水土比1：4）直接提取熏蒸和不熏蒸土壤，提取 液中有机碳含量用重铬酸钾氧化法测定；以熏蒸与不熏蒸土壤提取的有机碳增加量除以转换 系数K EC (取值来计算土壤微生物碳。 Wu等（1990）通过采用熏蒸培养法和熏蒸提取法比较研究，建立了熏蒸提取——碳自动一起法测定土壤微生物碳。该方法大幅度提高提取液中有机碳的测定速度和测定结果的准确度。 林启美等（1999）对熏蒸提取-重铬酸钾氧化法中提取液的水土比以及氧化剂进行了改进，以提高该方法的测定结果的重复性和准确性。 对于熏蒸提取法测定土壤微生物生物碳的转换系数K EC 的取值，有很多研究进行了大量的 研究。测定K EC 值的实验方法有：直接法（加入培养微生物、用14C底物标记土壤微生物）和间接法（与熏蒸培养法、显微镜观测法、ATP法及底物诱导呼吸法比较）。提取液中有机碳的 测定方法不同（如氧化法和仪器法），那么转换系数K EC 取值也不同，如采用氧化法和一起法 K EC 值分别为（Vance等，1987）和（Wu等，1990）。不同类型土壤（表层）的K EC 值有较大不 同，其值变化为（Sparling等，1988，1990；Bremer等，1990）。Dictor等（1998）研究表 明同一土壤剖面中不同浓度土层土壤的转换系数K EC 有较大的差异，从表层0-20cm土壤的K EC 为，逐步降低到180-220cm土壤的K EC 为。 一、基本原理 熏蒸提取法测定微生物碳的基本原理是：氯仿熏蒸土壤时由于微生物的细胞膜被氯仿破 坏而杀死，微生物中部分组分成分特别是细胞质在酶的作用下自溶和转化为K 2SO 4 溶液可提取 成分（Joergensen,1996）。采用重铬酸钾氧化法或碳-自动分析仪器法测定提取液中的碳含量，以熏蒸与不熏蒸土壤中提取碳增量除以转换系数K EC 来估计土壤微生物碳。 二、试剂配制 （1）硫酸钾提取剂（·L-1）：取分析纯硫酸钾溶解于蒸馏水中，定溶至10L。由于硫酸钾较难溶解，配制时可用20L塑料桶密闭后置于苗床上（60-100rev·min-1）12小时即可完全溶解。 （2） mol·L-1（1/6K 2Cr 2 O 7 ）标准溶液：称取130℃烘2-3小时的K 2 Cr 2 O 7 （分析纯）9.806g 于1L大烧杯中，加去离子水使其溶解，定溶至1L。K 2Cr 2 O 7 较难溶解，可加热加快其溶 解。 （3） mol·L-1（1/6K 2Cr 2 O 7 ）标准溶液：取经130℃烘2-3小时的分析纯重铬酸钾4.903g， 用蒸馏水溶解并定溶至1L。
可溶性有机碳的测定
可溶性有机碳测定: 1. 取10 g 新鲜土样,按照土:水为1∶5的比例混匀,在25℃条件下,以250 r/min 的速度振荡1 h,接着在转速为15 000 r/min 离心10min,上部悬浮液过0·45μm 薄滤膜[1],以后的步骤采取测有机碳的方。 2. 取过0·45μm 薄滤膜的溶液放入消煮管中，加5ml 0.8000mol/L 的1/6K 2Cr 2O 7标准溶液， 然后用注射器注人5ml 浓硫酸，旋转摇匀，在消煮管上加一小漏斗。 3. 将盛土样的消煮放人铁丝笼架中，放入已预热至185 -190oC 的油浴锅中（豆油）加热。 此时应控制锅内温度在170-180oC ，沸腾开始，准确加热5min ，取出冷却，如溶液呈绿色，表示重铬酸钾用量不足，应再取较少的样品（或适当增加重铬酸钾的量）重做。 4. 冷却后的溶液呈橙黄色或黄绿色，用洗瓶将消煮管中的溶液洗人250ml 三角瓶中，使三 角瓶内溶液体积在60-80ml 左右，加邻啡啰啉指示剂3—4滴，用0.2mol ／L FeSO 4滴定，溶液的颜色变化为：橙黄—→蓝绿—→棕红色，记录硫酸亚铁用量（V ）。 每批分析样，应做2—3个空白；空白标定用0.1-0.5g 石英砂代替土样，其它步骤与测定土样时完全相同，记录硫酸亚铁用量（V 0）。 5. 计算方法 有机碳（g/kg ）=10001.1003.0)(0.58000.02100????-??K m V V V 有机质（g/kg ）=有机碳（g/kg ）×1.724 式中：0.8000——1/6 K 2Cr 2O 7标准溶液的浓度（mol/L ）； 5.0——1/6 K 2Cr 2O 7标准溶液的体积（ml ）； V 0——空白标定用去硫酸亚铁溶液体积（ml ）； V ——滴定土样用去硫酸亚铁溶液体积（ml ）； 0.003——1/4碳原子的摩尔质量(g/m mol)； 1.1——氧化校正系数； 1.724——将有机碳换算成有机质的系数； m 1——风干土样质量（g ）； K 2——将风干土换算成烘干土系数。土壤碳氮比的计算： )/() /(kg g kg g 全氮有机碳碳氮比= 1.耕作措施对土壤有机碳和活性有机碳的影响.严昌荣,刘恩科,何文清,刘爽,刘勤.
有机碳测定及方法
1.活性有机碳（CL） 土壤活性有机质是土壤有机质的活性部分,是指土壤中有效性较高、易被土壤微生物分解利用、对植物养分供应有最直接作用的那部分有机质。土壤活性有机质在指示土壤质量和土壤肥力的变化时比总有机质更灵敏，能够更准确、更实际的反映土壤肥力和土壤物理性质的变化、综合评价各种管理措施对土壤质量的影响。土壤活性有机质还可以表征土壤物质循环特征，作为土壤潜在生产力和由土壤管理措施变化而引起土壤有机质变化的早期预测指标。 （1）活性有机碳(CL)：高锰酸钾氧化法。秤取过0.25mm筛的风干土样1.59于l00ml离心管中，加入333mM(或167mM、33mM)高锰酸钾25ml（易氧化态碳），振荡1小时，离心5分钟(转速2000次/min)，取上清液用去离子水按1:250稀释，然后将稀释液在565nm比色。根据高锰酸钾浓度的变化求出样品的活性有机碳。 （2）总有机碳：重铬酸钾氧化法。 （3）非活性有机碳(CNL)：总有机碳与活性有机碳的差值为非活性有机碳(CNL) （4）碳库活度(L)：土壤碳的不稳定性，即碳库活度(L)等于土壤中的CL与CNL之比:L=样本中的活性有机碳CL/样本中的非活性有机碳CNL。 （5）碳库指数(CPI)=样品总有机碳含量(mg/g)/参考土壤总有机碳含量(mg/g) （6）活度指数(LI)：碳损失及其对稳定性的影响，LI=样本的不稳定性(L)/对照的不稳定性(L) （7）基于以上指标可以得到碳库管理指数(CMI):CMI=CPI*LI*100 2.水溶性碳水化合物 碳水化合物是土壤中最重要、最易降解的有机成分之一,其对气候变化、耕作、生物处理等外界影响的敏感程度高于有机质总量。而且作为土壤微生物细胞必需的组成物质和主要能源，碳水化合物与土壤微生物存在密切的关系。 按Grandy 等的方法测定，操作过程为：称取一定量的风干土(根据有机质含量而定) 加入去离子水(水土比为10:1) ，在85℃下培养24 h 后用孔径为0.45μm的玻璃纤维滤纸过滤，将虑液按1：4的比例进行稀释,然后吸取5 ml 稀释液放入比色管中，再加入10 ml 蒽酮溶液,最后在625 nm 处进行比色测定,其含量用葡萄糖表示。 Grandy AS , Erich MS , Porter GA. 2000. Suitability of the anthrone-sulfuric acid reagent for determining water soluble carbohydrates in soil water extracts [J]. Soil Biol . Biochem. ,32 :725～727.
土壤有机质测定
土壤有机质测定 5.2.1重铬酸钾容量法——外加热法 5.2.1.1方法原理在外加热的条件下（油浴的温度为180，沸腾5分钟），用一定浓度的重铬酸钾——硫酸溶液氧化土壤有机质（碳），剩余的重铬酸钾用硫酸亚铁来滴定，从所消耗的重铬酸钾量，计算有机碳的含量。本方法测得的结果，与干烧法对比，只能氧化90%的有机碳，因此将得的有机碳乘以校正系数，以计算有机碳量。在氧化滴定过程中化学反应如下： 2K2Cr2O7＋8H2SO4+3C→2K2SO4+2Cr2（SO4）3+3CO2+8H2O K2Cr2O7+6FeSO4→K2SO4+Cr2（SO4）3+3Fe2（SO4）3+7H20 在1mol·L-1H2SO4溶液中用Fe2+滴定Cr2O72-时，其滴定曲线的突跃范围为1.22～0.85V。 从表5—4中，可以看出每种氧化还原指示剂都有自己的标准电位（E0），邻啡罗啉（E0=1.11V），2-羧基代二苯胺（E0=1.08V），以上两种氧化还原指示剂的标准电位（E0），正落在滴定曲线突跃范围之内，因此，不需加磷酸而终点容易掌握，可得到准确的结果。 例如：以邻啡罗啉亚铁溶液（邻二氮啡亚铁）为指示剂，三个邻啡罗啉（C2H8N2）分子与一个亚铁离子络合，形成红色的邻啡罗啉亚铁络合物，遇强氧化剂，则变为淡蓝色的正铁络合物，其反应如下： [（C12H8N2）3Fe]3++e [（C12H8N2）3Fe]2+ 淡蓝色红色 滴定开始时以重铬酸钾的橙色为主，滴定过程中渐现Cr3+的绿色，快到终点变为灰绿色，如标准亚铁溶液过量半滴，即变成红色，表示终点已到。 但用邻啡罗啉的一个问题是指示剂往往被某些悬浮土粒吸附，到终点时颜色变化不清楚，所以常常在滴定前将悬浊液在玻璃滤器上过滤。 从表5-4中也可以看出，二苯胺、二苯胺磺酸钠指示剂变色的氧化还原标准电位（E0）分别为0.76V、0.85V。指示剂变色在重铬酸钾与亚铁滴定曲线突跃范围之外。因此使终点后移，为此，在实际测定过程中加入NaF或H3PO4络合Fe3+，
不同植被覆盖对土壤有机碳矿化及团聚体碳分布的影响_1
第24卷第6期2010年12月水土保持学报 Jour nal of Soil and W ater Conserv ation Vo l.24No.6Dec.,2010 收稿日期:2010-07-15 基金项目:国家科技支撑计划课题(2008BAB38B02-3,2006BAD05B01-02);西南大学生态学重点学科 211工程 ;西南大学研究生科技 创新基金项目(ky2008007) 作者简介:罗友进(1984-),男,博士研究生,研究方向为土地利用与生态变化。E -mail:luoyoujin1984@https://www.sodocs.net/doc/f317364692.html, 通讯作者:魏朝富(1962-),男,研究员,博士生导师,主要从事土壤物理学方面研究。E -mail:w eicf@s https://www.sodocs.net/doc/f317364692.html, 不同植被覆盖对土壤有机碳矿化及团聚体碳分布的影响 罗友进,赵光,高明,魏朝富,赵丽荣 (三峡库区生态环境教育部重点实验室,西南大学资源环境学院,重庆400715) 摘要:植被覆盖通过其输入有机物料的差异影响着土壤养分和微生物活性,进而对其土壤的团聚过程和有 机碳的矿化产生影响。该文通过对重庆缙云山四种植被类型覆盖(灌草丛、楠竹林、常绿阔叶林、针阔混交 林)下土壤团聚体碳分布以及土壤有机碳矿化的分析,探讨了植被覆盖对这两者的影响以及两者的相互联 系。植被覆盖影响着土壤有机碳矿化过程和团聚体碳分布。就土壤有机碳矿化累积量(42天)而言,表现 为灌草丛>常绿阔叶林>针阔混交林>楠竹林。不同植被覆盖土壤有机碳日均矿化速率在培养前期(前8 天)差异较大,之后则趋于一致。除灌草丛土壤外,楠竹林、常绿阔叶林和针阔混交林覆盖土壤团聚体均以 0.25~2mm 和<0.25mm 团聚体为主,其总量达到65%以上。土壤团聚体平均重量直径表明灌草丛土壤 结构稳定性要优于其它植被覆盖土壤,而楠竹林土壤结构稳定性最差。除灌草丛土壤外,<0.25mm 团聚 体是土壤有机碳的主要载体;其次是0.25~2mm 团聚体。简单相关和多元回归分析,表明土壤有机碳矿 化系数与<0.25mm 团聚体含量成负相关,与>5mm 团聚体有机碳库成正比。因此,土壤团聚体对有机 碳保护作用是土壤有机碳分配和矿化分解综合作用的结果。 关键词:植被覆盖;团聚体;有机碳;矿化 中图分类号:S152.4;S153.62 文献标识码:A 文章编号:1009-2242(2010)06-0117-06 Organic Carbon Distribution in Aggregates and Soil Organic Carbon Mineralization in Different Vegetation Covering LU O You -jin,ZH AO Guang,GA O Ming,WEI Chao -fu,ZH AO L-i rong (K ey L abor ato ry of Eco -envir onments in T hr ee Gor ges Reser voir Region,M inistr y of Education, College of Resour ces and Envir onment,Southw est Univ er sity ,Chong qing 400715) Abstract:Soil nutrient distribution and microbial activities w er e influenced by vegetation cov ering,throug h chang e org anic carbon input,and then altered soil ag gr eg ation and o rganic carbo n mineralization.Soils w er e sampled fro m four different veg etatio n covering (included shrub forest,bamboo forest,br oadleaf forest,and mixed forest)in Jinyun m ountain,in Chongqing municipality.Soil aggr eg ates w ere separated into four ag -g regates (<0.25,0.25~2,2~5,>5m m)by w et sieve.Soil org anic carbon mineralization w as measured by incubation exper im ents.The cum ulative am ount of soil o rganic carbon m ineralizatio n amo ng different veg -etation covering w as in the order of shr ub forest>bro adleaf forest>mixed forest>bamboo for est.T he r ela -tive significant differences of mineralization rate w ere observ ed among vegetation co vering in the ear ly period of incubation.T he 0.25~2m m and <0.25m m agg regates w er e the main composition of so il in bambo o for -est,br oadleaf forest,and mix ed for est.The r esults of soil agg reg ate w eig ht mean diam eter indicated that soil structure stability w as best in shrub forest and w orst in bambo o forest.Ex cept in shrub for est,soil org anic carbon w as mostly distributed in <0.25mm ag gregate and follow ed by 0.25~2mm aggr eg ate.T he org anic carbon mineralization coefficient had neg ative linear relationship w ith amount o f <0.25m m agg regate and positiv e linear relationship w ith or ganic car bon stock of >5m m ag gregate by simple correlate and linear re -g ressio n analysis.In conclusion,the effect of ag gregates protecting o rganic carbo n in the soil is the integra -tion o f distribution and mineralization of o rganic carbo n. Key words:vegetation cov ering;agg reg ate;org anic carbon;m ineralizatio n
土壤 有机碳 方法学验证
分析方法验证文件 (?验证/?重新验证) 标题：土壤有机碳的测定重铬酸钾氧化-分光光度法仪器：紫外可见分光光度计 文件编号： 参考方法/标准：土壤有机碳的测定重铬酸钾氧化-分光光度法 HJ615-2011 本次方法验证时间： 编制：日期：审核：日期：批准：日期：
目录 1.目的 (1) 2.试样处理 (1) 2.1试样的制备 (1) 3.仪器试剂条件参数 (1) 3.1仪器参数条件 (1) 3.2试剂 (1) 4.绘制标准曲线 (1) 4.1原理 (1) 4.2标准曲线线性分析 (2) 5.最低检出限 (2) 6.精密度和回收率 (2) 7.方法验证结果判定 (2)
1.目的 依据检验检测机构资质认定评审准则和CNAS-CL01-2006准则的要求，确认开展《HJ 615-2011土壤有机碳的测定重铬酸钾氧化-分光光度法》的检测能力，通过反复试验和应用统计技术进行分析总结，编制此方法确认文件。 2.试样处理 2.1试样的制备 将土壤样品置于洁净白搪瓷托盘中，平摊成2~3cm厚的薄层。先剔除植物、昆虫、石块等残块，用木槌压碎土块，自然风干，风干时每天翻动几次、充分混匀风干土壤，采用四分法，取其两份，一份留存，一份通过2mm土壤筛用于干物质含量的测定。在过2mm 筛的样品中取出10~20g进一步细磨，并通过60目土筛，装入棕色具塞玻璃瓶中待测。3.仪器试剂条件参数 3.1仪器参数条件 仪器名称紫外可见分光光度计 仪器型号UV-1800 波长585nm 3.2试剂 葡萄糖标准使用液(10.00g/L)：吸取1.000g葡萄糖标准物质(纯度：99.6%；批号：15002)于100mL容量瓶中，稀释至刻度。 其他试剂及处理方法参照《HJ615-2011土壤有机碳的测定重铬酸钾氧化-分光光度法》。 4.绘制标准曲线 4.1原理 分别取0.00、0.50、1.00、2.00、4.00和6.00mL葡萄糖标准使用液移入100mL消解管，其对应有机碳质量分别为0.00、2.00、4.00、8.00、16.0和24.0mg。分别加入0.1g硫酸汞和5.00mL重铬酸钾溶液，摇匀。再缓慢加入7.5mL硫酸，轻轻摇匀。开启恒温加热器，设置温度为135℃。当温度升至接近100℃时，将上述具塞消解管开塞放入恒温加热器中，以仪器温度显示135℃时开始计时，加热30min。关掉恒温加热器，取出具塞消解管水浴冷却至室温。向每个消解管中加入50mL水，继续冷却至室温。再用水定容至100mL，摇 1
中国土壤有机碳研究综述.kdh
中国土壤有机碳研究综述 刘敏 （中国林业科学研究院热带林业研究所，广东省，广州市，510520） 摘要 本文介绍了目前为止中国土壤有机碳的研究现状和进展，主要从有机碳库的计算和研究方法、有机碳库的影响因子和有机碳运动及转化等方面的研究进行了述论，为土壤有机碳，特别是森林土壤的固碳研究提供了科学的依据，为对照国外土壤有机碳的研究水平提供了参考依据，也为全球碳库的统计研究提供了数据理论基础。 关键词：土壤有机碳 影响因子 动态 方法 引言 碳是生命物质中的主要元素之一，是有机质的重要组成部分。总的来说，地球上主要有四大碳库，即大气碳库、海洋碳库、陆地生态系统碳库和岩石圈碳库，碳元素在大气、陆地和海洋等各大碳库之间不断地循环变化。陆地生态系统碳库主要由植被和土壤两个分碳库组成，内部组成和各种反馈机制最为复杂，是受人类活动影响最大的碳库。土壤在全球的碳排放和隔离潜能中被认为是一个活跃和重要的角色。研究土壤可持续利用的核心问题是土壤有机质，有机质数量的耗竭和质量的恶化可直接导致土壤生态功能的衰退。土壤有机质在微生物分解过程中，大部分的碳以CO2形式释放到空气中，迅速与大气进行交换，对大气碳库有重要的调节作用，其他部分以土壤有机碳或碳酸盐的形式储藏在土壤碳库中。于东升[1]等计算出中国的土壤面积共有928.10×104 km2，有机碳储量（SOC）为89.14Pg(1 Pg = 1015g)，土壤平均碳密度为9.60 kg·m-2。植物有机质进入土壤后经过腐解，生成成复杂的土壤有机碳。李晓阳[2]等认为土壤有机碳的变化与土壤特性、土壤管理方式及土壤有机碳检测方法有关。周莉[3]等认为理解土壤有机碳蓄积过程对生物、物理和人为因素的响应和把握关键的控制因子是准确预测土壤有机碳在全球变化情景下对大气 CO2的源、汇方向及准确评估碳收支的关键。 1 土壤有机碳库的计算方法 土壤有机碳库计算方法主要有5种：土壤类型法、生命带研究方法、GIS估算土壤有机碳储量、相关关系估算法、统计估算法等。根据研究对象的不同主要有4种类型：根据植被类型推算、根据土壤类型推算、根据生命气候带推算、利用模型计算。于东升[1]，王义祥[4]用土壤类型推算法进行了研究，数据结果的准确性与数据基础有很大的关系。甘海华[5]，邱建军[6]运用模型也作了这方面的研究；童成立[7]等比较了有机碳计算机模拟模型（SCNC）模型和英国洛桑模型（ROTHC-26.3），结果显示了SCNC的接近真值的效果，他们认为输入量的要求成为了取得研究的成功的关键。赵永存[8]等认为回归克里格预测土壤有机碳的空间分布效果最好，能更好地反映碳密度与地形的关系以及局部变异。 2 土壤有机碳库的影响因子 2.1土壤化学性质对土壤有机碳影响 土壤的化学性质是影响土壤有机碳库的关键因子。李明锋[9]等研究表明SOC和TN的含量直接或间接地决定生态系统CO2排放通量，并且姜勇[10]认为自然生态系统的SOC与TN的相关性略高与农田生态系统。郭胜利[11]认为Q m(P素的最大吸附量），DPS（土壤磷素吸附饱和度）和EPC o（零净吸附磷浓度）变化与SOC存在显著或极显著的线性相关关系(P<0.001)。根据不同林分有机碳、氮组分的不同，徐秋芳[12]认为灌木林和阔叶林土壤表层的微生物生物碳（C MB）、易氧化态碳（C R）与土壤总有机碳（C T）含量间相关性均达显著水平，而灌木林水溶性有机碳(C WS)与C T的相关性达到极显著水平；阔叶林土壤蔗糖酶、脲酶、蛋白酶及磷酸酶活性与C T、C MB及C R含量间均存在显著相关性，而灌木林只有蔗糖酶活性与各类碳有机碳有显著相关性。姜培坤[13]认为雷竹土壤的C T与活性碳含量（C A）、C WS之间，C A与C WS之间以及C T、C A、C WS与土壤(TN)、水解氮、有效磷(AvP)、速效钾(AvK)之间相关性均达极显著水平(P<0.01)，而雷竹C MB与C T、C A、C WS、TN、水解氮、AvP、AvK之间相关性均不显著。彭佩钦[14]认为湿地土壤C MB 作者简介 刘敏，女，1974年出生，硕士，工程师。主要从事森林生态（群落基本特征分析）；植物水分生理（耐旱、耐水研究）；土壤（基本理化性状及有机碳研究）；3S技术的应用。 Email:liumin27@https://www.sodocs.net/doc/f317364692.html,。
土壤有机质的测定2.0
实验报告 课程名称： 土壤学实验 指导老师： 谢晓梅 成绩：__________________ 实验名称： 土壤有机质的测定 同组学生姓名： 边舒萍 一、实验目的和要求 二、实验内容和原理 三、实验材料与试剂 四、实验器材与仪器 五、操作方法和实验步骤 六、实验数据记录和处理 七、实验结果与分析 八、讨论、心得 一、 实验目的和要求 1. 了解土壤有机质测定对于农业生产的意义； 2. 掌握土壤有机质含量的测定方法。 二、 实验内容和原理 有机质是土壤中重要组成成分，其含量水平是衡量土壤肥力的重要指标之一。本实验 采用重铬酸钾容量法——稀释热法，利用浓硫酸和重铬酸钾混合时产生的热氧化有机质中的碳，通过测定消耗的氧化剂的量来计算得出土壤有机质含量，从而分析该土壤肥力水平，并对此提出改良措施。 重铬酸钾容量法——稀释热法过程的化学反应式： 氧化过程：K 2Cr 2O 7+C+H 2SO 4→K 2SO 4+Cr 2(SO 4)3+CO 2+H 2O 滴定过程：K 2Cr 2O 7+FeSO 4+H 2SO 4→K 2SO 4+Cr 2(SO 4)3+Fe 2(SO 4)3+H 2O 土壤有机碳与有机质换算公式： 土壤有机质（g/Kg ）=土壤有机碳（g/Kg ）×1.724 三、 实验器材与仪器 土样（取于余杭塘路施工旁，风干研磨细后过100目筛）；
250mL三角瓶×2,10mL量筒，100mL量筒，5mL移液管，5.00mL移液枪，棕色酸式滴定管； 1mol/L 1/6 K2Cr2O7标准溶液，浓硫酸，领啡啰啉指示剂，0.5021mol/L FeSO4标准溶液。 四、操作方法和实验步骤 1.在500mL三角瓶中加入m=0.5070g土样； 2.用移液管加入1mol/L 1/6 K2Cr2O7标准溶液10mL； 3.混匀后用移液枪移取浓硫酸20mL，旋转摇动1min，之后放置30mL，加水100mL； 4.滴入3滴指示剂后用0.5021mol/L FeSO4标准溶液滴定至溶液由绿色变暗绿色， 最终以瞬间变为砖红色为终点； 5.用相同方法作空白对照（不加土样）测定。 五、实验数据记录和处理 表1 FeSO4标准溶液消耗体积与土壤有机质（碳）含量 样品 滴定前读 数V1/mL 滴定后读 数V2/mL FeSO4消耗体积 V（V0）/mL 土壤有机碳么 m1（g/Kg） 土壤有机质 m2（g/Kg） 第一组0.00 18.70 18.70 5.255 9.060 空白组 3.32 23.35 20.03 注：m1={[c(V0-V)×10-3×3.0×1.33]/m}×1000;m2=m1×1.724 其中，1.33为氧化校正系数；m为所称量土样重。 六、实验结果与分析
第三章 土壤有机质的测定
土壤有机质是土壤中各种营养元素特别是氮、磷的重要来源。它还含有刺激植物生长的胡敏酸类等物质。由于它具有胶体特性，能吸附较多的阳离子，因而使土壤具有保肥力和缓冲性。它还能使土壤疏松和形成结构，从而可改善土壤的物理性状。它也是土壤微生物必不可少的碳源和能源。因此，除低洼地土壤外，一般来说，土壤有机质含量的多少，是土壤肥力高低的一个重要指标。 本章介绍了有机质的形态、含量与分布，土壤有机质测定各种方法的方法原理、适用范围、试剂的配制、操作步骤、结果计算、方法要点等内容。
3.1.1 土壤有机质含量及其在肥力上的意义 土壤有机质是土壤中各种营养元素特别是氮、磷的重要来源。它还含有刺激植物生长的胡敏酸类等物质。由于它具有胶体特性，能吸附较多的阳离子，因而使土壤具有保肥力和缓冲性。它还能使土壤疏松和形成结构，从而可改善土壤的物理性状。它也是土壤微生物必不可少的碳源和能源。因此，除低洼地土壤外，一般来说，土壤有机质含量的多少，是土壤肥力高低的一个重要指标。 华北地区不同肥力等级的土壤有机质含量约为：高肥力地＞15.0g·kg-1 ，中等肥力地10～14g·kg-1，低肥力地5.0-10.0g·kg-1，薄砂地＜5.0g·kg-1。 南方水稻土肥力高低与有机质含量也有密切关系。据浙江省农业科学院土壤肥料研究所水稻高产土壤研究组报道：浙江省高产水稻土的有机质含量大部分多在23.6～48g·kg-1，均较其邻近的一般田高。上海郊区高产水稻土的有机质含量也在25.0～40g·kg-1范围之内。 我国东北地区雨水充足，有利于植物生长，而气温较低有利土壤有机质的积累，因此东北的黑土有机质含量高达40～50g·kg-1以上。由此向西北，雨水减少，植物生长量逐渐减少，土壤有机质含量亦逐渐减少，如栗钙土为20～30g·kg-1，棕钙土为20g·kg-1 左右，灰钙土只有10～20g·kg-1。向南雨水多、温度高，虽然植物生长茂盛，但土壤中有机质的分解作用增强，黄壤和红壤有机质含量一般为20～30g·kg-1。对耕种土壤来讲，人为的耕作活动则起着更重要的影响，因此在同一地区耕种土壤有机质含量比未耕种土壤要低得多。影响土壤有机质含量的另一重要因素是土壤质地，砂土有机质含量低于粘土。 土壤有机质的组成很复杂，包括三类物质： 1.分解很少，仍保持原来形态学特徵的动植物残体。 2.动植物残体的半分解产物及微生物代谢产物。 3.有机质的分解和合成而形成的较稳定的高分子化合物——腐殖酸类物质。
土壤侵蚀对土壤有机碳库去向的影响
土壤侵蚀对土壤有机碳库去向的影响 作者：张春霞， 谢佰承， 贾松伟 作者单位：张春霞(长沙环境保护职业技术学院,湖南长沙,410004)， 谢佰承(湖南省气象科学研究所,湖南长沙,410007)， 贾松伟(中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室,四川成都 ,610041) 刊名： 安徽农业科学 英文刊名：JOURNAL OF ANHUI AGRICULTURAL SCIENCES 年，卷(期)：2008,36(31) 被引用次数：3次 参考文献(20条) https://www.sodocs.net/doc/f317364692.html,L R Soil erosion and the global carbon budget[外文期刊] 2003 https://www.sodocs.net/doc/f317364692.html,L R Global soil erosion by water and carbon dynamics 1995 3.ANDERSON D W;JONG E D;VERITY G E The effects of cultivation on the organic matter of soils of the Canadian prairies 1986 4.ROZANOV B G;TARGULIAN V;ORLOV D S Soils 1993 5.HARDEN J W;SHARPE J M;PARTON W J Dynamic replacement and loss of soil carbon on eroding cropland [外文期刊] 1999 6.TIESSEN H;STEWART J W B;BETANY J R Cultivation effects on the amount and concentration of carbon,nitrogen and phosphorus in grassland soils[外文期刊] 1982 7.唐克丽土壤侵蚀环境演变与全球变化及防灾减灾的机制[期刊论文]-土壤与环境 1999(02) 8.WALLING D E The sediment delivery ratio problem[外文期刊] 1983 9.GREGORICH E G;GREER K J;ANDERSON D W Carbon distribution and losses:Erosion and deposition effects [外文期刊] 1998(3/4) 10.STALLARD R F Terrestrial sedimentation and the carbon cycle:Coupling weathering and erosion to carbon burial[外文期刊] 1998(02) 11.NOORDWIJK V M;CERRI C;WOOMER P L Soil carbon dynamics in the humid tropical forest zone[外文期刊] 1997 https://www.sodocs.net/doc/f317364692.html,L R;KIMBLE J M;FOLLETT R F The potential of U.S.cropland to sequester carbon and mitigate the greenhouse effect 1998 13.贾松伟;贺秀斌;陈云明黄土丘陵区土壤侵蚀对土壤有机碳流失的影响研究[期刊论文]-水土保持研究 2004(04) 14.JACINTHE P A;LAL R;KIMBLE J M Organic carbon storage and dynamics in croplands and terrestrial deposits as influenced by subsurface tile drainage[外文期刊] 2001(5) 15.MCCARTY G W;RITCHIE J C Impact of soil movement on carbon sequestration in agricultural ecosystems[外文期刊] 2002(3) 16.RITCHIE J C Carbon content of sediments of small reservoirs 1989 17.方华军;杨学明;张晓平东北黑土有机碳储量及其对大气CO2的贡献[期刊论文]-水土保持学报 2003(03) 18.PACALA S W;HURTT G C;BAKER D Consistent land and atmosphere based US carbon sink estimates[外文期刊] 2001 19.SCHIMEL D S;HOUSE J I;HIBBARD K A Recent patterns and mechanisms of carbon exchange by
土壤水溶性有机质测定方法参考
土壤有机质测定 常用重铬酸钾一硫酸溶液氧化----- 分光光度法 用水浴加热试管时，（设定最高温度为95）, —个小时后取出。（标准溶液的制备：与土壤样品溶液制备的同时作一组（7个）空白处理，用石英砂代替样品，其他过程同上。即取7支试 管各加入0.4 mol/L的重铬酸钾硫酸溶液2mL，和土壤样品一起硝化后分别加入0.12 mol/L 硫酸亚铁标准溶液0、1、2、3、4、5、6 mL，再分别加入0.1 mol/L H2SO4溶液10、9、8、 7、6、5、4 mL，摇匀澄清或离心待用。） 一、土壤有机质测定一一分光光度法 光度法测定土壤中的有机质具有设备简单、操作简便、测定结果准确等特点，适合大批样品 的快速测定。 1测定原理 在加热的条件下，用过量的重铬酸钾一硫酸（K2Cr2O7—H2SO4溶液，来氧化土壤有机质中的 碳，Cr2O72-等被还原成Cr+3。以硫酸亚铁为标准溶液，取不同量的硫酸亚铁分别与重铬酸 钾一硫酸（K2Cr2O7 —H2SO4溶液进行反应，由于在585nm波长处对Cr3+有最大吸收而Cr6+ 却无吸收，且对一定浓度的H2S04溶液均无吸收。通过分光光度测定，根据标准样制作的标准曲线，找到样品所对应消耗的硫酸亚铁的量，再通过转换得到有机碳量，再乘以常数 1.724，即为土壤有机质量。其中的反应式为： 重铬酸钾一硫酸溶液与有机质作用： 2K2Cr2O7+3C+8H2SO4=2K2SO4+2Cr2（SO4）3+3CO2n8H2O 硫酸亚铁与重铬酸钾一硫酸溶液的反应： K2Cr2O7+6FeSO牛7H2SO4=K2SO4 Cr2（SO4）3+3Fe2（SO4）3+7H2O 2仪器、试剂 分析天平（0.0001g）、硬质试管、长条腊光纸、温度计（0-360 C ）、滴定管（25ml）、吸管（10ml）、三角瓶（250ml）、小漏斗、烧杯、量筒（100ml）、角匙、滴定台、吸水纸、滴瓶（50ml）、试管夹、吸耳球、试剂瓶（500ml）、恒温箱 7230型分光光度计、5B-1型加热器、离心沉淀机。 （1/6 K2Cr2O7）=0.4 mol /L 的H2SO4溶液：称取分析纯重铬酸钾40.00 g溶于600 mL水中（必要时可加热溶解），加水稀释至1L，置3 L烧杯中。另取分析纯浓H2SO41L慢慢加入 到重铬酸钾水溶液中，并不断搅拌，每加入200ml时，应放置10-20分钟使溶液冷却后，再 加入第二份浓硫酸（H2SO4）。加酸完毕，待冷后存于棕色试剂瓶中备用（用时需标定）。（FeSO4）=0.12 mol /L 标准溶液：称取分析纯硫酸亚铁（FeSO4?7H2O） 3.6 g 溶于800 mL水中，加入20mL浓H2SO4搅拌均匀，冷至室温，稀释至1L。 0.1 mol/L H2SO4 溶液。 3测定方法 样品的制备：将土壤放在蒸发皿中风干10 d后，在分析天平上准确称取通过60目筛子（v 0.25mm）的土壤样品0.1-0.2g（精确到0.0001g）。用长条腊光纸把称取的样品全部倒入干的 硬质试管中，用移液管缓缓准确加入0.4mol/L的重铬酸钾-硫酸（K2Cr2O7-H2SO4）溶液2mL （摇动试管，以使土壤分散），然后在试管口盖消化玻泡或小漏斗，于100 C水浴消化，60 min 后取出样品。冷却后加入10mL0.1mol/L H2SO4溶液，摇匀后澄清或离心待测。 标准溶液的制备：与土壤样品溶液制备的同时作一组（7个）空白处理，用石英砂代替样品， 其他过程同上。即取7支试管各加入0.4 mol/L的重铬酸钾硫酸溶液2mL，和土壤样品一起消化后分别加入0.12 mol/L硫酸亚铁标准溶液0、1、2、3、4、5、6 mL，再分别加入0.1 mol/L
土壤有机碳检测方法介绍与自我总结
土壤有机碳检测方法介绍 土壤有机碳是以有机物形式存在于土壤中的C元素的一种存在形式，作为土壤碳库中的重要组成部分，一方面在土壤品质监测中是一项重要的检测项目，另一方面对研究空气中二氧化碳来源也有很大的作用。 土壤有机碳根据其稳定性可分为活性有机碳、慢性有机碳和惰性有机碳三种，其中活性有机碳是反映土壤肥力和土壤管理措施的较好指标。而根据土壤中有机碳的溶解性质又可分为溶解性有机碳和非溶解性有机碳。非溶解性有机碳属于惰性有机碳，由于不能溶解不能被植物吸收也不易产生迁移，所以在土壤质量监控和环境监测方面没有实际意义，而活性有机碳和慢性有机碳大多属于溶解性有机碳。 目前土壤有机碳的检测方法主要是干烧法和湿氧化法。常用的重铬酸钾和浓硫酸湿氧化滴定技术由于不能确保样品完全氧化，检测效果较差检测结果必须进行修正。而干烧法目前又有土壤直接高温燃烧和土壤经溶液萃取后高温燃烧溶液两种方法。 土壤直接燃烧法大多需在样品燃烧前使用磷酸溶液或盐酸溶液去除土壤中的无机碳。磷酸酸性较弱不易将土壤中的难溶碳酸盐氧化（西南地区广布卡斯特地貌，碳酸岩形成的土壤比重较高），而直接燃烧需要在900℃以上的温度才能保证燃烧完全，碳酸盐在800℃左右就会分解，所以检测结果受无机碳干扰明显。盐酸溶液虽然可将大部分碳酸盐去除，但是残留的盐酸会对催化剂和检测器的寿命造成严重影响，使用时必须将样品再次淋洗、烘干才能上机检测，冲洗过程中又会造成溶解性有机碳的损失，所以检测结果也不是很准确。这正是Tekmar在第6带产品设计生产时取消固体进样器的一个主要原因。所以相对来说检测更准确的则是溶液萃取法。 溶液萃取法是通过一定浓度的盐溶液将土壤中的有机碳转移至液相后再对溶液进行检测的方法。一方面该方法只将溶液中的溶解性碳转移至溶液，溶液再上仪器进行检测，检测过程中仪器会自动清除无机碳，所以检测结果准确可靠；而不溶解性碳（包括难溶性碳酸岩和不溶性有机碳）不是土壤的有效养分或污染物所以实际监测意义不大，这也是为什么中国农科院和中科院下属单位长期将溶液萃取法作为土壤有机碳检测手段的根本原因。