温度对黑色石灰土原土及不同粒径土壤颗粒有机碳矿化的影响

摘要/Abstract

摘要： 为探究黑色石灰土原土及不同粒径土壤颗粒有机碳矿化的差异及其对温度的响应，加深对喀斯特地区土壤有机碳矿化的认识，在15、25、35 ℃3种温度条件下，研究黑色石灰土原土及粗颗粒、微团聚体、单粉粒3种粒径土壤颗粒有机碳矿化速率、有机碳累积矿化量、可矿化有机碳分配比例、有机碳矿化温度系数(Q₁₀)和动力学方程参数的差异及温度和粒径对有机碳矿化的交互影响。结果表明，6次筛分所占比例合计达到96.58%，表明试验筛分过程可靠性和重现性良好。粗颗粒有机碳含量最高（80.68 g/kg），分别是原土、微团聚体和单粉粒的1.28倍、1.59倍和1.60倍。培养期内黑色石灰土原土和3种粒径土壤颗粒有机碳矿化速率峰值均出现在第1天，此后迅速下降，并在第8天趋于稳定。15、25、35 ℃温度下，黑色石灰土原土和不同粒径土壤颗粒有机碳累积矿化量均表现出微团聚体>单粉粒>黑色石灰土原土>粗颗粒的规律，表明微团聚体有机碳在有机碳矿化中的贡献较大，而粗颗粒有机碳贡献较小。土壤可矿化有机碳的分配比例依次排序为微团聚体>单粉粒>黑色石灰土原土>粗颗粒，固碳能力相应排序为粗颗粒＞黑色石灰土原土＞单粉粒＞微团聚体。黑色石灰土原土、粗颗粒、微团聚体、单粉粒的Q₁₀平均值分别为1.12、1.19、1.14、1.25(>25 ℃)和1.36、1.26、1.22、1.39(<25 ℃)，表明低温下升温比高温时升温更能促进土壤有机碳的矿化。一级动力学方程拟合结果表明，同一培养温度条件下，土壤有机碳潜在矿化量依次排序为微团聚体>单粉粒>黑色石灰土原土>粗颗粒，且均随着培养温度增加而增加。双因素方差分析表明，温度显著影响黑色石灰土原土及不同粒径土壤颗粒有机碳的矿化比例和累积矿化量。

关键词: 黑色石灰土, 不同粒径土壤颗粒, 有机碳矿化, 温度

杨芳,段惠敏,段建军，王小利,罗湄宏,周先伟，郭振. 温度对黑色石灰土原土及不同粒径土壤颗粒有机碳矿化的影响[J]. 河南农业科学, 2019, 48(2): 68-76.

参考文献

参考文献:
［1］POLL C,MARHAN S, BACK F, et al. Fieldscale manipulation of soil temperature and precipitation change soil CO₂ flux in a temperate agricultural ecosystem［J］.Agriculture Ecosystems ＆ Environment,2013,165:88-97．

［2］LAI R.Soil C sequestration impacts on global climatic change and food security ［J］.Science,2004,304(5677):1623-1627.

［3］李顺姬,邱莉萍,张兴昌.黄土高原土壤有机碳矿化及其与土壤理化性质的关系［J］.生态学报,2010,30(5):1217-1226.

［4］黄锦学,熊德成,刘小飞,等.增温对土壤有机碳矿化的影响研究综述［J］.生态学报,2017,37(1):12-24.

［5］王莲阁,高岩红,丁长欢,等. 变温环境对典型石灰土有机碳矿化的影响［J］.环境科学,2014,35(11):4291-4297.

［6］贾俊仙,蔚耀洲,张健,等.土壤水分对半干旱区石灰性土壤有机碳矿化的影响［J］.灌溉排水学报,2017,36(9):62-68.

［7］张丽敏,徐明岗,娄翼来,等.长期施肥下黄壤性水稻土有机碳组分变化特征［J］.中国农业科学,2014,47(19):3817-3825.

［8］ZHOU P,Li Y,REN X E,et al.Organic carbon mineralization responses temperature increases in subtropical paddy soils［J］.Journal of Soil and Sediments,2014,14:1-9.

［9］FANG C,MONCRIEFF J B.The dependence of soil CO2 efflux on temperature［J］.Soil Biology and Biochemistry,2001,33:155-165.

［10］VOGEL J G,VALENTINE D W,RUESS R W.Soil androot respiration in mature Alaskan black spruce forests that vary in soil organic matter decomposition rates［J］. Candian Journal of Forest Reserch,2005,35:161-174.

［11］胡亚林,汪思龙,颜绍尴.影响土壤微生物活性与群落结构因素研究进展［J］.土壤通报,2006,37(1):170-176.

［12］YANG Q P,XU M,LIU H S,et al.Impact factors and uncertainties of the temperature sensitivity of soil respiration［J］.Acta Ecologica Sinica,2011,31(8):2301-2311.

［13］LIU Y P,TANG Y P,LU Q,et al.Effects of temperature and use change on soil organic carbon mineralization［J］.Journal of Anhui Agriculture,2011,39(7):3896-3927.

［14］DAVIDSON E A,JANSSENS I A.Temperature sensitivity of soil carbon decomposition and feedbacks to climate change［J］.Nature,2006,440(7081):165-173.

［15］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.

［16］王红,范志平,邓东周,等.不同环境因子对樟子松人工林土壤有机碳矿化的影响［J］,生态学杂志,2008,27(9):1469-1475.

［17］WANG X W, LI X Z,HU Y M,et al.Effect of temperature and moisture on soil organic carbon mineralization of predominantly permafrost in the Great Hing’an Mountains,Northeastern China［J］.Journal of Environmental Sciences,2010,22(7):1057-1066.

［18］LI L J,YOU M Y.Soil CO₂ emissions from a cultivated Mollisol:Effects of organic amendments,soil temperature,and moisture［J］.European Journal of Soil Biology,2013,55:83-90.

［19］XU X,ZHOU Y,RUAN H H,et al.Temperature sensitivity increasas with soil organic carbon recalcitrance along an elevational gradient in the Wuyi Mountains,China［J］.Soil Biology & Biochemistry,2010,42:1811-1815.

［20］王峰,陈玉真,尤志明,等.培养温度对不同类型茶园土壤有机碳矿化的影响［J］.福建农业学报,2016,31(9):993-999.

［21］HASSINK J.Density fractions of soil macroorganic matter and microbial biomass as predictors of C and N mineralization［J］.Soil Biology ＆ Biochemistry,1995,27(8):1099-1108．

［22］刘晶,田耀武,张巧明.豫西黄土丘陵区不同土地利用方式土壤团聚体有机碳含量及其矿化特征［J］.水土保持学报,2016,30(3):254-261．

［23］郭振,王小利,段建军,等.贵州黄壤性水稻土不同粒径有机碳之间的矿化差异［J］.江苏农业科学,2017,45(14):223-226,235.

［24］李建华,李华,郜春花,等.长期施肥对晋东南矿区复垦土壤团聚体稳定性及有机碳分布的影响［J］.华北农学报,2018,33(5):188-194.

［25］STEWART C E,PLANTE A F,PAUSTIAN K,et al.Soil carbon saturation:Linking concept and measurable carbon pools［J］.Soil Science Society of American Journal,2008,72(2):379-392.

［26］STEWART C E,PAUSTIAN K,CONANT R T,et al.Soil carbon saturation:Implications for measurable carbon pool dynamics in longterm incubations［J］.Soil Biology & Biochemistry,2009,41:357-366.

［27］GOYAL S,CHANDER K,MUNDRA M C,et al.Influence of inorganic fertilizers and organic amendments on soil organic matter and soil microbial properties under tropical conditions［J］.Biology and Fertility of Soils,1999,29:196-200．

［28］吴萌,李忠佩,冯有智,等.长期施肥处理下不同类型水稻土有机碳矿化的动态差异［J］.中国农业科学,2016,49 (9):1705-1714．

［29］李顺姬,邱莉萍,张兴昌.黄土高原土壤有机碳矿化及其与土壤理化性质的关系［J］.生态学报,2010,30(5):1217-1226.

［30］鲍士旦.土壤农化分析［M］.北京:中国农业出版社,2008.

［31］李梦雅,王伯仁,徐明岗,等.长期施肥对红壤有机碳矿化及微生物活性的影响［J］.核农学报,2009,23(6):1043-1049.

［32］马天娥,魏艳春,杨宪龙,等.长期施肥措施下土壤有机碳矿化特征研究［J］.中国生态农业学报,2016,24(1):8-16.

［33］REICHSTEIN M,BEDNORZ F,Broll G,et al.Temperature dependence of carbon mineralization:Conclusions from a longterm incubation of subalpine soil samples［J］.Soil Biology & Biochemistry,2000,32:947-958.

［34］戴慧,王希华,阎恩荣.浙江天童山土地利用方式对土壤有机碳矿化的影响［J］.生态学杂志,2007,26(7):1021-1026．

［35］ZHENG Z M,YU G R,FU Y L,et al.Temperature sensitivity of soil respiration is affected by prevailing climatic conditions and soil organic carbon content:A transChina based case study［J］.Soil Biology Biochemistry,2009,41:1531-1540.

［36］林杉,陈涛,赵劲松,等.不同培养温度下长期施肥水稻土的有机碳矿化特征［J］.应用生态学报,2014,25(5):1340-1348.

［37］马昕昕,许明祥,杨凯.黄土丘陵区刺槐林深层土壤有机碳矿化特征初探［J］.环境科学,2012,33(11):3893-3900.

［38］吴健利,刘梦云,赵国庆,等.黄土台塬土地利用方式对土壤有机碳矿化及温室气体排放的影响［J］.农业环境科学学报,2016,35(5):1006-1015.

［39］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.
［40］邱曦,吕茂奎,黄锦学,等.不同培养温度下严重侵蚀红壤的有机碳矿化特征［J］.植物生态学报,2016,40(3):236-245.

［41］黄耀,刘世梁,沈其荣,等.环境因子对农业土壤有机碳分解的影响［J］.应用生态学报,2002,13(6):709-714.

［42］莫治新,闫莎,金慧,等.模拟氮沉降对不同含水量土壤氮素矿化的影响［J］.河南农业科学,2018,47(10):64-68.

［43］唐茹,孙钰翔,戴齐,等.土壤团聚体微结构研究方法及进展［J］.河南农业科学,2018,47(9):8-15.

［44］李建华,李华,郜春花,等.长期施肥对晋东南矿区复垦土壤团聚体稳定性及有机碳分布的影响［J］.华北农学报,2018,33(5):188-194.

［45］CIE,M.ALKAISIM,WANG L,et al.Soil organic carbon mineralization as affected by cyclical temperature fluctuation in a karst region of southwestern china［J］.Pedosphere,2015,25(4):512-523.

［46］樊金娟,李丹丹,张心昱,等.北方温带森林不同海拔梯度土壤碳矿化速率及酶动力学参数温度敏感性［J］.应用生态学报,2016,27(1):17-25．

［47］高菲,姜航,崔晓阳.小兴安岭两种森林类型土壤有机碳库及周转［J］.应用生态学报,2015,26(7):1913-1921.

［48］LEIFELD J,FUHRER J.The temperature response of CO₂ production from bulk soils and soil fractions is related to soil organic matter quality ［J］.Biogeochemistry,2005,75:433-453.

［49］徐汝民,李忠佩,车玉萍,等.土地利用方式转变后灰色森林土有机碳矿化的温度响应特征［J］.应用生态学报,2009,20(5):1020-1025.

［50］郭大勇,商东耀,王旭刚,等.改性生物炭对玉米生长发育、养分吸收和土壤理化性状的影响［J］.河南农业科学,2017,46(2):22-27.

［51］林少雯,陈延玲,刘树堂,等.长期定位施肥对潮土土壤黏土矿物影响的研究［J］.华北农学报,2017,32(4):142-147.

[1]	赵鑫, 陈栋, 郭冠廷, 吴娇娇, 张远东, 龙林梅, 龙明忠, 李晓娜. 贵州石漠化地区生物结皮对土壤氮矿化的影响[J]. 河南农业科学, 2024, 53(2): 75-84.
[2]	陈家鼎, 何蓉, 肖庆礼, 袁明, 谭奇忠, 彭奎, 魏硕, 李生春. 温度和含水率对烟叶热物理特性的影响及其预测模型建立[J]. 河南农业科学, 2023, 52(6): 172-180.
[3]	黄家庆, 刘岑薇, 叶菁, 王义祥, 任丽花. 不同反应条件下番茄秸秆水热生物炭的理化性质和微观结构变化[J]. 河南农业科学, 2023, 52(5): 170-180.
[4]	王佩, 王涛, 宋江雨, 丁应福, 王廷贤, 杨占伟, 宋朝鹏, 李静超. 不同烘烤工艺对烟草CB-1 上部叶抗性淀粉含量的影响[J]. 河南农业科学, 2023, 52(2): 162-170.
[5]	董晓星, 余路明, 牛旭旭, 张增光, 李胜利. 大跨度外保温型塑料大棚内番茄栽培温度适宜度评价和游程分析[J]. 河南农业科学, 2022, 51(3): 127-138.
[6]	杨伟克, 刘增虎, 唐芬芬, 胡昌雄, 董占鹏. 不同温度和饥饿胁迫下琥珀蚕AaHsp90 基因的表达特征[J]. 河南农业科学, 2022, 51(2): 133-138.
[7]	严宗山, 杨世梅, 李彦荣, 王蕾, 张想平, 陈亮, 王翠丽, 张自强. 不同黄沙栽培模式对温室番茄根际温度的影响[J]. 河南农业科学, 2021, 50(5): 107-114.
[8]	韩志恒, 陶志影, 曾育宁, 何金成. 基于介电特性的异位发酵床稻谷壳含水率的检测[J]. 河南农业科学, 2021, 50(5): 173-180.
[9]	高耀辉, 魏光普, 马斌, 肖凤洁, 马明. 菊花CmSVP基因结构及表达模式分析[J]. 河南农业科学, 2021, 50(2): 124-129.
[10]	王一昊, 武永峰, 张立亭, 张锦水, 李崇瑞, 张晓旭. 基于TVDI的东北地区春玉米干旱监测 ——以2018年为例[J]. 河南农业科学, 2020, 49(3): 167-180.
[11]	文建川，景元书. 烟草化学成分与气象因子关系研究进展[J]. 河南农业科学, 2019, 48(4): 1-8.
[12]	张瑞，刘婷，宫旭胤，梁婷玉，高良霜，吴建平. 牛至精油结合储藏温度对羊肉保鲜效果的影响[J]. 河南农业科学, 2019, 48(2): 137-143.
[13]	胡长效, 曹丹, 徐万泰. 不同温度和空间对龟纹瓢虫捕食褐软蚧的影响[J]. 河南农业科学, 2019, 48(12): 73-78.
[14]	陈元生，陈胜魁，于海萍，罗致迪，刘兴平. 低温处理对花斑花绒寄甲卵储藏及孵化率的影响[J]. 河南农业科学, 2018, 47(1): 73-77.
[15]	韩赞平，陈彦惠，刘海英，赵瑞芳，郭书磊. 利用重组自交系群体定位不同温度条件下玉米种子发芽性状的QTL[J]. 河南农业科学, 2017, 46(7): 9-17,85.