2017, Vol. 38
土壤碳库是地球表层中最大的碳库，是继海洋碳库(38 000 Pg)和岩石碳库(5 000 Pg)之后的第三大碳库[1]. 土壤碳库包括土壤有机碳(soil organic carbon，SOC)库和无机碳 (soil inorganic carbon，SIC)库，土壤有机碳库作为陆生生态系统中最重要和最活跃的碳库，对保持土壤肥力、 增加粮食产量具有重要作用[2]. 而农业生产也会对土壤产生扰动，促进土壤有机质分解，增加大气中的CO2含量[3]. 土壤无机碳对全球固碳起着非常重要的作用. 有研究表明我国土壤SOC固碳潜力是105~198 Tg·a-1，SIC固碳潜力为7~138 Tg·a-1，平均固碳速率是224 Tg·a-1，到2050年可实现累积固碳11 Pg，可抵消每年工业排放碳的20%[4]. SIC固碳是通过无机化学反应，将CO2转化为碳酸钙和碳酸镁等[5]，而施肥、 灌溉以及耕作等农田措施，能够促进作物生长和微生物活性或者提高水渗透性，都可能有利于形成碳酸盐沉淀而增加SIC库，减缓CO2排放[6, 7].
有研究表明，对土壤碳库影响最大的农田措施主要包括耕作方式和秸秆还田[2, 8, 9]. 耕作方式的不同会影响土壤暴露在空气中的面积和频率，从而影响SOC的氧化程度[3, 9]； 秸秆还田则直接通过增加有机物料的形式，提升土壤SOC水平[8, 10]. 不同施肥措施[11]、 耕作方式[12, 13]和秸秆还田[10, 14]对土壤表层SOC的影响已有研究报道，但是各地由于土壤性质和光热条件不同，所得结论也有所不同[15, 16]. 秸秆还田在直接增加土壤SOC的同时[2]，可以显著增加土壤剖面中SIC形成的前提因子CO2的浓度[3, 17]. 尿素等氮肥的施用可以促进作物根系增长，提高土壤酸度，导致土壤SOC和SIC的分解[18, 19]，灌溉则会增加钙镁离子浓度，增加SIC形成的速率[3, 7]，即土壤中SOC和SIC之间的相互转化以及受农田措施的影响频度，远比人们想象的复杂和剧烈. 在土壤碳循环过程中，碳稳定同位素13C含量可以反映SOC分解程度、 土壤碳形态变化[20, 21]，同时，由于水氮对植物光合作用的复杂性，导致13C难以反映生物作用的贡献[22]，因此，结合13C和15N能够较好地定性和定量研究土壤碳氮转化.
华北平原是我国重要的粮食产区. 自20世纪80年代以来，随着高强度化肥、 灌溉和高产品种的引进，该区域粮食产量大幅度提高，也对土壤碳库等产生了较大影响[2]，但在华北地区，结合13C和15N自然丰度法，对土壤碳库特别是SOC和SIC的变化却鲜有研究. 因此，本研究以1999年建立的长期定位实验为依托，运用稳定同位素13C和15N方法，探索华北平原不同耕作方式和秸秆还田措施下，表层及亚表层土壤SOC和SIC含量和储量的变化规律，以期为土壤固碳、 优化农田管理措施提供技术支持.
1 材料与方法 1.1 实验区概况该实验点位于河北曲周县境内(36°52′N,115°01′N)，平均海拔高度约40 m，属暖温带半湿润季风气候区，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季温暖多雨，具有明显的干湿交替性. 年均日照时间2 332 h，年均降水量556 mm，降水主要集中在7~9月，年均蒸发量1 841 mm，多年平均气温13.2℃，年均无霜期201 d[23]. 实验土壤均发育于近代河流冲积母质，盐碱地改良后的褐土化潮土. 1999年实验开始时，供试土壤理化性质为：pH 7.8，有机碳含量4.1 g·kg-1，全氮含量0.37 g·kg-1，碱解氮50.6 mg·kg-1，全磷含量1.4 g·kg-1，速效磷9.9 mg·kg-1，速效钾92.6 mg·kg-1[23]. 实验地种植制度为冬小麦(Triticum aestivum)-夏玉米(Zea mays)一年两熟.
1.2 实验设计本研究实验主要包括原状草地和原状草地变为农田后不同耕作措施的农田处理. 耕作模式的长期定位实验从1999年开始[24]，实验处理分别为：①清茬翻耕处理(tillage without straw,N)：小麦秸秆全量粉碎还田，翻耕播种夏玉米； 夏玉米秸秆不还田，根茬还田，翻耕播种冬小麦； 耕作深度10~15 cm； ②粉碎还田免耕处理(not tillage with crushed straw,S)：小麦秸秆全量粉碎还田，免耕播种夏玉米； 夏玉米秸秆全量粉碎还田，免耕播种冬小麦； ③粉碎还田翻耕处理(tillage with crushed straw,TS)：小麦秸秆全量粉碎还田，翻耕播种夏玉米； 夏玉米秸秆全量粉碎还田，翻耕播种冬小麦； 耕作深度10~15 cm； ④自然恢复地(nature Fallow,F)，即原状草地. 自然恢复地选自实验农田附近(两地相距200 m)的一片实验地，自1974年起没有任何农业生产和土地耕作. 植被主要是C3型为主的草甸植物，以杂草群落为主，包括碱蒿(Artemisia anethifolia)、 白茅(Imperata cylindrical)、 榛子(Corylus heterophylla)和大针茅(Stipa grandis)等.
1.3 土样采集与分析土壤样品采集时间为2013年10月玉米收获后. 采样在0~20 cm和20~40 cm两个土壤层次进行. 在农田实验的每个小区，按对角线用土钻(直径3.5 cm，深度20 cm)取样，每条对角线取3钻，6钻土壤充分混匀作为一个土样装入塑料袋，每个小区采集3个土样进行混合作为一个土样. 自然恢复地按照长度均为3部分，然后每部分按对角线取土，每条对角线取3钻混匀装袋. 采集的样品带回实验室风干，并充分混合后过2 mm或0.15 mm筛，于自封袋中室温保存. 参照鲁如坤[25]的方法对土壤理化性质进行测定，即：土壤容重(环刀法采集测定)、 pH(水土比1：2.5悬浮液用pH计测定)和土壤含水量(105℃烘干至恒重测定).
1.4 碳、 氮及其自然同位素的测定用四分法取过0.15 mm筛的土壤样品，进行土壤碳、 氮及其同位素丰度的测试.
土壤碳、 氮含量：利用Thermo Elemental Analyzer 1112元素分析仪测定土壤全氮(TN)和全碳(TC). 土壤无机碳(SIC)采用压力传感器方法测定[26]. 有机碳(SOC)采用差减法，即SOC=TC-SIC.
土壤碳氮同位素丰度[7]：土壤全碳、 全氮、 有机碳以及无机碳的同位素丰度用稳定同位素比例质谱仪(Delta Plus XP,Thermo Fisher Scientific，USA)测试，精度为0.15‰. 有机碳丰度测定前先进行酸洗去除无机碳，称取土样2~3 g放入烧杯中，加入20 mL 0.5 mol· L-1的HCl溶液进行酸化，摇匀后放入振荡器振荡30 min. 静置12 h后加去离子水，以3 000 r·min-1的速度离心3 min，洗去土样中的酸，用试纸检测土样pH，洗到中性为止，放入烘箱60℃烘干. 土壤无机碳δ13C分析在Thermo公司的DELTA V ADVANTAGE 气体质谱仪上进行. 碳同位素采用PDB(Peedee Belemnite)标准[27]，PDB标准物质为美国南卡罗来纳州白垩纪皮狄组拟箭石化石，其13C/12C=(11 237.2±90)×10-6，定义其δ13C=0‰.
1.5 土壤有机碳储量和次生碳酸盐比例计算土壤有机碳储量：对于分n层的土壤剖面而言，有机碳储量的计算公式为:
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(1) |
式中，SOC为全部土层有机碳储量，Mg·hm-2； SOCi为第i层土壤SOC含量，g·kg-1； Bi为第i层土壤容重，g·cm-3； Ti为第i层土壤深度，cm； n为土层数，1/10为单位系数.
土壤无机碳中次生碳酸盐(pedogenic inorganic carbonates,PIC)比例：用下述同位素质量平衡方程式来定量PIC在土壤无机碳中的比例[27]：
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(2) |
式中，PIC(%)为无机碳中次生碳酸盐所占的比例； δ13Csoil为某一层土壤无机碳的δ13C值； δ13Cpm为母质碳酸盐的δ13C值，本研究假定为0‰[28]. δ13CPIC为次生碳酸盐的δ13C值，用下面的分馏模型进行估算[21, 29]：
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(3) |
式中，δ13CPIC为次生碳酸盐的δ13C估计值； δ13CSOM为土壤有机质的δ13C测定值； ΔCO2diffusion为12CO2和13CO2分子之间δ13C值的扩散差异，理论值为4.4‰[21]； ΔCO2-CaCO3为平衡反应过程中CO2和碳酸盐ΔCO2值差异，本研究取20℃下的理论值9.48‰[21]，δ13Cair 为大气的δ13C值，取平均值-8‰[29]，λ为大气中二氧化碳对形成PIC的贡献比例.
1.6 数据分析方差分析和相关性分析用SPSS 20.0软件计算，处理之间的显著性差异分析均设为α＝0.05水平，且平均值比较采用最小显著差异法(least significant difference,LSD). 画图采用EXCEL软件.
2 结果与分析 2.1 耕作和秸秆还田对土壤碳含量及自然同位素丰度的影响经过15 a的农田耕作，与自然恢复地(F)相比(图 1)，在0~20 cm层次各处理有机碳含量(SOC)均有所下降，其中清茬翻耕(N)达显著性差异； 秸秆还田的两个处理(S和TS)土壤SOC分别比N高18.3%和20.2%. 在20~40 cm层次，各处理间差异不显著. 对于土壤无机碳(SIC)，在0~20 cm土层，秸秆还田措施(S和TS处理)较F显著降低，而在20~40 cm层次却呈显著增加，N处理的SIC含量在秸秆还田处理和F处理之间. 0~20 cm层次各处理土壤SOC含量显著高于20~40 cm，但土壤SIC含量均显著低于20~40 cm(N处理除外).
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不同小写字母表示不同处理间的显著性差异(P ＜0.05)，*表示土壤剖面两层次间的显著性差异(P ＜0.05)，**为极显著性差异(P＜0.01)，下同 图 1 不同农田管理措施下土壤有机碳和无机碳含量 Fig. 1 Contents of SOC and SIC under different farming treatments |
与F相比(图 2)，3个农田耕作处理土壤δ13CSOC在两个土层均偏高，但仅在0~20 cm层次达到显著性水平； 类似的，3个处理土壤δ13CSIC在0~20 cm土层也比F处理偏高，但未达到显著性水平，而在20~40 cm层次却出现了农田耕作处理偏负，且TS处理达到显著性水平. 两个土层相比，0~20 cm土壤δ13CSOC较20~40 cm均显著偏高，而土壤δ13CSIC则较20~40 cm偏低，仅TS达到显著性水平.
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图 2 不同农田管理措施下土壤有机碳和无机碳自然同位素丰度值 Fig. 2 The δ13C values of SOC and SIC under different faming treatments |
在0~20 cm土层，由于农田耕作处理土壤SOC和SIC都低于F，土壤全碳含量显著低于F，但3个农田耕作处理之间差异未达到显著性水平(图 3). 土壤全氮呈现相似规律，且清茬处理(N)显著低于秸秆还田处理(S和TS).
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图 3 不同农田管理措施下土壤全碳和全氮含量 Fig. 3 Contents of TC and TN under different farming treatments |
在20~40 cm土层，与0~20 cm相反，农田耕作处理土壤SOC和SIC都高于F，造成土壤全碳含量显著高于F，N、 S和TS分别高7.3%、 15.8%和14.7%，3个农田耕作处理之间差异不显著(图 3). 全氮含量则是两个秸秆还田处理显著高于F和N，且秸秆还田配合耕作处理TS显著高于仅秸秆还田的S处理.
在0~20 cm土层(图 4)，各农田耕作处理土壤全碳的δ13C较F显著偏高，S和TS之间无显著差异，但较N显著偏低，而在20~40 cm土层各处理间无显著差异. 0~20 cm土层土壤全碳δ13C显著低于20~40 cm土层. 与土壤全碳δ13C不同，0~20 cm层次农田耕作土壤δ15N较F偏正，其中TS处理显著高于其它处理，而在20~40 cm层次，呈现相反的规律，即各农田耕作处理土壤δ15N显著低于F处理，耕作处理间差异不显著.
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图 4 不同农田管理措施下土壤全碳和全氮自然丰度值 Fig. 4 The δ13C values of TC and δ15N values of TN under different farming treatments |
在0~20 cm土层(表 1)，与F相比，3个农田耕作处理的土壤SOC储量分别降低了21.3%(N)、 12.2%(S)和3.1%(TS)，降低速率分别为0.4(N)、 0.3(S)和0.1 (TS) Mg·(hm2·a)-1，而土壤SIC储量则没有显著变化，说明0~20 cm土层总碳的降低主要是由于SOC造成的.
与0~20 cm层次不同，在20~40 cm土层，3个农田耕作处理的SOC和SIC储量都较F处理高，但SOC的差异处理间不显著. 与F处理比较，农田3个处理SIC储量增加速率均为0.1 Mg·(hm2·a)-1. 两土层相比，所有处理的0~20 cm土层SOC储量显著高于20~40 cm，而0~20 cm层次的SIC储量却显著低于20~40 cm层次.
对于土壤SIC，转换为农田土壤后，原生性碳酸盐LIC占总SIC的比例从F处理的69%(0~20 cm)和72%(20~40 cm)，降低到36~51%(0~20 cm)和3.6~47%(20~40 cm). 3个农田处理的LIC占总SIC比例降低顺序为TS>S>N； 而土壤次生性碳酸盐PIC占总SIC的比例却呈现增加趋势，显著高于F，其中20~40 cm土层两个秸秆处理的比例增加到83%和96%.
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表 1 不同农田管理措施的土壤碳储量1) Table 1 Stock of soil carbon under different farming treatments |
3 讨论 3.1 耕作与秸秆还田措施对土壤碳库的影响
有研究表明，自然草地转变为农田耕作土壤后，由于耕作改变了土壤和植被结构，增加了有机质暴露于空气的机会，SOC含量呈下降趋势(10%~50%)[23, 30]. 本研究SOC含量下降8%~24%，是农田土壤总碳显著下降的主要原因. 耕作引起的SOC降低可通过良好的农田措施恢复，其中秸秆还田是主要措施之一. 本研究中，秸秆还田(TS和S)措施下耕作层SOC储量较不还田(N)提高了20%以上，这是因为有机物料的增加以及土壤结构的改善[31]. 农田措施对于SOC的提高主要在表层，对亚表层20~40 cm层次的SOC影响较小. 比较TS和S处理(图 1)，发现耕作配合秸秆还田比免耕配合秸秆还田有更好的SOC提升效果. 主要原因在于前者更有利于有机物料在表层与土壤颗粒充分混合，形成有机无机复合体； 此外，TS处理相比S处理，作物产量更高[32]，进入农田的有机物料更多，也可能是导致SOC提升效果更好的原因.
本研究区域属于半湿润半旱区[24]，原状草地土壤在0~40 cm土层SIC储量比SOC高22%，在普遍认为的半干旱地区SIC是SOC的1~9倍范围内[29]，表明该区SIC对于土壤固碳的作用可能比SOC更重要[33]. 本研究中，耕作措施在两个土层对SIC、 SOC的影响规律不尽相同：首先，与SOC变化相反，SIC随土层深度的增加而增加，这可能是由于表层较高含量的SOC，以及氮肥使用，造成土壤酸性水平提高[18, 19]，从而增加了碳酸盐的溶解[19]. 其次，与F相比，3个农田处理降低0~20 cm土层的SIC，秸秆还田条件下下降尤为显著，同样可能是由于耕作改变土壤微环境，加速了碳酸盐的溶解，也可能是根区释放的HCO3-、 酸性分泌物等促进碳酸钙(镁)溶解[34]. 土壤亚表层，耕作种植导致土壤CO2浓度增加，土壤水分渗透增强而使pH升高，以及根区产生的Ca2+向下移动，都有利于碳酸钙的形成[6, 7]，使得农田土壤20~40 cm土层SIC显著增加(除N增加不显著外)，使其成为该层次农田土壤总碳提高7%~18%的主要贡献者.
3.2 耕作与秸秆还田措施对土壤碳氮同位素特征的影响一般来说，SOC的δ13C值与覆盖植物的同位素构成非常相似[20]. 自然恢复地0~20 cm土层δ13CSOC为-21‰左右，体现了C3作物对SOC的主要贡献，而农田土壤δ13CSOC为-19‰~-18‰，体现了C3(小麦)和C4作物(玉米)的共同贡献. 由于土壤有机质分解过程中的同位素分馏效应，其δ13C值通常随着深度的增加而升高[35]，即本研究中0~20 cm土层δ13CSOC显著低于20~40 cm. 对于3个农田处理，0~20 cm土层δ13CSOC无显著差异，说明即使经过15年的时间，玉米秸秆还田和耕作对于δ13CSOC影响还未达到显著性水平. 一方面，土壤空间异质性降低了处理间的差异显著性，另一方面，SOC的分解是一个长期过程，与原SOC比较，新有机物料(本研究中玉米)引起的新SOC数量较小，还不足以影响土壤SOC的δ13C值[17, 23, 36].
土壤无机碳主要是沉淀碳酸盐，其δ13CSIC与碳酸盐的碳丰度值高度相关. 溶解的碳酸盐和土壤CO2之间存在碳稳定同位素的平衡分馏，因而其碳同位素丰度主要取决于土壤CO2的13C丰度[37]，而土壤CO2主要来自于土壤有机质分解、 地面大气CO2以及作物根呼吸[29, 38]. 本研究中，3个农田处理土壤受较高δ13C值的空气CO2(δ13C≈-8‰)以及玉米秸秆(δ13C为-17‰左右)的影响较大，耕作层形成的土壤δ13CSIC值较20~40 cm层次偏高. 对于TS处理的0~20 cm土层，由于翻耕增大土壤CO2与大气CO2的交换以及土壤有机质的共同贡献较其他3个处理高，虽然未达到显著性水平，相应的土壤δ13CSIC也更偏高. 而对于20~40 cm土层，原生碳酸盐(LIC)(δ13C为0‰左右)含量低，特别是TS处理土壤LIC储量显著低于其他处理，造成土壤SIC的δ13C明显偏负.
土壤中的δ15N值受环境影响和氮素来源的双重影响. 氮素转化过程中，发生强烈的同位素分馏. 秸秆覆盖和耕作措施改变土壤水分含量与土壤温度，促进微生物活动，促进氮素的硝化与反硝化作用，氮素转化强度远高于F处理，留在土壤中的15N含量逐年增加，使得3个农田处理土壤耕作层δ15N偏高[39, 40].
3.3 土壤次生性碳酸盐的形成土壤次生性碳酸盐(PIC)是在土壤风化过程中形成，可以固定CO2，从而对全球碳循环产生重要影响[7, 41]. 次生碳酸盐与原生碳酸盐溶解/沉积平衡、 土壤有机碳分解CO2的再转化密切相关[29]. 本研究中，自然恢复地(F)不受人为活动的影响，提供了一个独特的情景，用于探讨农田耕作措施对土壤PIC形成的影响. 以表层和亚表层空气CO2对形成次生碳酸盐CO2的贡献比例分别为30%和15%进行模型计算[21, 29]. 0~20 cm层次，与F相比，农田土壤0~20 cm土层PIC储量增加了58%~90%； 将各处理SOC储量和LIC储量分别与PIC储量进行相关分析，LIC与PIC储量高度相关(r=-0.934**),与SOC储量低度相关(r=-0.30)，说明农田土壤表层PIC主要来自成土母质LIC的溶解与再沉淀.
同样地，20~40 cm土层PIC储量与LIC高度负相关(r=-0.996**)，与SOC达到中度正相关(r=0.620*). 表明表层下PIC形成与LIC的溶解沉淀以及SOC分解转化都有密切联系，但该层次SOC储量在各处理间差异不显著(表 1)，这可能与耕作层SIC淋溶以及根区Ca2+下移[6]引起沉淀碳酸盐增加有关. 同时，翻耕结合秸秆还田处理(TS)，PIC增加尤为显著，可能是秸秆还田不仅提高了土壤中Ca2+浓度，同时也提高土壤CO2浓度[42]，从而通过SOC-CO2-SIC微循环系统SOC向SIC发生碳的转移[43]，本研究中农田土壤LIC降低了32%~95%，PIC增加了97%~261%，进一步说明部分土壤PIC的增加来源于SOC的转化，PIC是总SIC增加的主要贡献者.
4 结论(1) 自然恢复地变为农田土壤后，表层土壤有机碳储量下降了3%~22%，无机碳储量无显著变化. 耕作措施配合秸秆还田更有利于提升土壤有机碳. 与表层变化规律相反，20~40 cm土层有机碳储量无显著变化，无机碳储量增加了4%~7%. 对于农田土壤，应关注亚表层土壤碳，包括无机碳的变化.
(2) 农田土壤耕作层次生性碳酸盐的形成主要来自原生性碳酸盐的分解与再沉淀，但亚表层次生碳酸盐储量较自然恢复地极显著增加，且来源于有机碳转化贡献增加.
(3) 与自然恢复地相比，农田土壤表层δ15N、 δ13CSIC和δ13CSOC偏高且δ13CSOC达显著差异，说明生物作用和高频度的农田管理措施引起了强烈的土壤碳氮同位素分馏，利用碳氮同位素技术可以更全面和准确分析土壤碳和氮库的变化规律及机制.
| [1] | Lal R. Global potential of soil carbon sequestration to mitigate the greenhouse effect[J]. Critical Reviews in Plant Sciences, 2003, 22(2) : 151–184. DOI: 10.1080/713610854 |
| [2] | Liao Y, Wu W L, Meng F Q, et al. Increase in soil organic carbon by agricultural intensification in northern China[J]. Biogeosciences, 2015, 12(5) : 1403–1413. DOI: 10.5194/bg-12-1403-2015 |
| [3] | 韩广轩, 周广胜, 许振柱. 中国农田生态系统土壤呼吸作用研究与展望[J]. 植物生态学报, 2008, 32(3) : 719–733. Han G X, Zhou G S, Xu Z Z. Research and prospects for soil respiration of farmland ecosystems in China[J]. Journal of Plant Ecology (Chinese Version), 2008, 32(3) : 719–733. |
| [4] | Lal R. Soil carbon sequestration in China through agricultural intensification, and restoration of degraded and desertified ecosystems[J]. Land Degradation &Development, 2002, 13(6) : 469–478. |
| [5] | Burras C L, Kimble J M, Lal R, et al. Carbon sequestration:position of the soil science society of America[R]. America:Iowa State University, 2001. |
| [6] | Denef K, Stewart C E, Brenner J, et al. Does long-term center-pivot irrigation increase soil carbon stocks in semi-arid agro-ecosystems?[J]. Geoderma, 2008, 145(1-2) : 121–129. DOI: 10.1016/j.geoderma.2008.03.002 |
| [7] | Bughio M A, Wang P L, Meng F Q, et al. Neoformation of pedogenic carbonates by irrigation and fertilization and their contribution to carbon sequestration in soil[J]. Geoderma, 2016, 262 : 12–19. DOI: 10.1016/j.geoderma.2015.08.003 |
| [8] | Rui W Y, Zhang W J. Effect size and duration of recommended management practices on carbon sequestration in paddy field in Yangtze Delta Plain of China:a meta-analysis[J]. Agriculture Ecosystems &Environment, 2010, 135(3) : 199–205. |
| [9] | 耿元波, 罗光强, 袁国富, 等. 农垦及放牧对温带半干旱草原土壤碳素的影响[J]. 农业环境科学学报, 2008, 27(6) : 2518–2523. Geng Y B, Luo G Q, Yuan G F, et al. Effects of cultivating and grazing on soil organic carbon and soil inorganic carbon in temperate semiarid grassland[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2008, 27(6) : 2518–2523. |
| [10] | Zhu L Q, Li J, Tao B R, et al. Effect of different fertilization modes on soil organic carbon sequestration in paddy fields in South China:a meta-analysis[J]. Ecological Indicators, 2015, 53 : 144–153. DOI: 10.1016/j.ecolind.2015.01.038 |
| [11] | 骆坤, 胡荣桂, 张文菊, 等. 黑土有机碳、氮及其活性对长期施肥的响应[J]. 环境科学, 2013, 34(2) : 676–684. Luo K, Hu R G, Zhang W J, et al. Response of black soil organic carbon, nitrogen and its availability to long-term fertilization[J]. Environmental Science, 2013, 34(2) : 676–684. |
| [12] | de Moraes Sá J C, Tivet F, Lal R, et al. Long-term tillage systems impacts on soil C dynamics, soil resilience and agronomic productivity of a Brazilian Oxisol[J]. Soil and Tillage Research, 2014, 136 : 38–50. DOI: 10.1016/j.still.2013.09.010 |
| [13] | 薛建福, 赵鑫, DikgwatlheS B, 等. 保护性耕作对农田碳、氮效应的影响研究进展[J]. 生态学报, 2013, 33(19) : 6006–6013. Xue J F, Zhao X, Dikgwatlhe S B, et al. Advances in effects of conservation tillage on soil organic carbon and nitrogen[J]. Acta Ecologica Sinica, 2013, 33(19) : 6006–6013. DOI: 10.5846/stxb |
| [14] | Lehtinen T, Schlatter N, Baumgarten A, et al. Effect of crop residue incorporation on soil organic carbon and greenhouse gas emissions in European agricultural soils[J]. Soil Use and Management, 2014, 30(4) : 524–538. DOI: 10.1111/sum.2014.30.issue-4 |
| [15] | 张庆忠, 吴文良, 林光辉. 小麦秸秆还田对华北高产粮区碳截留的作用[J]. 辽宁工程技术大学学报, 2006, 25(5) : 773–776. Zhang Q Z, Wu W L, Lin G H. Effect of wheat residue amendment on carbon sequestration in high-yielding region in the North China Plain[J]. Journal of Liaoning Technical University, 2006, 25(5) : 773–776. |
| [16] | 魏燕华, 赵鑫, 翟云龙, 等. 耕作方式对华北农田土壤固碳效应的影响[J]. 农业工程学报, 2013, 29(17) : 87–95. Wei Y H, Zhao X, Zhai Y L, et al. Effects of tillages on soil organic carbon sequestration in North China Plain[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2013, 29(17) : 87–95. |
| [17] | 胡立峰, 李洪文, 高焕文. 保护性耕作对温室效应的影响[J]. 农业工程学报, 2009, 25(5) : 308–312. Hu L F, Li H W, Gao H W. Influence of conservation tillage on greenhouse effect[J]. Transactions of the CSAE, 2009, 25(5) : 308–312. |
| [18] | Guo J H, Liu X J, Zhang Y, et al. Significant acidification in major Chinese croplands[J]. Science, 2010, 327(5968) : 1008–1010. DOI: 10.1126/science.1182570 |
| [19] | Wang J P, Wang X J, Zhang J, et al. Soil organic and inorganic carbon and stable carbon isotopes in the Yanqi Basin of northwestern China[J]. European Journal of Soil Science, 2015, 66(1) : 95–103. DOI: 10.1111/ejss.2015.66.issue-1 |
| [20] | Balesdent J, Mariotti A. Measurement of soil organic matter turnover using 13C natural abundance[A]. In:Boutton T W, Yamasaki S I. Mass Spectrometry of Soils. New York:Marcel Dekker, 1996, 41:83-111. |
| [21] | Nordt L C, Hallmark C T, Wilding L P, et al. Quantifying pedogenic carbonate accumulations using stable carbon isotopes[J]. Geoderma, 1998, 82(1-3) : 115–136. DOI: 10.1016/S0016-7061(97)00099-2 |
| [22] | Tuan V D, Hilger T, Cadisch G. Identifying resource competition in maize-based soil conservation systems using 13C and 15N isotopic discrimination[J]. Archives of Agronomy and Soil Science, 2016, 62(5) : 688–707. DOI: 10.1080/03650340.2015.1074185 |
| [23] | 孟凡乔, 匡星, 杜章留, 等. 不同土地利用方式及栽培措施对土壤有机碳及δ13C值的影响[J]. 环境科学, 2010, 31(8) : 1733–1739. Meng F Q, Kuang X, Du Z L, et al. Impact of land use change and cultivation measures on soil organic carbon (SOC) and its 13C values[J]. Environmental Science, 2010, 31(8) : 1733–1739. |
| [24] | 黄志勇. 土壤有机碳及组分对农田管理措施的响应[D]. 北京:中国农业大学, 2007. 11-15. |
| [25] | 鲁如坤. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京: 中国农业科技出版社, 2000: 1-19. |
| [26] | Sherrod L A, Dunn G, Peterson G A, et al. Inorganic carbon analysis by modified pressure-calcimeter method[J]. Soil Science Society of America Journal, 2002, 66(1) : 299–305. DOI: 10.2136/sssaj2002.2990 |
| [27] | Rabenhorst M C, Wilding L P, West L T. Identification of pedogenic carbonates using stable carbon isotope and microfabric analyses[J]. Soil Science Society of America Journal, 1984, 48(1) : 125–132. DOI: 10.2136/sssaj1984.03615995004800010023x |
| [28] | Marion G M, Schlesinger W H, Fonteyn P J. Caldep:a regional model for soil CaCO3 (caliche) deposition in southwestern deserts[J]. Soil Science, 1985, 139(5) : 468–481. DOI: 10.1097/00010694-198505000-00014 |
| [29] | Wang X J, Wang J P, Xu M G, et al. Carbon accumulation in arid croplands of northwest China:pedogenic carbonate exceeding organic carbon[J]. Scientific Reports, 2015, 5 : 11439. DOI: 10.1038/srep11439 |
| [30] | 肖胜生, 董云社, 齐玉春, 等. 草地生态系统土壤有机碳库对人为干扰和全球变化的响应研究进展[J]. 地球科学进展, 2009, 24(10) : 1138–1148. Xiao S S, Dong Y S, Qi Y C, et al. Advance in responses of soil organic carbon pool of grassland ecosystem to human effects and global changes[J]. Advances in Earth Science, 2009, 24(10) : 1138–1148. |
| [31] | 崔新卫, 张杨珠, 吴金水, 等. 秸秆还田对土壤质量与作物生长的影响研究进展[J]. 土壤通报, 2014, 45(6) : 1527–1532. Cui X W, Zhang Y Z, Wu J S, et al. Research progress on the effects of returning straw to fields on soil quality and crop growth[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2014, 45(6) : 1527–1532. |
| [32] | 吴菲. 玉米秸秆连续多年还田对土壤理化性状和作物生长的影响[D]. 北京:中国农业大学, 2005. 33-46. |
| [33] | Wu H B, Guo Z T, Gao Q, et al. Distribution of soil inorganic carbon storage and its changes due to agricultural land use activity in China[J]. Agriculture Ecosystems &Environment, 2009, 129(4) : 413–421. |
| [34] | Kuzyakov Y, Shevtzova E, Pustovoytov K. Carbonate re-crystallization in soil revealed by 14C labeling:experiment, model and significance for paleo-environmental reconstructions[J]. Geoderma, 2006, 131(1-2) : 45–58. DOI: 10.1016/j.geoderma.2005.03.002 |
| [35] | Wang G, Feng X, Han J, et al. Paleovegetation reconstruction using (13C of Soil Organic Matter[J]. Biogeosciences, 2008, 5(5) : 1325–1337. DOI: 10.5194/bg-5-1325-2008 |
| [36] | Meng F Q, Lal R, Kuang X, et al. Soil organic carbon dynamics within density and particle-size fractions of Aquic Cambisols under different land use in northern China[J]. Geoderma Regional, 2014, 1 : 1–9. DOI: 10.1016/j.geodrs.2014.05.001 |
| [37] | 段建南, 李保国, 石元春, 等. 干旱地区土壤碳酸钙淀积过程模拟[J]. 土壤学报, 1999, 36(3) : 318–326. Duan J N, Li B G, Shi Y C, et al. Modeling of soil CaCO3 deposition process in arid areas[J]. Acta Pedologica Sinica, 1999, 36(3) : 318–326. |
| [38] | 王兵, 姜艳, 郭浩, 等. 土壤呼吸及其三个生物学过程研究[J]. 土壤通报, 2011, 42(2) : 483–490. Wang B, Jiang Y, Guo H, et al. Soil respiration and its three biological processes[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2011, 42(2) : 483–490. |
| [39] | Casciotti K L, Buchwald C, Santoro A E, et al. Chapter eleven-assessment of nitrogen and oxygen isotopic fractionation during nitrification and its expression in the marine environment[J]. Methods in Enzymology, 2011, 486 : 253–280. DOI: 10.1016/B978-0-12-381294-0.00011-0 |
| [40] | 姚凡云, 朱彪, 杜恩在. 15N自然丰度法在陆地生态系统氮循环研究中的应用[J]. 植物生态学报, 2012, 36(4) : 346–352. Yao F Y, Zhu B, Du E Z. Use of 15N natural abundance in nitrogen cycling of terrestrial ecosystems[J]. Chinese Journal of Plant Ecology, 2012, 36(4) : 346–352. |
| [41] | Sanderman J. Can management induced changes in the carbonate system drive soil carbon sequestration? A review with particular focus on Australia[J]. Agriculture, Ecosystems &Environment, 2012, 155 : 70–77. |
| [42] | 田慎重, 宁堂原, 迟淑筠, 等. 不同耕作措施的温室气体排放日变化及最佳观测时间[J]. 生态学报, 2012, 32(3) : 879–888. Tian S Z, Ning T Y, Chi S Y, et al. Diurnal variations of the greenhouse gases emission and their optimal observation duration under different tillage systems[J]. Acta Ecologica Sinica, 2012, 32(3) : 879–888. DOI: 10.5846/stxb |
| [43] | 张林, 孙向阳, 曹吉鑫, 等. 荒漠草原碳酸盐岩土壤有机碳向无机碳酸盐的转移[J]. 干旱区地理, 2010, 33(5) : 732–739. Zhang L, Sun X Y, Cao J X, et al. Transfer of soil organic carbon to soil inorganic carbon in carbonate rock soil of desert grassland[J]. Arid Land Geography, 2010, 33(5) : 732–739. |