本书是在编者多年来的研究和生产实践中积累的大量成果的基础上整理加工而成的，不仅包括持续了千年的古老农耕文明的元阳梯田，还包括高度现代化和集约化的设施菜田的土壤碳氮管理的理论和实践。本书从土壤碳氮研究进展，影响土壤碳氮变化的因素，低碳农业，碳素对氮素的控制过程，碳氮研究方法和手段，集约化菜田土壤碳、氮演变，元阳梯田土壤碳氮转化，元阳梯田水稻生产的养分投入和吸收特征，不同利用方式对亚热带土壤氮关键转化过程的影响，长期定位施肥土壤的碳氮分析等方面展开论述。
样章试读
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第一章 土壤碳氮概述 1
第一节 土壤碳氮研究进展 1
一、土壤碳氮储量的研究进展 1
二、土壤C/N与碳氮转化的研究进展 3
三、土壤溶解性碳、氮的研究进展 8
四、土壤微生物量 9
五、土壤活性氮 10
六、土壤易氧化态碳 12
七、土壤有机质的分组 13
第二节 影响土壤碳氮变化的因素 18
一、氮肥施用量 18
二、土壤有机质组分 19
三、土壤剖面 19
四、土地利用类型 19
五、植被类型 19
第二章 低碳农业 20
第一节 低碳农业的概述 20
第二节 低碳与高值农业 21
第三节 低碳农业与绿色经济发展 24
第四节 生物碳与低碳农业 26
第五节 以碳控氮技术 30
第三章 研究方法和手段 33
第一节 同位素和光谱方法 33
一、同位素方法 33
二、光谱方法 34
第二节 土壤碳的输入和输出平衡 35
第三节 活性碳氮库的测定方法 42
一、溶解性有机碳、氮 42
二、高锰酸钾氧化法测定土壤活性有机碳 43
第四节 土壤微生物碳氮 44
一、土壤微生物碳氮背景 44
二、土壤微生物碳测定 45
三、土壤微生物氮的测定（与DON的测定方法相同） 46
第五节 土壤的密度分组 47
一、土壤物理分组方法一 47
二、土壤物理分组方法二 50
三、土壤物理分组方法三 50
第六节 有机物料腐殖化和土壤有机碳矿化的研究 51
第四章 集约化菜田土壤碳、氮演变 53
第一节 集约化蔬菜碳氮的研究现状 53
第二节 菜田与粮田碳氮变化的对比分析 58
第三节 粮田改为菜田后土壤碳、氮演变特征 80
一、材料与方法 81
二、结果与讨论 83
三、结论 87
第五章 元阳梯田土壤碳氮及外源碳氮对元阳梯田土壤氮转化的影响 88
第一节 元阳梯田土壤碳氮组分及氮转化特征 88
第二节 有机氮的研究方法 90
一、有机氮的矿化 90
二、氮素的硝化 94
第三节 材料与方法 95
一、研究目的和意义 95
二、材料与方法 96
三、培养试验设计 98
四、数据处理 99
第四节 结果与分析 100
一、元阳梯田表层土壤碳氮组分特征 100
二、元阳梯田土壤氮素厌氧矿化培养特征 105
三、元阳梯田土壤氮素好氧矿化培养特征 109
四、元阳梯田土壤氮素硝化培养特征 113
第五节 讨论 116
一、元阳梯田表层土壤碳氮组分分析 116
二、元阳梯田土壤氮素矿化培养特征分析 119
三、元阳梯田土壤氮素硝化培养特征分析 121
第六节 结论 123
第六章 元阳梯田水稻生产的养分投入和吸收特征的研究 124
第一节 元阳梯田水稻生产中的养分投入 124
第二节 元阳梯田水稻对养分的吸收 128
一、不同氮肥水平对产量的影响 129
二、不同氮肥水平下干物质积累量的变化情况 129
三、不同氮肥水平下水稻氮吸收量 131
四、不同氮肥水平下水稻磷吸收量 132
五、不同氮肥水平下水稻钾吸收量 132
六、不同品种不同处理单位产量养分吸收量和吸收比例 133
第三节 元阳梯田水稻生产的表观养分平衡和肥料利用效率 134
一、元阳梯田水稻生产的表观养分平衡分析 134
二、元阳梯田水稻生产的肥料利用效率 134
第四节 结论 136
第七章 不同利用方式对亚热带土壤氮关键转化过程的影响 138
第一节 研究背景 138
一、主要研究内容 138
二、试验样地选择与土样基本信息 138
第二节 土样培养期间无机氮浓度变化 139
第三节 土样培养期间无机氮15N 丰度变化 140
第四节 两种利用方式土壤氮总转化速率 141
第五节 不同利用方式下氮总转化速率的影响因素和影响机理 143
一、利用方式对NH4+产生速率的影响 143
二、利用方式对NO3–产生速率的影响 144
三、利用方式对无机氮同化速率的影响 145
四、研究结果对评价氮素环境效应的意义 146
第六节 结论 147
第八章 长期定位施肥对土壤的碳氮共济效应情景分析 149
第一节 研究概述 149
第二节 材料与方法 150
第三节 结果与分析 151
一、土壤碳氮相关性及其含量特征 151
二、不同施肥处理的土壤C/N 152
三、土壤碳对氮的储存能力情景分析 153
第四节 讨论 154
第五节 结论 155
参考文献 157
彩图
表目录
表1-1 不同地区耕层土壤有机质、TN含量和C/N 5
表1-2 不同组分和团聚体中的土壤有机质的估计周转时间 7
表3-1 主要有机肥养分含量表 37
表3-2 红壤区主要旱地作物的秸秆量和根茬量 39
表3-3 红壤中有机物料的腐殖化系数 40
表3-4 红壤中主要品种有机物质的腐殖化系数 40
表3-5 红壤中100kg物料所能形成的土壤有机质量 40
表3-6 大麦-小米轮作制下旱地红壤有机碳的分解输出量 41
表3-7 有机物料的腐殖化系数 41
表3-8 常见禽粪养分含量表 41
表4-1 菜田与粮田碳氮变化的对比 60
表4-2 保护地与粮田土壤碳、氮、C/N、pH和EC的比较 61
表4-3 0～30cm土壤各指标间的相关性（n=28） 62
表4-4 30～60cm土壤各指标间的相关性（n=28） 63
表4-5 60～90cm土壤各指标间的相关性（n=28） 63
表4-6 各层次土壤各指标间的相关性（n=28） 64
表4-7 土壤碳氮关系变化回归方程的对比 68
表4-8 土壤碳、氮储量的计算 71
表4-9 菜田与粮田的碳素输入 76
表4-10 菜田与粮田的氮素输入 77
表4-11 0～90cm土壤各指标间的相关性（n=28） 78
表4-12 我国主要菜田土壤的C、N变化 81
表4-13 我国菜田、粮田土壤C、N变化的对比分析 83
表5-1 采样点坐标和海拔 96
表5-2 矿化培养各处理英文缩写 98
表5-3 硝化培养各处理英文缩写 99
表5-4 梯田0～30cm土壤碳氮组分含量及pH状况（n=27） 101
表5-5 不同海拔表层土壤碳氮组分含量及pH 102
表5-6 土壤碳氮组分及pH与海拔的关系 102
表5-7 活性有机质的有效率 103
表5-8 土壤碳氮组分及pH间的相关性分析 104
表5-9 不同粒径土壤颗粒碳氮与土壤有机碳及全氮的相关性 104
表5-10 20天厌氧培养净矿化量差异性分析 105
表5-11 厌氧培养CK处理20天矿化率 105
表5-12 厌氧培养CK处理净矿化量与时间平方根相关性 108
表5-13 土壤碳氮组分及pH与厌氧培养净矿化量的关系 108
表5-14 20天好氧培养净矿化量差异性分析 109
表5-15 好氧培养CK处理20天的矿化率 110
表5-16 好氧培养CK处理矿化氮量与时间平方根相关性 112
表5-17 土壤碳氮组分及pH与好氧培养净矿化量的关系 112
表5-18 70天净硝化量和硝化率 113
表5-19 土壤碳氮组分及pH与70天净硝化量的关系 116
表6-1 调查区域产量与施肥情况 125
表6-2 不同氮处理对水稻干物质积累量的影响 130
表6-3 不同处理对水稻氮吸收的影响 131
表6-4 不同氮处理对水稻磷吸收的影响 132
表6-5 不同氮处理对水稻钾吸收的影响 133
表6-6 不同品种不同处理单位产量养分吸收量 133
表6-7 不同品种的表观养分平衡分析 134
表6-8 不同品种水稻肥料利用效率 135
表6-9 不同氮处理对水稻氮素利用率的影响 135
表7-1 供试土样基本理化性质（平均值±标准差） 139
表7-2 不同氮总转化速率之间的相关系数和显著性 143
表7-3 土壤氮素总转化速率和净转化速率与土壤基本理化性质间的相关系数和显著性（n=6） 145
表8-1 有机碳和全氮的基本统计量 151
表8-2 土壤剖面碳氮储量的计算 154
表8-3 情景设置 154
图目录
图1-1 全球碳循环 2
图1-2 土壤有机碳与氮效率的关系 2
图1-3 土壤有机质的容量水平 3
图1-4 农业土壤中的碳循环 4
图1-5 土壤碳氮调节及氮素承载力 6
图1-6 有机质分解过程中C/N值和土壤中有效氮素盈亏变化的关系 6
图1-7 两个著名模型中土壤碳库的性质图解 8
图1-8 有机质入土后的物理、生物转化和累积过程 10
图1-9 不同有机质组分之间的关系 13
图1-10 土壤碳氮调节与微生物调控 16
图1-11 各土地利用类型相关指标的对比 18
图2-1 低碳农业实现路线 26
图2-2 生物碳制备与应用 29
图3-1 初级生产力组成图 35
图3-2 土壤碳氮分组示意图 50
图4-1 土壤碳、氮演变研究路线 55
图4-2 土壤C/N比较 60
图4-3 土壤C/N的对比 61
图4-4 土壤pH的对比 61
图4-5 土壤全氮的对比 62
图4-6 土壤有机质的对比 62
图4-7 0～30cm TN与3个层次土壤pH关系 64
图4-8 0～30cm 有机质与3层次土壤TN关系 65
图4-9 3个层次土壤C/N与土壤全氮、有机质的关系 66
图4-10 1980年的土壤C/N与土壤全氮、有机质的关系 66
图4-11 全国1980年土壤C/N与土壤有机质、全氮的关系 67
图4-12 土壤C/N与土壤碳、氮的趋势面分析 67
图4-13 土壤有机质的历史变化 68
图4-14 土壤碳氮关系回归方程比较 69
图4-15 土壤全氮随深度的变化 70
图4-16 土壤有机质随深度的变化 70
图4-17 1980年寿光土壤有机碳、全氮与土壤深度的关系 70
图4-18 2006年寿光粮田土壤有机碳、全氮与土壤深度的关系 70
图4-19 2006年寿光菜田土壤有机碳、全氮与土壤深度的关系 71
图4-20 土壤容重与土壤深度的关系 71
图4-21 土壤碳、氮的空间变化特征 73
图4-22 地下水硝酸盐含量的空间分布 74
图4-23 不同土地利用类型土壤中的硝态氮残留 75
图4-24 硝态氮对土壤全氮的贡献 75
图4-25 硝态氮对C/N比的影响 75
图4-26 土壤pH的比较 78
图4-27 土壤pH随硝态氮的变化 79
图4-28 菜田土壤C/N变化占样本的百分率 84
图4-29 土壤C/N下降与碳、氮变化的情景百分率 84
图4-30 C/N下降及全氮的变化情况 84
图4-31 C/N下降及有机质的变化情况 84
图4-32 土壤C/N变化率与有机质变化率的关系 85
图4-33 土壤C/N变化率与全氮变化率的关系 85
图4-34 C/N下降及有机质和全氮的变化率 86
图4-35 C/N升高及有机质和全氮的变化率 86
图4-36 参比土壤对菜田土壤有机质、全氮及C/N 的影响 86
图5-1 元阳梯田垂直结构剖面图 90
图5-2 厌氧培养净矿化量随时间的变化 106
图5-3 厌氧培养矿化速率随培养时间的变化 107
图5-4 厌氧培养氮素累积矿化速率 108
图5-5 好氧培养净矿化量随时间的变化 110
图5-6 好氧培养矿化速率随培养时间的变化 111
图5-7 好氧培养氮素累积矿化速率 112
图5-8 净硝化量随时间的变化 114
图5-9 土壤硝化速率随培养时间的变化 114
图5-10 土壤氮素累积硝化速率 115
图6-1 两类品种在不同海拔的分布 125
图6-2 传统品种施肥量频率分布 126
图6-3 现代品种施肥量频率分布 126
图6-4 两类品种氮肥施用量频率分布 127
图6-5 两类品种磷肥施用量频率分布 127
图6-6 两类品种钾肥施用量频率分布 128
图6-7 两类品种产量频率分布 128
图6-8 不同海拔产量与施氮量关系 128
图6-9 两个水稻品种不同处理产量对比 129
图6-10 ‘月亮谷’不同氮处理病情指数 130
图7-1 25℃和60%WHC培养条件下加入NH4NO3后NH4+（A）和 NO3–（B）浓度随时间的变化情况 139
图7-2 两种土地利用方式土样在25℃和60% WHC培养条件下加入15NH4NO3（A，B）和NH415NO3（C，D）后15NH4+库和15NO3–库丰度随时间的变化情况 140
图7-3 土地利用方式对土壤氮总矿化速率、总NH4+同化速率和净矿化速率的影响 141
图7-4 土地利用方式对土壤氮总硝化速率、总NO3–同化速率和净硝化速率的影响 141
图7-5 利用方式对土壤氮总矿化速率（A）、总NH4+消耗速率（Ca）、总NH4+同化速率（Ia）和总硝化速率（N）的影响 142
图7-6 利用方式对土壤总无机氮同化速率（I）、总NH4+同化速率（Ia）和总NO3–同化速率（In）的影响 142
图7-7 总矿化速率和总NH4+消耗速率之间的相关性 144
图7-8 总矿化速率和总硝化速率之间的相关性（A）及总硝化速率和总NH4+同化速率之间的相关性（B） 144
图7-9 土壤C/N和I/（A+N）之间的相关性 146
图8-1 土壤全氮与有机质的关系 151
图8-2 土壤有机碳和全氮含量的频率分布 152
图8-3 不同施肥处理的土壤C/N 152
图8-4 土壤的C/N特征 153
图8-5 不同碳储存率和目标C/N情景下、不同年限下土壤碳饱和百分率 154
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