秸秆还田下土壤有机碳固持能力提升机制研究

【摘要】：目前,随着国家大力推行秸秆还田,秸秆还田已成为增加土壤有机质,提高土壤肥力的重要途径之一,但秸秆在腐解过程中相当一部分碳以CO2形式释放。如何使更多秸秆碳被固持于土壤中对于农田土壤固碳减排具有重要意义。为此,本研究首先通过培养试验研究秸秆还田条件下有机碳损失机制,并通过一个培养试验研究在秸秆还田的条件下中微量元素对农田土壤有机碳固持的影响,另外通过大田试验研究秸秆还田条件减氮施肥并配施生物炭对土壤有机碳提升的研究。主要结果如下:1.在秸秆还田条件下,土壤有机碳累积释放量、激发效应(PE)、微生物微生物量碳(MBC)均随着土壤原有有机碳的增加而增加;秸秆的添加加速土壤有机碳的矿化;但秸秆添加降低了原有有机碳损失,随着有机碳含量降低,土壤原有有机碳积累增加,秸秆残留碳也增加。因此,在土壤有机碳含量较高的土壤上秸秆还田不利于土壤有机碳的固持。2.秸秆腐解过程中分别添加S(硫磺)、Fe(FeCl3·6H2O)和Zn(ZnSO4·7H2O)元素,均提高了微生物生物量碳(MBC)及土壤CO2-C矿化速率,52 d腐解培养结束后,CO2-C的累积矿化量显著提高,但土壤有机碳含量并未显著降低;3种元素中,添加Fe和Zn的处理提高了土壤惰性碳库、惰性碳库比例及土壤有机碳表观平衡,有利于土壤有机碳固持,而添加S的处理却降低了惰性有机碳比例及土壤有机碳表观平衡,不利于有机碳固持。因此,在施N、P肥基础上,秸秆还田添加S、Fe或Zn均能促进土壤有机碳矿化进程,但添加Fe或Zn可使更多有机碳固持于土壤中,S不利于土壤有机碳固持3.在秸秆还田条件下减氮施肥和配施生物炭对小麦籽粒和秸秆产量均无影响;减氮施肥降低了NO3--N、NH4+-N和TN含量,而生物炭的施用却提高了这3种养分的含量;减氮施肥对有机碳及活性有机碳组分均无显著影响,而施用生物炭不仅提高了有机碳储量和土壤有机碳固持能力,而且还提高了活性有机碳组分。总之,在有机碳含量相对较高的土壤进行秸秆还田不利于有机碳的固持,通过秸秆还田下添加微量元素(Fe或Zn)和生物炭均能提高土壤有机碳的固持。 【关键词】：农田土壤 有机碳固持 秸秆还田 中微量元素 生物炭 减氮
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S153.6
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 文献综述11-19
• 1.1 研究背景11
• 1.2 国内外研究进展11-17
• 1.2.1 农田土壤固碳措施11-12
• 1.2.2 秸秆还田对农田固碳潜力的影响12
• 1.2.3 影响秸秆还田下农田固碳潜力的因素12-14
• 1.2.4 秸秆热解制备生物炭的固碳减排潜力14-17
• 1.3 本研究的切入点17-18
• 1.4 技术路线18-19
• 第二章 不同有机碳含量的土壤碳固持能力研究19-26
• 2.1 材料与方法19-21
• 2.1.1 材料19-20
• 2.1.2 试验设计20
• 2.1.3 测定指标及方法20
• 2.1.4 计算20-21
• 2.1.5 数据处理21
• 2.2 结果与分析21-24
• 2.2.1 土壤CO_2-C累积释放量及其释放比例的变化21-22
• 2.2.2 激发效应的变化22
• 2.2.3 土壤微生物生物量碳的变化22-23
• 2.2.4 秸秆添加后土壤有机碳截留碳及其比例23
• 2.2.5 秸秆分解期间土壤有机碳来自秸秆和原有土壤的比例23-24
• 2.3 讨论24-25
• 2.3.1 土壤有机碳矿化24
• 2.3.2 土壤激发效应的变化24
• 2.3.3 土壤有机碳固持24-25
• 2.4 总结25-26
• 第三章 秸秆还田配施中微量元素对农田土壤有机碳固持的影响26-33
• 3.1 材料与方法26-28
• 3.1.1 供试材料26
• 3.1.2 试验设计26-27
• 3.1.3 培养方法27
• 3.1.4 测定指标及方法27
• 3.1.5 模型及有关计算27
• 3.1.6 数据处理27-28
• 3.2 结果与分析28-30
• 3.2.1 添加养分对土壤CO_2释放的影响28
• 3.2.2 土壤有机碳矿化动力学模型28-29
• 3.2.3 不同处理对土壤有机碳、CO_2-C累积释放量、土壤碳截留和有机碳表观平衡的影响29
• 3.2.4 土壤微生物生物量碳和微生物熵的变化29-30
• 3.3 讨论30-32
• 3.4 总结32-33
• 第四章 减量施氮配施肥生物炭对土壤有机碳固持和小麦产量的影响33-40
• 4.1 材料与方法34-35
• 4.1.1 试验地概况34
• 4.1.2 试验材料34
• 4.1.3 试验设计34
• 4.1.4 测定项目及方法34-35
• 4.1.6 数据分析及处理35
• 4.2 结果与分析35-38
• 4.2.1 减量施氮及配施生物炭对作物产量的影响35-36
• 4.2.2 减量施N及配施生物炭对土壤NO_3~--N、NH_4~+-N和全氮影响36
• 4.2.3 减氮施肥配施生物炭对土壤有机碳储量的影响36-37
• 4.2.4 减量施N及配施生物炭对土壤有机碳组分的影响37
• 4.2.5 减量施N及配施生物炭对活性有机碳组分占总有机碳比例的影响37-38
• 4.3 讨论38-39
• 4.4 小结39-40
• 第五章 结论与展望40-41
• 参考文献41-49
• 致谢49-50
• 作者简介50

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