外源氮及秸秆添加对土壤二氧化碳排放的影响研究

【摘要】：为研究外源氮及秸秆添加对土壤碳循环关键过程的影响,于2013年3月～2014年7月设置了一系列室内培养试验。以落叶阔叶林土壤为试验对象,设置了17个外源氮添加水平(0.000O、0.001O、0.0013、0.0016、0.0019、0.0022、0.0025、0.0028、0.0036、0.0045、0.0055、0.0067、0.0078、0.0091、0.0200、0.0501、0.1000 g),研究外源氮添加对森林土壤C02排放及酶活性的影响。以落叶阔叶林土壤为试验对象,设置添加5种作物类型秸秆(小麦、水稻、玉米、大豆和花生)处理和对照处理(CK),每种秸秆设3个添加水平：0.6、1.2和2.4 g,研究秸秆对森林土壤C02排放的激发效应。以农田土壤为试验对象,设置添加6个品种小麦秸秆(HM19、HM20、 HM24、 JM22、WM6和YL9)处理和对照处理(CK),每种秸秆设4个添加水平：0.6、1.2、1.8和2.4 g,研究不同品种对冬小麦秸秆分解系数的影响。分别在添加外源氮及5种作物类型秸秆后的第1、2、4、6、8、15、18、22 d和添加6个品种冬小麦秸秆后的第1、2、4、6、8、11、17、24、31 d测定土壤C02排放速率,分析不同外源氮及秸秆添加对土壤CO2排放的时间变异规律的影响。于培养实验结束后测量土壤脲酶、转化酶、过氧化氢酶活性、土壤可溶性有机碳(DOC)和pH等指标。试验结果表明,随着培养天数的增加,添加外源氮处理和对照处理(CK)的森林土壤C02排放量持续增加且处理间差异逐渐增大。大部分外源氮添加处理的土壤CO2排放量低于对照处理,这表明外源氮添加抑制了土壤CO2排放。外源氮添加可以增加土壤脲酶的活性,脲酶活性的对数值与外源氮添加量之间存在极显著(P0.001)的线性回归关系。在低氮条件下,转化酶活性随氮添加量的增大呈线性增加的趋势。但在高氮条件下,土壤转化酶活性与氮添加量无显著线性关系。施加外源氮对土壤过氧化氢酶影响不明显。外源氮添加显著增加了土壤DOC含量,在低氮条件下,土壤DOC与氮添加量呈极显著(P0.001)线性相关。施氮后土壤pH值较不施氮为升高。进一步的研究表明,添加小麦、水稻、玉米、大豆及花生秸秆极显著(P0.001)增加了基础土壤CO2排放,即CK的土壤有机碳(SOC)矿化。添加每种秸秆的森林土壤C02排放量与秸秆添加量之间呈显著(P0.05)正相关。冬小麦、水稻、玉米、大豆和花生秸秆的分解系数即线性方程的斜率分别为0.275、0.593、0.895、0.890、1.344 mg.(g-g)-1,添加冬小麦秸秆的土壤诱导基础呼吸提高了2倍,显示出一个较强的激发效应。回归分析表明,土壤CO2排放量随土壤脲酶、转化酶和过氧化氢酶活性的增强而增大,酶活性可以作为评价土壤C02排放及相关激发效应的有效指标。秸秆添加显著(P0.05)增加了土壤DOC含量,土壤C02排放量随DOC含量的增加而增大。土壤C02排放量随pH值的升高而线性增加,秸秆分解系数随pH值线性增加。添加不同品种、不同量的小麦秸秆,其土壤C02-C排放量都明显高于对照处理,这表明小麦秸秆的分解增加了农田土壤C排放。不同品种的冬小麦秸秆分解系数也存在较大差异。最高分解系数与最低分解系数之间的差异近2倍。冬小麦秸秆的分解可以增加土壤DOC含量,添加不同品种小麦秸秆的土壤DOC含量均随秸秆添加量的增加而线性增加。添加6个品种小麦秸秆的土壤脲酶、转化酶及过氧化氢酶活性均与秸秆添加量之间呈显著(P0.05)正相关,土壤CO2-C排放量随土壤酶活性的增加而线性增加。冬小麦秸秆的分解系数与培养后测定的土壤pH值存在极显著的一元线性回归关系,土壤C02-C排放量随pH的增加而线性减少。 【关键词】：外源氮 秸秆 分解系数 土壤CO_2排放 酶活性 森林 农田
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S154.1
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 国内外研究进展12-16
• 1.2.1 外源氮添加对土壤CO_2排放影响的研究进展12-13
• 1.2.2 秸秆添加对土壤CO_2排放影响的研究进展13-16
• 1.3 问题的提出16-17
• 1.4 研究目的、研究内容17-18
• 1.4.1 研究目的17
• 1.4.2 研究内容17-18
• 第二章 材料和方法18-27
• 2.1 试验材料18-20
• 2.1.1 供试土壤18
• 2.1.2 供试氮肥及秸秆18-20
• 2.2 研究方案20-25
• 2.2.1 试验方案20-21
• 2.2.2 试验流程21-22
• 2.2.3 土壤CO_2排放速率的测定22-23
• 2.2.4 相关指标的测定23-25
• 2.3 统计分析25-27
• 第三章 外源氮添加对森林土壤CO_2排放的影响27-35
• 3.1 外源氮添加对土壤累积CO_2排放的影响27
• 3.2 不同外源氮处理对土壤CO_2排放总量的影响27-28
• 3.3 不同外源氮处理对土壤酶活性的影响28-31
• 3.3.1 不同外源氮处理对土壤脲酶活性的影响28-29
• 3.3.2 不同外源氮处理对土壤转化酶活性的影响29-30
• 3.3.3 不同外源氮处理对土壤过氧化氢酶活性的影响30-31
• 3.4 不同外源氮处理对土壤水溶性有机碳(DOC)的影响31
• 3.5 不同外源氮处理对土壤PH的影响31-32
• 3.6 本章讨论32-34
• 3.6.1 施氮量与土壤CO_2排放的关系32-33
• 3.6.2 施氮量与土壤酶活性的关系33-34
• 3.7 本章小结34-35
• 第四章 不同作物秸秆添加对森林土壤CO_2排放的影响35-47
• 4.1 秸秆对森林土壤CO_2排放的激发效应35-36
• 4.2 不同秸秆在森林土壤上的分解系数36-37
• 4.3 不同作物秸秆添加对土壤水溶性有机碳(DOC)的影响37-38
• 4.4 不同作物秸秆添加对土壤酶活性的影响38-40
• 4.4.1 不同作物秸秆添加对土壤脲酶活性的影响38-40
• 4.4.2 不同作物秸秆添加对土壤转化酶活性的影响40
• 4.4.3 不同作物秸秆添加对土壤过氧化氢酶活性的影响40
• 4.5 不同作物秸秆添加对土壤PH的影响40-41
• 4.6 秸秆分解系数的影响因素41-42
• 4.7 土壤CO_2排放的影响因素42-44
• 4.7.1 DOC42-43
• 4.7.2 酶活性43
• 4.7.3 pH43-44
• 4.8 本章讨论44-46
• 4.8.1 秸秆添加对森林土壤CO_2排放的影响44-45
• 4.8.2 秸秆对森林土壤CO_2排放的激发效应45-46
• 4.9 本章小结46-47
• 第五章 不同品种对冬小麦秸秆分解系数的影响47-60
• 5.1 小麦秸秆分解过程中土壤CO_2-C排放规律47-48
• 5.2 不同品种对小麦秸秆分解的影响48-49
• 5.3 秸秆添加对土壤水溶性有机碳(DOC)的影响49-50
• 5.4 秸秆添加对土壤酶活性的影响50-53
• 5.4.1 秸秆添加对土壤脲酶活性的影响50-51
• 5.4.2 秸秆添加对土壤转化酶活性的影响51-52
• 5.4.3 秸秆添加对土壤过氧化氢酶活性的影响52-53
• 5.5 秸秆添加对土壤PH的影响53-54
• 5.6 冬小麦秸秆分解系数的影响因素54-55
• 5.7 土壤C排放的影响因素55-57
• 5.7.1 DOC55-56
• 5.7.2 酶活性56-57
• 5.7.3 pH57
• 5.8 本章讨论57-59
• 5.8.1 不同作物秸秆的分解系数57-58
• 5.8.2 秸秆添加对土壤CO_2-C排放的影响58-59
• 5.9 本章小结59-60
• 第六章 研究结论与展望60-64
• 6.1 全文结论60-61
• 6.1.1 外源氮添加对森林土壤CO_2排放及酶活性的影响60
• 6.1.2 不同秸秆添加对森林土壤CO_2排放的影响60-61
• 6.1.3 不同秸秆对冬小麦分解系数的影响61
• 6.2 研究展望61-64
• 6.2.1 氮沉降的研究61-62
• 6.2.2 秸秆激发效应及分解系数的研究62
• 6.2.3 土壤呼吸影响因素的研究62-63
• 6.2.4 综合性研究63-64
• 参考文献64-72
• 致谢72

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