秸秆生物炭对黑土碳库的影响

【摘要】：产粮大省黑龙江,位于中国东北松嫩平原中部,属黑土区。但是,近年来随着人们对黑土的过度开垦和利用,导致黑土有机质退化,土质下降。与此同时,由于黑龙江省农作物秸秆资源丰富,就地焚烧秸秆现象频发,所以如何可持续利用黑土、资源化利用农作物秸秆将是未来几年内黑龙江省改善农业生产及生态环境领域的远期目标。生物炭作为一种土壤改良剂能够在改良土壤肥力的同时减少温室气体排放,这为黑土资源保护和遏制全球气候变暖等提供了新的思路。但生物炭添加对土壤有机碳库的影响机制尚不明确。本研究位于东北农业大学大棚实验基地,为盆栽实验,供试作物为大豆,共设10个处理。以不同秸秆来源(包括玉米、小麦、水稻等)制备的生物炭为材料,设不同施用水平,质量比分别为1%、5%、10%,于大豆生长的苗期、花期、结荚期、鼓粒期和成熟期取根际土,研究生物炭对大豆各个生育时期根际土壤碳库相关组分及碳库管理指数的影响,其研究结果可为土壤改良和减缓温室气体排放等提供理论基础和技术支撑。具体研究结果如下:(1)秸秆生物炭添加有助于大豆根际土有机质含量的提升。与对照相比,高量(10%质量比)、中量(5%质量比)生物炭处理显著增加大豆生长各生育时期根际土有机质含量(p0.05),其中,中量生物炭处理显著提高土壤有机质含量32.5%,高量生物炭处理显著提高幅度达38.1%。相同数量不同来源生物炭对土壤有机质得到影响显示,低量施用条件下生物炭对有机质的影响与制备生物炭的秸秆来源相关性关系不大。(2)生物炭对大豆生长后期(包括结荚期、鼓粒期和成熟期)活性有机质含量变化与生物炭的秸秆来源不相关。高量(10%质量比)生物炭添加显著促进土壤活性有机质含量(p0.05),其对黑土活性有机质的显著促进作用体现在,大豆全生育期平均水平土壤的活性有机质含量为1.35 mg/g-1.59 mg/g(平均1.45mg/g)。(3)生物炭数量增加可引起土壤微生物量碳含量呈现出增加趋势,从大豆全生育时期平均水平上看,土壤微生物量碳含量提高幅度为16.7%-85.6%,但其对土壤微生物量碳含量的影响与大豆的生育时期的关系更为密切,与施用数量关系不大。同一施用数量不同来源生物炭对土壤微生物量碳的影响显示,其变化与生物炭的秸秆来源不相关。(4)生物炭显著促进土壤轻组有机质含量,大豆根际土壤轻组有机质含量随生物炭施用数量增加呈增加趋势,相同数量不同来源生物炭处理而言,轻组有机质变化因生育时期不同略有变化,与生物炭的秸秆来源无显著相关。(5)生物炭添加促进土壤碳库管理指数的提高。低(1%质量比)、中量(5%质量比)不同源生物炭对土壤碳库指数的影响与大豆生长时期有关,高量(10%质量比)小麦源生物炭较玉米、水稻生物炭更为显著提高碳库管理指数(p0.05),小麦源生物炭分别较玉米、水稻源生物炭影响的碳库管理指数显著提高60.1%、36.6%。(6)生物炭对土壤矿化过程中CO2排放的影响与培养时间有关,培养20天时显著促进CO2排放量,较对照增加78.6%-80.1%(p0.05)。但就不同玉米炭施用水平而言,随培养时间的延长,CO2排放量呈降低的趋势,短期生物炭土壤添加对土壤CO2呼吸影响不大。 【关键词】：生物炭 活性有机碳 轻组有机碳 微生物量碳 碳库管理指数
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S156.2
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 1 前言12-19
• 1.1 研究目的和意义12
• 1.2 国内外研究进展12-17
• 1.2.1 生物炭的概念12-14
• 1.2.2 生物炭对土壤碳组分的影响14-16
• 1.2.3 生物炭对土壤温室气体排放的影响16-17
• 1.2.4 生物炭对土壤碳库的影响17
• 1.3 研究内容17-18
• 1.4 课题来源18-19
• 2 材料与方法19-23
• 2.1 供试材料19
• 2.2 试验设计19-20
• 2.3 测定方法20-21
• 2.3.1 土壤有机质（SOM）的测定方法20
• 2.3.2 土壤活性有机质（ASOM）的测定方法20
• 2.3.3 土壤微生物量碳（MBC）的测定方法20
• 2.3.4 土壤轻组有机质（LFOC）的测定方法20-21
• 2.3.5 土壤碳库管理指数（CPMI）的计算方法21
• 2.3.6 土壤有机碳的矿化方法21
• 2.4 数据分析21-22
• 2.5 技术路线22-23
• 3 结果与分析23-45
• 3.1 秸秆生物炭对土壤有机质（SOM）含量的影响23-26
• 3.1.1 不同数量生物炭对根际SOM含量的影响23-25
• 3.1.2 不同源秸秆生物炭对根际SOM含量的影响25-26
• 3.2 秸秆生物炭对土壤活性有机质（ASOM）含量的影响26-29
• 3.2.1 不同数量生物炭对根际ASOM含量的影响26-28
• 3.2.2 不同源秸秆生物炭对ASOM含量的影响28-29
• 3.3 秸秆生物炭对根际土壤微生物量碳（MBC）含量的影响29-32
• 3.3.1 不同数量生物炭对根际MBC含量的影响29-31
• 3.3.2 不同源秸秆生物炭对根际MBC含量的影响31-32
• 3.4 秸秆生物炭对根际土壤轻组有机质（LFOC）含量的影响32-35
• 3.4.1 不同数量生物炭对根际LFOC含量的影响32-34
• 3.4.2 相同数量不同源秸秆生物炭对根际LFOC含量的影响34-35
• 3.5 秸秆生物炭对根际土壤碳库管理指数(CPMI)的影响35-41
• 3.5.1 不同数量生物炭对根际CPMI的影响35-38
• 3.5.2 相同数量不同源秸秆生物炭对CPMI的影响38-41
• 3.6 秸秆生物炭对土壤有机碳矿化的影响41-45
• 4 讨论45-46
• 4.1 秸秆生物炭对土壤碳库组成的影响45
• 4.2 生物炭不同秸秆来源对土壤碳库的影响45-46
• 5 结论46-48
• 致谢48-49
• 参考文献49-60
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文60

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