长期施肥对华北平原土壤无机碳库平衡与转化的影响

摘要

论文以华北平原三个长期定位试验为研究对象，通过室内测定180cm土体碳酸钙和活性碳酸钙含量、土壤碳酸钙结核矿物组成、土壤剖面有机C和土壤碳酸盐的δ<'13>C值及土壤碳酸盐δ<'18>O值，初步明确了不同施肥制度对土壤无机碳库储量、剖面分布、活性的影响，分析了华北农田土壤无机碳动态变化的影响因素，初步估算了华北农田土壤无机碳库的次生比例，简要讨论了评估土壤无机碳库平衡在正确评价干旱半干旱区土壤碳库平衡中的重要性。主要研究结果如下： 1)20余年不同施肥制度对土壤无机碳储量的影响不同：秸秆还田和有机肥施用平均降低180cm土体无机碳4.4％；单施N或P肥可降低土体无机碳储量10.6％或9.4％，其中昌平实验站单施N 270 kg hm<'-2>。处理降幅为29.4％，达到5％显著水平；N、P配施对土壤无机碳储量的影响趋势比较复杂，衡水实验站N 360/P 180 kg hm<'-2>处理显著降低8.8％，而曲周实验站N 270/P 67.5 kghm<'-2>处理显著提高17.7％。 2)20余年来不同施肥制度对土壤无机碳剖面分布和活性碳酸钙比例的影响不同：衡水实验站无机碳的剖面分布基本不受施肥制度的影响；曲周实验站碳酸钙含量明显变化的层次是140-180cm土层；昌平实验站180cm土体均有比较明显的变化，一般是0-60cm层次略有降低，60-100cm显著降低，100cm以下变化趋势很不一致。与此同时，昌平实验站单施化肥平均提高土壤活性碳酸钙比例6.5％，有机肥化肥配施平均提高9.9％，曲周和衡水实验站各施肥处理对土壤活性碳酸钙比例的影响较小，分别为2.7％和1.7％。 3)20余年来不同施肥制度对土壤次生碳酸钙比例的影响不同：昌平实验站高量'NP配施降低0-20era土体土壤次生碳酸钙比例11.6％，曲周试验站降低12.2％，衡水实验站则无明显变化；昌平和衡水实验站的40-60cm土层碳酸钙全部为次生碳酸钙。 4)评估土壤无机碳库平衡在正确评价干旱半干旱区土壤碳库平衡中具有重要意义：昌平、曲周和衡水三个实验站土壤有机碳与无机碳数量相关关系分析表明，华北平原土壤有机碳对土壤表层无机碳淋溶具有驱动作用；昌平和衡水有机肥施用和秸秆还田降低土壤无机碳库储量，进而对土壤总碳库储量产生影响；施用化肥对土壤碳库的影响更要考虑土壤无机碳库的平衡：三个实验站共计10个化肥处理的全面评价结果与单独以有机碳来评价土壤碳库平衡的结果相反。 长期以来，即使在干旱半干旱地区，人们一直以土壤有机碳库的平衡状况代表土壤碳库的平衡状况。在这样的背景下，上述研究结果对于全面评价施肥措施对土壤碳库平衡的影响具有重要的启示意义，同时为进一步探讨土壤有机碳转化为无机碳的研究创造了良好的条件。

目录

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第一章绪论

1.1研究意义

1.2国内外研究现状

1.2.1土壤无机碳与土壤碳库平衡

1.2.2农作措施对土壤无机碳平衡与转化的影响

1.2.3土壤有机碳向无机碳的转化

1.3研究内容

1.4技术路线

二.材料和方法

2.1研究区域概况

2.1.1北京昌平中国农业大学实验站

2.1.2河北省农林科学院旱作研究所实验地

2.1.3河北曲周中国农业大学实验站

2.2研究方法

第三章不同施肥制度下土壤无机碳库的大小与活性

3.1无机碳

3.1.1无机碳储量

3.1.2碳酸钙剖面分布

3.2活性碳酸钙

3.2.1活性碳酸钙储量

3.2.2活性碳酸钙与碳酸钙关系

3.3钙结核的分布及矿物组成

3.4小结

第四章土壤无机碳库的影响因素

4.1化肥施用对土壤无机碳库的影响

4.1.1单施氮肥

4.1.2单施磷肥

4.1.3氮磷配施

4.1.4化肥用量与土壤无机碳变化的关系

4.2有机肥施用对土壤无机碳库的影响

4.2.1鸡粪的施用对土壤无机碳库的影响

4.2.2秸秆还田对土壤无机碳库的影响

4.2.3有机肥用量与土壤无机碳库的变化

4.3土壤有机碳与无机碳的关系

4.4施肥措施对土壤碳库平衡影响的全面评价

4.4.1昌平实验站土壤碳库平衡的全面评价

4.4.2曲周实验站土壤碳库平衡的全面评价

4.4.3衡水实验站土壤碳库平衡的全面评价

4.4小结

第五章无机碳和有机碳稳定性同位素分析

5.1有机碳和无机碳δ13C值的关系

5.2碳酸盐中δ13C值与δ18O值的关系

5.3稳定性同位素的剖面分布

5.3.1有机碳δ13C值的剖面分布

5.3.2无机碳δ13C值的剖面分布

5.3.3碳酸盐δ18O值的剖面分布

5.4次生碳酸钙占总碳酸钙的比例

5.5昌平实验站钙结核的稳定性同位素分析

5.6小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

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