长期不同施肥对稻-麦轮作紫色土CO2排放及有机质好氧矿化分解的影响

摘要

大气温室气体不断增加造成的全球气候变暖已经成为了全球瞩目的环境问题。二氧化碳（CO2）作为主导性的温室气体，也受到了人们的广泛关注。农业土壤是大气CO2重要的人为排放源之一，主要来源于根系自养呼吸以及土壤微生物的异养呼吸，受土壤自身性质、环境因素，土地利用方式及施肥管理等多种因素影响，其中施肥是影响土壤呼吸的重要因素。为深入了解不同施肥处理对土壤CO2排放及有机质分解的影响，本研究依托重庆北碚“国家紫色土肥力与肥料效益监测基地”6个长期不同施肥处理小区，采用静态箱-气相色谱法对土壤CO2排放通量进行为期1年的原位观测，并采集土壤进行室内好氧矿化培养试验。这6个小区分别是：不施肥（CK）；施用磷钾肥（PK）；施用氮肥（N）；施用氮钾肥（NK）；施用氮磷肥（NP）；氮磷钾平衡施肥（NPK）。主要研究目的为：1）了解稻-麦轮作紫色土CO2的排放的季节动态；2）揭示长期不同施肥对稻-麦轮作紫色土CO2排放的影响；3）探究长期不同施肥对稻-麦轮作紫色土有机碳矿化的影响。主要研究结果如下：
　　I.土壤CO2排放的季节动态
　　各处理土壤CO2季节排放的动态变化与土壤温度变化趋势相似。从五月中旬水稻移栽到8月下旬水稻收割，随着土壤温度上升，各处理土壤CO2瞬时排放通量也逐渐增加。随后土温逐渐下降，土壤CO2排放通量也随之下降，并于12月达到全年中的最低水平。次年二月底后，随着土壤回温，土壤CO2排放通量又逐渐增加。
　　不同处理在稻季、休闲期和麦季的CO2平均排放通量范围分别为37.05~54.89 mg C·m-2·hr-1、39.80~69.46 mg C·m-2·hr-1和30.55~45.31 mg C·m-2·hr-1。所有处理在麦季的CO2排放通量均值皆低于稻季和休闲期；CK和NP处理在稻季的通量略高于休闲期，而其它四个处理则是休闲期高于稻季。
　　II.土壤环境因素与CO2的排放的相关性
　　不同处理下土壤在稻季的CO2瞬时排放通量与土壤含水量呈显著负相关性（R=-0.277~-0.802，P＜0.05或P＜0.01），而与土壤温度呈正相关性。麦季的CO2排放同样与土温呈显著正相关性（R=0.336~0.845，P＜0.05或P＜0.01），但与土壤含水量无相关性。休闲期CO2的排放则与土壤温度和水分都无明显相关性。
　　土壤在稻季（R2=0.743，n=6，P＜0.05）和麦季（R2=0.574，n=6，P＜0.05）的CO2平均排放通量均与土壤有效磷含量呈显著正相关性。
　　III.长期不同施肥对CO2累积排放量的影响
　　不同施肥处理的CO2年累积排放量范围为2820~4111kgC·hm-2，其中以CK最低，NPK最高。稻季、休闲期、麦季对CO2年排放量的贡献率分别为28％~32%、20%~27%和43%~48%。就同一处理而言，CO2的累积排放量一般表现为麦季>稻季>休闲期。
　　就同一季节而言，施磷处理（包括PK、NP、NPK）的CO2累积排放量均值比不施磷处理（包括CK、N、NK）高23.9%~33.6%，表明施磷肥可以促进土壤CO2的排放。氮肥对土壤CO2排放的影响则不明显。
　　IV.长期不同施肥对稻-麦轮作紫色土有机质矿化特征的影响
　　利用土壤有机碳分解双库动力学模型对土壤矿化培养试验数据的模拟结果表明，不同处理土壤表层（0~20cm）、中层（20~40cm）和下层（40~60cm）的活性碳库范围分别为3.13~5.81 mg·(gC)-1、1.79~4.72 mg·(gC)-1和3.21~4.02 mg·(gC)-1；缓效性碳库的范围分别为7.76~12.00 mg·(gC)-1、3.98~8.81 mg·(gC)-1和4.99~7.46 mg·(gC)-1。大部分处理的活性碳库和缓效性碳库均表现为表层大于中下层。同一处理在同一土壤层次中的缓效性碳库比活性碳库高0.29~5.23倍，但前者的矿化常数仅为后者的2.8%~7.3%，矿化半衰期则比后者长10.5~35.0倍。
　　氮肥的施用可以增加表层土壤活性碳库，减小中层土壤活性碳库及表层/中层土壤缓效性碳库。磷肥的施用可以增加表层土壤活性碳库，减小中层土壤活性碳库及表层土壤缓效性碳库。
　　氮肥的施用可以加快表层和中层土壤活性碳库的周转速度，减慢表层土壤缓效性碳库的周转速度。磷肥的施用会减慢表层和中层土壤活性碳库的周转速度，加快表层土壤缓效性碳库的周转速度。

目录

封面

声明

目录

中文摘要

英文摘要

第1章 文献综述

1.1 研究背景

1.2土壤呼吸作用

1.3土壤呼吸的影响因素

1.4 施肥及秸秆还田处理对土壤CO2排放的影响

1.5 施肥对土壤有机碳库的影响

1.6 紫色土碳循环的研究进展

第2章 绪论

2.1 选题意义与依据

2.2 研究目的

2.3 研究内容

2.4 技术路线

第3章 材料与方法

3.1 试验地概况

3.2原位观测实验

3.3 土壤有机碳好氧矿化培养实验

3.4 数据处理与分析

第4章 长期不同施肥对稻-麦轮作紫色土CO2排放的影响

4.1 材料与方法

4.2 结果与分析

4.3 小结

第5章 长期不同施肥对稻-麦轮作紫色土有机质好氧矿化的影响

5.1 材料与方法

5.2 结果与分析

5.3 讨论

5.4 小结

第6章 结论

参考文献

致谢

发表的论文与参研科研课题