UV-B辐射对土壤-作物系统NO排放和呼吸速率的影响及机理探讨

摘要

温室气体引起的全球变暖和平流层臭氧损耗导致地表紫外辐射增强成为当今重大全球环境问题。UV-B辐射增强对作物生理生态及土壤微生物活性的影响可能会进一步影响土壤一作物系统N<,2>O排放及生态系统呼吸。本文基于上述假设，采用静态箱-气相色谱法，结合不同实验设计(室外试验和室内模拟试验、实验室培养试验)、不同作物类型(小麦和大豆)探讨了UV-B辐射对土壤-作物系统N<,2>O排放及呼吸速率的影响及可能的机理，以期为客观评价农田生态系统N<,2>O排放和呼吸速率提供依据。 1．土壤-作物系统N<,2>O排放及呼吸速率观测结果表明： (1)在小麦生长的前期(返青期)，UV-B辐射对土壤-冬小麦系统N<,2>O排放速率及呼吸速率均未产生显著影响；拔节孕穗期前期，UV-B辐射显著减少了土壤-冬小麦系统N<,2>O排放速率及呼吸速率；拔节孕穗期后期及抽穗期，UV-B辐射对土壤-冬小麦系统N<,2>O排放速率没有显著影响，但仍然显著减少系统的呼吸速率。 (2)整个生育期内，UV-B辐射对土壤-大豆系统N<,2>O排放速率影响不显著；在UV-B处理的前期，UV-B对土壤-大豆系统呼吸速率无显著影响，分枝后期及开花期，UV-B辐射显著减少了土壤-大豆系统呼吸速率；结荚期，UV-B辐射未对土壤-大豆系统呼吸速率产生显著影响，减少的趋势消失。 (3)UV-B辐射对土壤N<,2>O排放速率及呼吸速率影响不显著。 2．UV-B辐射增强对土壤-冬小麦系统N<,2>O排放及呼吸速率影响的可能机理： (1)受UV-B辐射影响的小麦碳氮代谢过程与呼吸作用和N<,2>O排放紧密相连：UV-B辐射增强显著减少小麦地上部分干重，以及地上部分呼吸速率，而对呼吸系数无显著影响。UV-B增强显著减少了小麦拔节孕穗期和抽穗期叶片中叶绿素a含量，增加类胡萝卜素含量，减少拔节孕穗期叶片中光合产物可溶性糖的含量；UV-B增强对小麦叶片中N代谢过程的影响表现为促进作用，虽对小麦抽穗期叶片硝酸还原酶活性，硝态氮含量无显著影响，却促进谷氨酰胺合成酶活性，显著增加了叶片中可溶性蛋白质、游离氨基酸含量以及植株中TN、TP的量。 (2) UV-B辐射增强对土壤产N<,2>O的影响表现为间接影响，主要是显著增加了小麦根区土壤有效氮和土壤微生物碳、氮的量，并改变了土壤微生物的C/N比，使之由5.0增至6.8。但可能UV-B尚未对微生物总的活性产生显著影响，因而土壤呼吸未表现出明显差异。 3．实验室培养试验进一步研究了生长期接受UV-B辐射增强处理的作物秸秆在土壤中的分解。结果表明：UV-B辐射增强减少了成熟期小麦秸秆中酸性洗涤剂溶解物(ADS)、全P、全C的含量及C/N，增加全N的含量。添加小麦秸秆后，无论施与不施化肥，UV-B辐射都极大地促进了湿润条件下土壤N<,2>O排放，淹水条件下则无显著影响；而对CO<,2>排放的影响在湿润、淹水条件下均未达显著水平。 全文结论为：UV-B辐射对土壤-作物系统N<,2>O排放及呼吸速率的影响随作物生育期而改变；UV-B辐射增强对土壤-冬小麦系统N<,2>O排放及呼吸速率的影响可能受小麦植株碳氮代谢过程控制，并与土壤微生物过程有关。作物生长期接受UV-B辐射增强处理导致秸秆化学成分变化，从而促进了秸秆分解过程中N<,2>O排放。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 引言

1.研究意义

2.国内外研究进展

2.1 UV-B辐射对作物生理生态及土壤微生物的影响

2.2农田N2O的产生与排放

2.3农田生态系统的呼吸

2.4问题的提出

3.研究目的与研究内容

第二章 材料与方法

1.室外试验

1.1 2004-2005年冬小麦生长季

1.2 2006年大豆生长季

2.室内模拟试验

2.1试验材料

2.2试验设计

2.3测定项目

3.实验室培养试验

3.1供试材料

3.2冬小麦秸秆组分的测定

3.3培养与气体采集及通量计算

4.测定方法

4.1土壤-作物系统N2O和CO2排放观测

4.2相关项目的测定方法

第三章 UV-B辐射对土壤-作物系统N2O排放及呼吸速率的影响

1.UV-B辐射对土壤-冬小麦系统N2O排放及呼吸速率的影响

1.1室外试验测定结果

1.2室内模拟试验测定结果

2.UV-B辐射对土壤-大豆系统N2O排放及呼吸速率的影响

2.1室外试验测定结果

2.2室内模拟试验测定结果

3.UV-B辐射对土壤N2O排放及呼吸速率的影响

4.本章小结

第四章 UV-B辐射对冬小麦碳氮代谢的影响

1.UV-B辐射对冬小麦碳代谢的影响

1.1 UV-B辐射对冬小麦暗呼吸的影响

1.2 UV-B辐射对冬小麦生物量的影响

1.3 UV-B辐射对冬小麦叶片光合色素和光合产物的影响

2.UV-B辐射对冬小麦氮代谢的影响

3.本章小结

第五章 UV-B辐射对土壤微生物、秸秆组分及其土壤行为的影响

1.UV-B辐射土壤微生物作用的影响

1.1 UV-B辐射对土壤硝化反硝化作用的影响

1.2 UV-B辐射对土壤微生物C、N的影响

2.UV-B辐射对秸秆组分及其土壤行为的影响

2.1 UV-B增强处理对小麦秸秆组分的影响

2.2 UV-B增强处理小麦秸秆对土壤N2O排放及土壤呼吸的影响

3.本章小结

第六章 讨论

第七章 结论与展望

1.全文结论

2.研究特色与创新点

3.存在问题与研究展望

参考文献

作者简介

致谢