长期轮作与施肥对旱作农田土壤碳、氮库变化的影响

摘要

土壤有机碳是反映土壤质量和生产力的重要指标，其含量多少往往影响土壤肥力大小，但因土壤有机碳库存量大且变异系数小，单独对这一指标的测定并不能准确反映土壤质量和有机质的变化情况。有机碳活性组分虽然在土壤有机碳中所占比例很小，却能够指示土壤的综合活力水平，进而为农业的可持续发展提供理论依据。氮素是黄土高原粮食生产的主要限制因素，随着氮肥用量的提高和不合理施用，氮肥利用效率越来越低，残留在土壤中的氮素对地下水源和环境造成了严重污染，因而，根据土壤供氮能力确定合理有效的耕作措施是提高氮肥利用率和保护环境的根本途径。本研究通过测定土壤全氮、微生物量氮、潜在矿化氮及颗粒有机氮，探讨施肥与轮作对土壤氮库变化的影响。本研究基于陕西长武长期定位试验，选取其中9个处理，包括4个施肥处理:对照处理、单施化肥处理、有机肥配施化肥处理及长期休闲地处理;5个轮作处理:粮饲轮作处理、粮豆轮作处理、粮草短周期轮作处理、粮饲豆轮作处理及粮草长周期轮作处理，研究了长期施肥与轮作对旱作冬小麦农田土壤碳、氮库的影响，主要获得的结论有:
　　(1)长期持续施肥30年后，在0～30cm土层，有机肥配施无机肥处理土壤有机碳、微生物量碳、潜在矿化碳以及碳库管理指数分别较对照提高了42.2％、55.9％、40.9％和40.0％(P＜0.05)，单施化肥处理土壤有机碳和微生物量碳与对照差异不显著，潜在矿化碳和碳库管理指数分别提高了29.1％和20.0％(P＜0.05)，施肥对两种活性有机碳含量的影响在15～30cm土层表现更加显著。与种植作物相比，长期休闲地处理土壤潜在矿化碳含量显著降低，差异达到20.5％(P＜0.05)。相关性分析表明，土壤有机碳、潜在矿化碳、微生物量碳以及碳库管理指数两两之间存在着显著的正相关性，且有机碳组分含量与土壤有机碳含量在处理间变化具有一致性（除单施化肥处理外），两种活性有机碳相对含量在各处理间差异均不显著。总的来说，长期持续施入有机肥能够有效地增加旱作农田土壤有机碳同时增加其活性组分，有助于培肥地力和土壤固碳。
　　(2)0～30cm土层平均来看，在轮作系统中，长周期粮草轮作处理土壤有机碳含量最高，与粮豆轮作和粮饲豆轮作处理差异显著，增幅分别为20.5％和29.3％(P＜0.05)，粮草短周期轮作处理微生物量碳含量显著高于其余各处理，较粮饲轮作、粮豆轮作、粮饲豆轮作和粮草长周期轮作处理分别增加44.4％、47.8％、27.8％和28.7％(P＜0.05)。有机碳活性组分含量与其相对含量在处理间变化具有一致性。与有机碳含量排序类似，两粮草轮作处理潜在矿化碳含量均较高。粮草短周期轮作处理碳库管理指数最高，并显著高于其余各处理，与粮饲轮作、粮豆轮作、粮饲豆轮作及粮草长周期轮作相比，差异分别达到22.5％、47.0％、27.8％和21.5％(P＜0.05)。相关性分析表明，土壤有机碳与各组分及各组分之间均呈现出显著的正相关关系。总的来说，多样的轮作措施有助于增加土壤有机碳及其组分含量，本研究中，粮草轮作的效果较为突出。
　　(3)在0～30cm土层，有机肥配施无机肥处理土壤全氮、微生物量氮、潜在矿化氮分别较对照提高了35.0％、27.0％和48.9％(P＜0.05)，且这种增加作用在15～30cm土层更明显，土壤全氮增幅达到41.3％(P＜0.05)，但颗粒有机氮差异并不显著;此外，该处理微生物量氮、颗粒有机氮含量较单施化肥处理分别提高了35.2％、307.5％(P＜0.05)。而单施化肥处理与对照间仅有潜在矿化氮含量差异显著。与种植作物相比，长期休闲降低了土壤全氮、微生物量氮、潜在矿化氮和颗粒有机氮含量，差异分别为:15.0％、1.8％、31.3％和33.6％，但均未达到显著水平。相关性分析表明，土壤全氮、潜在矿化氮、微生物量氮和颗粒有机氮两两之间存在着显著的正相关关系。总的来说，长期持续施入有机肥能够有效地增加旱作农田土壤全氮同时增加其组分含量，有助于维持土壤健康，保持其供氮能力。
　　(4)经过长期轮作，0～30cm土层中，粮草长周期轮作处理土壤全氮含量较粮豆处理、粮草短周期轮作处理以及粮饲豆轮作处理分别增加17.2％、7.9％和15.4％(P＜0.05)，粮饲豆轮作处理微生物量氮含量显著低于其他处理，粮草轮作系统潜在矿化氮含量增加较为显著，长周期轮作处理较粮饲轮作处理、粮豆轮作处理和粮饲豆轮作处理增幅分别达到34.5％、45.8％和42.3％(P＜0.05)，粮饲轮作处理颗粒有机氮含量及相对含量最高，显著高于其他作物轮作。此外，各活性有机氮组分含量与其相对含量在处理间变化具有一致性。除颗粒有机氮与潜在矿化氮，土壤全氮与氮组分及各组分之间均呈现出显著的正相关关系。总的来说，轮作措施有助于增加土壤氮输入，改善土壤结构，增加其供氮能力。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 不同耕作措施对土壤碳库的影响

1．2．2 不同耕作措施对土壤氮库的影响

1．3 研究内容与技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第二章 研究区域与研究方法

2．1 研究区概况

2．1．1 试验区概况

2．1．2 试验设计

2．2 分析测定方法

2．2．1 土壤有机碳、全氮的测定

2．2．3 微生物量碳、氮的测定

2．2．4 颗粒有机氮的测定

2．2．5 碳库管理指数的计算

2．3 数据分析与处理

第三章 轮作与施肥对土壤碳库的影响

3．1 轮作与施肥对土壤有机碳含量的影响

3．1．1 不同施肥方式对土壤有机碳含量的影响

3．1．2 不同轮作措施对土壤有机碳含量的影响

3．1．3 讨论

3．1．4 小结

3．2 轮作与施肥对土壤微生物量碳含量的影响

3．2．1 不同施肥方式对土壤微生物量碳含量的影响

3．2．2 不同轮作措施对土壤微生物量碳含量的影响

3．2．3 讨论

3．2．4 小结

3．3 轮作与施肥对土壤潜在矿化碳含量的影响

3．3．1 不同施肥方式对土壤潜在矿化碳含量的影响

3．3．2 不同轮作措施对土壤潜在矿化碳含量的影响

3．3．3 讨论

3．3．4 小结

3．4 轮作与施肥对碳库管理指数的影响

3．4．1 不同施肥方式对土壤碳库管理指数的影响

3．4．2 不同轮作措施对土壤碳库管理指数的影响

3．4．3 讨论

3．4．4 小结

3．5 土壤有机碳及其各个组分相关性分析

3．5．1 不同施肥方式下土壤有机碳及其各个组分相关性分析

3．5．2 不同轮作措施下土壤有机碳及其各个组分相关性分析

3．5．3 讨论与小结

第四章 轮作与施肥对土壤氮库的影响

4．1 轮作与施肥对土壤全氮含量的影响

4．1．1 不同施肥方式对土壤全氮含量的影响

4．1．2 不同轮作措施对土壤全氮含量的影响

4．1．3 讨论

4．1．4 小结

4．2 轮作与施肥对土壤微生物量氮含量的影响

4．2．1 不同施肥方式对土壤微生物量氮含量的影响

4．2．2 不同轮作措施对土壤微生物量氮含量的影响

4．2．3 讨论

4．2．4 小结

4．3．1 不同施肥方式对土壤潜在矿化氮含量的影响

4．3．2 不同轮作措施对土壤潜在矿化氮含量的影响

4．3．3 讨论

4．3．4 小结

4．4 轮作与施肥对土壤颗粒有机氮含量的影响

4．4．1 不同施肥方式对土壤颗粒有机氮含量的影响

4．4．2 不同轮作措施对土壤颗粒有机氮含量的影响

4．4．3 讨论

4．4．4 小结

4．5 土壤全氮及各个组分相关性分析

4．5．1 不同施肥方式下土壤全氮及其各个组分相关性分析

4．5．2 不同轮作措施下土壤全氮及其各个组分相关性分析

4．5．3 讨论与小结

第五章 结论

5．1 主要研究结论

5．2 下一步研究建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的科研成果