不同覆盖条件下旱地土壤碳氮转化及其模拟

摘要

针对陕西关中壤土地区土壤水分利用率以及土壤生产力不高等问题，以陕西省杨凌示范区西北农林科技大学教育部旱区农业水土工程重点实验室灌溉试验站为依托，采用冬小麦和夏玉米为供试作物进行田间试验，设置不覆盖(NM)、秸秆覆盖(SM)、半膜覆盖(HWF)和全膜覆盖(WF)四种模式，研究不同覆盖措施对土壤有机碳、全氮、微生物量碳氮、土壤温度、水分以及土壤剖面硝态氮分布的影响，验证DNDC模型在本区域的适用性，并模拟长期覆盖措施下土壤有机碳的动态变化，为陕西关中壤土地区旱作农田覆盖措施的选择提供理论和实践依据。研究结果表明:
　　1)旱作雨养条件下，第五季作物（2015-2016冬小麦）收获后SM耕层(0～20cm)土壤有机碳和全氮储量分别比第一季作物（2013-2014冬小麦）收获后提高了20.8％和30.2％;灌溉条件下，其储量分别比第一季作物收获后提高了5.5％和10.1％。雨养条件下，SM提高了冬小麦生育前期15cm土层和30cm土层最低温度，降低了生育中后期15cm土层和30cm土层平均温度;灌溉条件下，SM降低了小麦和玉米生育期15cm土层和30cm土层平均温度。雨养和灌溉条件下，SM的土壤有机碳和全氮含量均较第一季作物收获后有所提高，同时还提高了耕层土壤硝态氮的含量以及累积量，增加了土壤耕层以及0-100cm土层的储水量，从而提高了土壤硝态氮在0-200cm剖面的累积峰土层深度，减少了硝态氮在0-200cm土层的残留量。秸秆覆盖处理有利于培肥土壤，同时可减少硝态氮向深层土壤的淋溶风险。
　　2)旱作雨养和灌溉条件下，随着试验时间的延长，地膜覆盖（HWF和WF）在一定程度上降低了土壤有机碳和全氮的含量以及储量。雨养条件下，WF在第五季作物收获后土壤有机碳和全氮储量分别比第一季降低了4.0％和3.2％;HWF分别比第一季降低了8.0％和0.7％。灌溉条件下，WF土壤有机碳和全氮储量分别比第一季降低了2.5％和7.2％;HWF分别比第一季降低了5.2％和7.6％。长时间地膜覆盖会消耗土壤肥力，不利于土壤培肥。地膜覆盖提高了耕层土壤的硝态氮含量以及累积量，也提高了硝态氮在0-200cm土层的累积峰土层深度。随着覆盖年限增加，0-200cm土层硝态氮残留量地膜覆盖处理显著低于SM。在提高耕层土壤储水量方面，WF要优于SM和HWF。旱作雨养条件下，地膜覆盖处理提高了冬小麦生育中前期15cm和30cm土层最低温度和平均温度，且HWF明显优于WF和SM。夏玉米生育中后期，无论灌溉还是雨养，地膜覆盖均提高了15cm和30cm土层最高温度和平均温度，且WF明显优于HWF。雨养条件下，在收获期，地膜覆盖处理的土壤微生物量碳氮含量均低于SM。
　　3)DNDC模型对旱作不同覆盖条件下土壤有机碳和作物产量的模拟结果与实测值相关系数较高，且模拟值和实测值的NRMSE基本在可接受范围，可用于预测长期不同覆盖条件下的作物产量和土壤有机碳动态变化。50年模拟结果表明，长期地膜覆盖有增加耕层(0-20cm)土壤有机碳储量的趋势，而长期秸秆覆盖并没有明显提高耕层土壤有机碳储量，这与短期田间试验监测结果存在一定差异，原因有待进一步研究分析。
　　总之，秸秆覆盖有利于培肥土壤，增加土壤耕层和0-100cm土层储水量，同时可减少硝态氮向深层土壤淋溶的风险。地膜覆盖可提高耕层土壤储水量、硝态氮含量和累积量，降低剖面土壤硝态氮累积量，降低硝态氮的淋溶风险，但会消耗土壤肥力，不利于土壤培肥。相对而言，秸秆覆盖是本区域更值得推荐的一种覆盖栽培模式。由于试验时间相对较短，没有大量实测数据对DNDC模型的长期模拟效果进行验证对比，对于长期地膜覆盖是否有利于土壤有机碳固定还有待于进一步研究探讨。

目录

论文说明

声明

摘要

第一章 文献综述

1．2．1 秸秆与地膜覆盖对作物产量的影响

1．2．2 秸秆和地膜覆盖对土壤碳氮影响

1．3 DNDC模型的发展

1．4 研究目的与内容

1．4．1 研究目的与意义

1．4．2 研究内容

1．5 技术路线

第二章 材料与方法

2．1 试验地概况

2．2 试验设计

2．3 土壤样品的采集与测定

2．4 数据处理及分析

第三章 旱作不同覆盖措施对土壤碳氮及水热的影响

3．1 不同覆盖措施对有机碳和全氮的影响

3．2 不同覆盖措施对土壤微生物量碳氮的影响

3．3 不同覆盖措施对土壤剖面硝态氮分布及累积量的影响

3．4 不同覆盖处理对土壤剖面水分储量的影响

3．5 不同覆盖处理对土壤温度的影响

3．6 讨论

3．7 小结

第四章 灌溉条件下不同覆盖对土壤碳氮及水热的影响

4．1 不同覆盖措施对土壤有机碳和全氮的影响

4．2 不同覆盖措施对土壤微生物量碳氮影响

4．3 不同覆盖措施对土壤硝态氦剖面分布及储量影响

4．4 不同覆盖处理对土壤剖面水分储量的影响

4．5 不同覆盖处理对土壤温度的影响

4．6 讨论

4．7 小结

第五章 不同覆盖条件下DNDC模型对土壤有机碳和产量的验证模拟

5．1 DNDC模型的参数数据获取

5．2 DNDC模型的参数调整与输入

5．3 DNDC模型验证与模拟

5．4 长期不同覆盖条件下土壤有机碳和产量的模拟

5．5 讨论

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

作者简介