玉米秸秆还田对农田黑土CO_2排放及碳氮组分的影响

【摘要】：秸秆还田后作物残体的分解转化是农田生态系统碳循环及养分周转平衡的一个至关重要环节。探明秸秆在土壤中的分解转化特征及其影响因素不仅对全球变暖背景下的土壤固碳研究具有重要意义,也可以为秸秆还田下的土壤养分管理提供参考依据。本文通过室内培养试验研究了不同部位玉米秸秆的化学性质(C/N、木质素含量)和土壤质地对黑土区土壤CO2排放和微生物量的影响;并基于秸秆还田的野外控制实验,研究了常规育种下两个玉米品种(先玉335和良玉99)秸秆在不同还田方式(覆盖地表、填埋入土)下的分解情况及其对农田黑土碳氮组分、CO2排放的影响。室内培养实验发现:不同植株部位玉米秸秆的C/N、木质素含量等有较大差异,其分解的难易程度也不同。玉米根和茎顶部秸秆具有较高的C/N或木质素含量,相对较难分解,还田后其CO2排放、激发效应和微生物量均显著小于茎下部和叶。秸秆的木质素和氮含量均会对它的分解和CO2排放产生影响。木质素/N比木质素含量、C/N等更好地说明秸秆分解和CO2排放的差异。除玉米叶外,添加秸秆其他部位的黏壤土在培养期间的CO2排放速率、CO2累积排放量和激发效应均显著大于对应的砂壤土。黏粒保护的作用不是两种土壤中秸秆分解差异的主要原因,土壤中的有效氮等营养物质可能是植物残体分解的限制因素。砂壤土中微生物量增加的幅度比黏壤土中微生物量增加的幅度大,而总溶解性氮含量小于黏壤土。与黏壤土相比,在砂壤土中实施秸秆还田更有利于土壤碳固存、微生物量保持和氮保存。野外控制实验显示:常规育种下不同品种玉米秸秆的化学组成存在明显差异,在黑土中分解的难易程度和固碳效果也不同。先玉335玉米秸秆具有较高C/N、aryl类碳含量和较低的N-alkyl和carbonyl类碳含量,相对较难分解,具有比良玉99秸秆更高的残留率和固碳量。所以,可以考虑通过选择或者培育合适玉米品种来提高玉米秸秆还田的固碳效果。还田方式对土壤水热条件、秸秆分解、土壤碳氮组分等均有十分显著的影响。覆盖还田条件下玉米秸秆的分解速率较慢,具有比翻埋还田下秸秆更高的残留率、C/N和更低的含氮量。秸秆覆盖还田还促进了原有土壤有机碳的分解、影响了土壤的碳氮组分。覆盖还田下的土壤有机碳、全氮、MBC、TDN含量均显著小于秸秆秸秆翻埋。忽略地表秸秆残留量,可能低估了免耕对农田黑土有机碳的固碳数量,需要结合秸秆残留量和土壤有机碳储量变化两方面内容,进一步全面评价保护性耕作(特别是免耕)对农田黑土有机碳的固碳效果的影响。 【关键词】：秸秆化学组成 玉米品种 还田方式 土壤固碳 秸秆腐解 土壤质地 土壤微生物量 13C固体核磁共振
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（东北地理与农业生态研究所）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S141.4
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 引言12-14
• 1.2 玉米秸秆的化学组成研究14-15
• 1.3 秸秆化学组成对植物残体分解及有机碳固定的影响15-19
• 1.3.1 秸秆C/N对植物残体分解的影响15
• 1.3.2 秸秆木质素对植物残体分解的影响15-17
• 1.3.4 秸秆化学组成对土壤有机质及微生物的影响17-18
• 1.3.5 13~C核磁共振在秸秆腐解研究中的应用18-19
• 1.4 土壤质地对秸秆分解的影响19
• 1.5 还田方式对秸秆分解的影响19-20
• 1.6 论文研究的切入点与思路20-21
• 1.7 论文的研究内容与研究目标21-23
• 1.7.1 论文的主要研究内容21-22
• 1.7.2 研究目标22-23
• 第二章 不同植株部位玉米秸秆对两种质地黑土CO_2 排放及微生物量的影响23-38
• 2.1 引言23-24
• 2.2 材料与方法24-27
• 2.2.1 土壤与作物24-25
• 2.2.2 培养实验设计25
• 2.2.3 测定项目与方法25-26
• 2.2.4 数据处理与统计分析26-27
• 2.3 结果27-33
• 2.3.1 秸秆的化学组成27-28
• 2.3.2 土壤的CO_2 排放28-30
• 2.3.3 激发效应与秸秆化学组成的关系30-32
• 2.3.4 土壤微生物量和TDN含量32-33
• 2.4 讨论33-37
• 2.4.1 秸秆类型对两种质地土壤CO_2 排放的影响33-35
• 2.4.2 秸秆化学属性与两种质地土壤激发效应的关系35
• 2.4.3 秸秆类型对两种质地土壤微生物量和TDN含量的影响35-37
• 2.4.4 对玉米秸秆还田实施与管理的探讨37
• 2.5 小结37-38
• 章节过渡38-39
• 第三章 玉米品种和还田方式对农田黑土CO_2 排放及碳氮组分的影响39-54
• 3.1 引言39-40
• 3.2 材料与方法40-43
• 3.2.1 实验地点与秸秆40
• 3.2.2 实验设计40-41
• 3.2.3 测定项目与方法41-43
• 3.2.4 数据处理与统计分析43
• 3.3 结果43-49
• 3.3.1 秸秆的化学组成43-44
• 3.3.2 土壤的水热条件44-45
• 3.3.3 土壤的CO_2 排放量45-47
• 3.3.4 秸秆残留率及其碳氮含量47-48
• 3.3.5 土壤碳氮组分48-49
• 3.4 讨论49-53
• 3.4.1 玉米品种和还田方式对土壤水热条件的影响49
• 3.4.2 玉米品种和还田方式对土壤CO_2 排放的影响49-50
• 3.4.3 玉米品种和还田方式对秸秆碳氮含量及残留率的影响50-51
• 3.4.4 玉米品种和还田方式对土壤碳氮组分的影响51-52
• 3.4.5 玉米秸秆还田后的固碳效果及供氮潜力52-53
• 3.5 小结53-54
• 第四章 结论与展望54-57
• 4.1 主要结论54-55
• 4.2 研究的创新点55
• 4.3 研究不足与展望55-57
• 4.3.1 研究中存在的不足55-56
• 4.3.2 研究展望56-57
• 参考文献57-70
• 附录70-72
• 致谢72-73

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