不同生物碳和秸秆用量对滴灌棉花水氮利用率的影响

【摘要】：【目的】增加土壤有机碳含量，提高作物产量和水氮利用效率是干旱区农田优化管理的重要目标。生物碳是一种含碳量高、稳定性强的有机碳，可以有效增加土壤碳储量，提高土壤肥力和生产力。通过研究不同氮肥用量下生物碳和棉花秸秆对滴灌棉花生长、产量及水氮利用效率的影响，为干旱区滴灌棉田增加土壤有机碳储量、提高水氮利用效率提供理论依据。 【方法】以棉花秸秆为原料，在450℃下高温厌氧制备生物碳。通过田间试验探讨了不同氮肥用量下生物碳和棉花秸秆对滴灌棉田土壤有机碳含量及棉花生长和水氮利用效率的影响。试验中施氮（N）量设三个水平：0、300、450kg·hm~(-2)（分别以N0、N300、N450表示），其中N300处理为当地大田推荐氮肥用量。每个施氮水平下设置三种不同的生物碳和棉花秸秆用量，生物碳和棉花秸秆用量采用等碳量（0、1.40、2.80t·hm~(-2)）设计；其中，生物碳施用量分别为0、2.25、4.50t·hm~(-2)（分别以CK、1/2BC、BC表示），棉花秸秆施用量为0、6.00、12.00t·hm~(-2)（分别以CK、1/2ST、ST表示）。试验采用裂区设计，氮肥处理为主区，生物碳和棉花秸秆处理为副区，共15个处理，每个处理重复4次，共60个试验小区。 【主要结果】（1）施用生物碳和秸秆处理土壤0~60cm土层含水量分别较CK平均增加了15.3%和20.1%。秸秆处理土壤累积CO_2通量显著增加，施氮量300kg·hm~(-2)条件下，ST和1/2ST处理土壤CO_2累积通量分别较CK增加10.8%和7.6%；而生物碳处理土壤CO_2累积通量有所降低，BC和1/2BC处理土壤CO_2累积通量分别较CK降低7.3%和6.0%。氮肥、生物碳及秸秆用量均显著影响土壤全氮含量，不施氮肥条件下（N0），ST和1/2ST土壤全氮含量较CK分别增加26.4%和12.8%；BC、1/2BC与CK差异不大。中氮（N300）条件下，ST处理土壤全氮含量较CK增加25.9%，1/2ST土壤全氮含量与CK差异不显著；BC和1/2BC处理土壤全氮分别较CK增加了32.3%和18.7%。高氮（N450）条件下，ST处理土壤全氮含量最高，其次是BC和1/2ST处理，1/2BC与CK差异不显著。 （2）秸秆处理土壤氮素净矿化速率和氮素矿化率均显著高于相应等碳量施用的生物碳处理。ST和1/2ST土壤氮素净矿化速率、氮素矿化率分别较CK增加150.6%、130.6%和117.2%、117.0%；BC和1/2BC土壤氮素净矿化速率、氮素矿化率分别较CK增加92.1%、64.2%和61.9%、49.2%。 （3）施用生物碳和棉花秸秆均能显著促进棉花生长、提高棉花产量。不施氮肥条件下，不同生物碳和秸秆处理棉花产量表现为STBC1/2BC1/2STCK；在施氮肥300kg·hm~(-2)条件下，棉花产量的大小顺序为：ST1/2BC、1/2STBCCK；而在施氮肥450kg·hm~(-2)条件下，不同处理棉花产量表现为BC、ST1/2BC1/2ST、CK。 （4）施用生物碳和秸秆均能显著提高棉花水氮利用效率。中氮（N300）和高氮（N450）条件下，生物碳处理（BC、1/2BC）棉花氮素吸收效率和氮肥表观利用率较CK提高了分别提高了27.4~51.4%和14.9~37.0%；而秸秆处理（ST、1/2ST）仅提高了26.2~37.7%和5.4~20.1%。秸秆处理农田水分利用效率和灌溉水利用效率较CK分别提高了60.5~205.8%和5.8~39.3%，生物碳处理提高了33.4~159.8%和13.2~35.1%。 【结论】因此，施用生物碳和秸秆均可提高滴灌棉田土壤有机碳和全氮含量，促进棉花生长，增加产量，提高水氮利用效率。生物碳在增加土壤有机碳和全氮含量，降低土壤CO_2，提高氮肥利用率方面优于秸秆；而秸秆则在可显著促进土壤氮素矿化和土壤CO_2、促进棉花生长，增加产量，提高水分利用率。 【关键词】：生物碳 秸秆 棉花 产量 水氮利用率
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：S562
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目录9-11
• 第一章 前言11-18
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 研究领域国内外的研究动态及发展趋势12-17
• 1.2.1 滴灌棉田氮肥利用率及氮肥去向研究12-13
• 1.2.2 生物碳对土壤基本理化性质的影响13
• 1.2.3 生物碳对土壤氮素转化的影响13-17
• 1.3 研究目标和内容17-18
• 1.3.1 研究目标17
• 1.3.2 研究内容17-18
• 第二章 试验内容与研究方法18-21
• 2.1 试验设置18
• 2.1.1 试验材料18
• 2.1.2 试验设计18
• 2.2 样品采集与处理18-19
• 2.3 测试指标与方法19-20
• 2.3.1 土壤净氮矿化率的测定19
• 2.3.2 土壤 CO_2通量的测定19
• 2.3.3 土壤19
• 2.3.4 植物19-20
• 2.4 计算与数据处理20-21
• 2.4.1 计算公式20
• 2.4.2 数据处理与分析20-21
• 第三章 生物碳和秸秆用量对土壤有机碳和氮素含量的影响21-27
• 3.1 不同处理对土壤有机质含量的影响21-22
• 3.2 不同处理对土壤 CO_2通量的影响22-23
• 3.2.1 土壤 CO_2日通量的变化动态22-23
• 3.2.2 土壤 CO_2累积通量23
• 3.3 不同处理对土壤全氮含量的影响23-24
• 3.4 不同处理对土壤净氮矿化速率的影响24-25
• 3.5 讨论25-26
• 3.6 小结26-27
• 第四章 生物碳和秸秆用量对棉花生长及产量的影响27-32
• 4.1 生物碳和施氮量对棉花生长及产量的影响27-30
• 4.1.1 干物质积累动态27-28
• 4.1.2 干物质重28-29
• 4.1.3 棉花产量29-30
• 4.2 讨论30-31
• 4.3 小结31-32
• 第五章 生物碳及秸秆用量对棉花水氮利用效率的影响32-39
• 5.1 生物碳及施氮量对水分利用率的影响32-35
• 5.1.1 不同处理土壤水分的动态变化32-33
• 5.1.2 农田水分利用效率33-34
• 5.1.3 灌溉水利用效率34-35
• 5.2 生物碳及施氮量对棉花氮素利用的影响35-37
• 5.2.1 植株氮素吸收量35
• 5.2.2 氮素吸收效率35-36
• 5.2.3 氮肥生产效率36-37
• 5.2.4 氮肥表观利用率37
• 5.3 讨论37-38
• 5.4 小结38-39
• 第六章 结论与展望39-41
• 6.1 结论39
• 6.2 主要创新点39
• 6.3 研究展望39-41
• 参考文献41-49
• 致谢49-51
• 作者简介51-52
• 附件52

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