本文選題：土壤呼吸 + 碳收支　； 參考：《西南大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：針對全球氣候變暖和秸稈廢棄物資源化利用率低,如何實(shí)現(xiàn)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)固碳減排和秸稈資源化、高值化利用是當(dāng)前低碳循環(huán)農(nóng)業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)。對秸稈與生物炭不同形式秸稈還田下農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳增匯/減排潛力的評估,有利于揭示農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的作用機(jī)理和尋求調(diào)控途徑。為研究農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳收支對秸稈與生物炭還田的響應(yīng),在重慶國家紫色土肥力與肥料效益長期監(jiān)測基地,以油菜/玉米輪作農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)為研究對象,以“等碳量還田”為原則,設(shè)置了常規(guī)施肥(CK)、秸稈還田(CS)、秸稈+速腐劑還田(CSD)、生物炭還田(BC)、秸稈+生物炭1:1還田(CSBC)5個(gè)處理,通過油菜和玉米兩個(gè)作物季田間定位試驗(yàn),監(jiān)測了秸稈與生物炭還田下土壤呼吸、土壤有機(jī)碳及其活性碳組分、土壤團(tuán)聚體固碳特征的變化,并結(jié)合實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù),以生命周期為視角從土壤呼吸碳排放、土壤碳庫及作物碳庫角度兼顧考慮農(nóng)業(yè)成本投入,分析了秸稈與生物炭還田下農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放、碳固定、碳匯效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益,以期為秸稈資源化利用和提高農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)增匯減排潛力提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù)。研究結(jié)果如下:(1)秸稈與生物炭還田顯著影響土壤呼吸季節(jié)性變化特征和峰值,除BC處理外,其他處理均促進(jìn)了土壤呼吸和碳排放;油菜季土壤呼吸呈單峰曲線,在0.12~2.29μmol·(m2·s)-1波動(dòng),且差異顯著,表現(xiàn)為CSCSDCSBCCKBC處理;玉米季各處理土壤呼吸變化較復(fù)雜,變化范圍為1.02~15.32μmol·(m2·s)-1。土壤異養(yǎng)呼吸能夠解釋土壤總呼吸變化的86.50%~93.94%,各處理的玉米季根系呼吸貢獻(xiàn)(26.49%~32.86%)顯著低于CK處理(53.65%)。土壤呼吸速率的變化主要受5cm土壤溫度控制,與土壤含水量無顯著關(guān)系;5cm土壤溫度能夠解釋土壤呼吸季節(jié)變化的82%~94%。水熱雙因子對土壤呼吸不存在協(xié)同作用,僅用土壤溫度單因子指數(shù)函數(shù)可較好地模擬土壤呼吸速率的動(dòng)態(tài)變化�？梢�,秸稈、秸稈+速腐劑和秸稈+生物炭還田顯著促進(jìn)了土壤呼吸,生物炭還田抑制了土壤呼吸。(2)各處理均能顯著增加土壤總有機(jī)碳含量,增幅為31.26%~107.82%,其中以BC處理最顯著,且BC、CSBC處理顯著高于CS、CSD處理,生物炭更有利于土壤固碳。各處理微生物量碳(MBC)、可溶性碳(DOC)和易氧化態(tài)碳(ROC)含量大小順序均為:CSDCSCSBCBCCK處理。秸稈和秸稈+速腐劑的MBC/SOC、DOC/SOC、ROC/SOC顯著高于生物炭和秸稈+生物炭,而土壤有機(jī)碳、代謝熵(qCO2)卻低于生物炭和秸稈+生物炭,表明:秸稈、秸稈+速腐劑還田加快土壤微生物量碳周轉(zhuǎn)速度,顯著降低土壤微生物代謝熵,有利微生物固定有機(jī)碳,提高微生物碳利用效益,改善土壤生物肥力;盡管生物炭還田微生物活性較低,但土壤有機(jī)碳及其穩(wěn)定性較高,有利于土壤有機(jī)碳積累,促進(jìn)土壤固碳。土壤活性碳組分對秸稈與生物炭還田的響應(yīng)比較靈敏,且MBC、DOC和ROC間相關(guān)性較強(qiáng)。因此,MBC、DOC和ROC可作為評價(jià)短期內(nèi)土壤有機(jī)碳變化及其質(zhì)量對有機(jī)物料還田的敏感性指標(biāo)。(3)秸稈還田顯著增加了2mm團(tuán)聚體含量,較對照增加了94.00%~117.78%,且秸稈顯著高于生物炭。CS、CSD處理顯著提高了水穩(wěn)性團(tuán)聚體的MWD、GMD、R0.25,降低了D值。秸稈與生物炭還田更有利本身有機(jī)碳含量較高的0.053mm團(tuán)聚體有機(jī)碳含量地提高,其中生物炭還田優(yōu)于秸稈還田。CS、CSD處理提高了大團(tuán)聚體(LM)內(nèi)的粗顆粒有機(jī)碳、細(xì)顆粒有機(jī)碳貢獻(xiàn)率,而BC、CSBC處理提高了微團(tuán)聚體(MA)內(nèi)不同組分有機(jī)碳貢獻(xiàn)率,有利于團(tuán)聚體有機(jī)碳穩(wěn)定性的提高,表明,秸稈新碳主要向大團(tuán)聚體內(nèi)分配,秸稈+速腐劑還能促進(jìn)較大團(tuán)聚體內(nèi)不同組分結(jié)合新碳,生物炭、秸稈+生物炭還田下新碳主要向微團(tuán)聚體中富集。秸稈或生物炭施入土壤加快了大團(tuán)聚體的周轉(zhuǎn),而減緩了較大團(tuán)聚體的周轉(zhuǎn),促進(jìn)大團(tuán)聚體中有機(jī)碳增加,有利土壤有機(jī)碳穩(wěn)定積累。(4)秸稈與生物炭均能提高作物產(chǎn)量和系統(tǒng)凈初級生產(chǎn)力(NPP),其中秸稈+速腐劑還田最好。與常規(guī)施肥相比,秸稈與生物炭還田增加了秸稈碳投入量(3.14~3.30t·hm-2),減少了秸稈焚燒造成的大量碳損失(5.49~6.12t·hm-2),同時(shí)增加土壤固碳量(0.01~0.18t·hm-2),因此,CS、CSD、BC、CSBC的系統(tǒng)凈碳固定量為正值,表現(xiàn)為 碳匯‖,而CK為負(fù)值,表現(xiàn)為 碳源‖。盡管生物炭還田增加了系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)投入碳排放量,但同時(shí)也降低了系統(tǒng)碳排放主要源的土壤呼吸碳釋放量,因此生物炭還田玉米季的系統(tǒng)凈碳固定量(10.75t·hm-2)最高。從碳收支項(xiàng)來看,農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的凈初級生產(chǎn)力是系統(tǒng)碳匯的最主要部分,土壤呼吸碳排放是系統(tǒng)碳源的主要項(xiàng)。(5)秸稈與生物炭還田均有較好的經(jīng)濟(jì)效益,產(chǎn)投比在1.52~2.23之間。油菜季各處理的純利潤在3012.03~3487.01元·hm-2之間,利潤最高的CS利潤率可達(dá)40.93%,折合農(nóng)田每噸秸稈原料,凈利潤高達(dá)59.08元·t-1,考慮環(huán)境效益,碳排放交易收入約443.09元·hm-2。玉米季各處理的總收入(9133.47元·hm-2~9603.01元·hm-2)約為油菜季的3倍左右,利潤率在51.92%~54.88%之間。常規(guī)施肥處理的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)為大氣碳庫的碳源,在全球碳交易市場處于被動(dòng)地位,CS具有良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益,加強(qiáng)秸稈還田的資源利用是實(shí)現(xiàn)糧食增產(chǎn)提質(zhì)、降低農(nóng)田系統(tǒng)碳足跡、提高碳匯能力的有效途徑。
[Abstract]:The soil respiration , carbon fixation , carbon sink effect and economic environmental benefit of soil respiration , carbon sequestration , carbon sink effect and economic environmental benefit in farmland ecosystem were studied . The results were as follows : ( 1 ) Soil respiration and carbon sequestration were significantly affected by soil respiration , carbon sequestration , carbon sink effect and economic environment benefit . The results showed that the soil respiration rate varied from 0 . 12 - 2 . 29 渭mol 路 ( m 2 路 s ) -1 . (2)鍚勫鐞嗗潎鑳芥樉钁楀鍔犲湡澹ゆ，

本文編號：2004548