土壤碳氮循環(huán)是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)最基本的過程,土壤有機(jī)碳和全氮含量是土壤肥力的關(guān)鍵指標(biāo)。有機(jī)物料還田不但可以增加土壤有機(jī)質(zhì)含量,提升土壤肥力,而且還能夠減少廢棄物對環(huán)境的污染,在緩解溫室氣體增加及全球氣候變化等方面具有至關(guān)重要的作用。通過旱作雨養(yǎng)和灌溉兩個田間試驗研究了不同有機(jī)物料施用對土壤碳氮的影響。試驗處理包括不施肥(CK)、單施氮磷肥(NP)、有機(jī)肥(MNP)、秸稈還田(SNP)、低量生物炭(B1NP)以及高量生物炭(B2NP)等6個處理。結(jié)果表明:1)旱作雨養(yǎng)條件下,總體來看,有機(jī)肥(MNP)處理在第三季作物收獲后土壤有機(jī)碳立即下降恢復(fù)到施用前的水平,表明其基本沒有后效作用;秸稈還田(SNP)總體上后效作用比MNP略強(qiáng);生物炭處理(B1NP和B2NP)在第三季收獲后略下降,但其后基本處于波動穩(wěn)定中,表現(xiàn)出比較強(qiáng)的后效作用。在提高和維持土壤有機(jī)碳含量方面,生物炭效果強(qiáng)于秸稈,而有機(jī)肥效果最差。秸稈還田(SNP)在第四季作物收獲后土壤全氮提升較多,其后呈下降趨勢,說明秸稈有一定的后效作用。生物炭處理(B1NP和B2NP)在第三季作物收獲后土壤全氮含量有升高趨勢,但在其后基本處于波動穩(wěn)定中,表現(xiàn)出比較強(qiáng)的后效作用。施有機(jī)物料處理第二季作物收獲后土壤微生物量碳氮含量均值顯著大于第一季(P0.05),而SNP處理前兩季作物收獲后的均值最高。四年輪作各施肥處理(NP、MNP、SNP、B1NP、B2NP)的SMBC均值顯著高于CK(P0.05),分別提高18.6%、17.0%、47.3%、35.8%和20.5%;SMBN僅是SNP和B1NP分別比CK提升43.5%和35.3%(P0.05)。相比化肥,生物炭(B1NP和B2NP)基本均降低了每季作物收獲后深層(100-200cm)土壤硝態(tài)氮的累積量,而秸稈和有機(jī)肥僅降低了后3季作物收獲后的硝態(tài)氮累積量,表明生物炭在降低剖面硝態(tài)氮淋溶風(fēng)險方面優(yōu)于秸稈和有機(jī)肥。2)灌溉條件下,所有有機(jī)物料處理均在第四季作物收獲后土壤有機(jī)碳和全氮最高。有機(jī)肥處理在第五季作物收獲后土壤有機(jī)碳和全氮下降恢復(fù)到施肥前的水平。第五季作物收獲后,秸稈還田(SNP)土壤有機(jī)碳和全氮下降,其后處以波動穩(wěn)定中且高于施肥前的水平。第五季作物收獲后,生物炭處理(B1NP和B2NP)的SOC下降,其后基本處于波動穩(wěn)定狀態(tài),但整體高于SNP。總的來說,在提升和維持土壤有機(jī)碳方面,生物炭效果強(qiáng)于秸稈,而有機(jī)肥表現(xiàn)最差。施有機(jī)物料處理第二季作物收獲后土壤微生物量碳含量顯著大于第一季(P0.05),八季作物收獲后進(jìn)行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn),NP、SNP和B2NP對土壤微生物量氮含量增加的效果最明顯。第二季作物(2014年10月)收獲后土壤硝態(tài)氮累積量在100-200cm土層有機(jī)物料處理(SNP、B1NP和B2NP)顯著低于NP處理,表明有機(jī)物料的施用可以阻止硝態(tài)氮隨水分向下淋溶。有機(jī)物料停施后,相比化肥,生物炭處理(B1NP和B2NP)均降低了深層(100-200cm)土壤硝態(tài)氮的累積,而秸稈和有機(jī)肥降低作用不明顯,表明生物炭在降低剖面硝態(tài)氮淋溶風(fēng)險方面優(yōu)于秸稈和有機(jī)肥,也說明生物炭后效作用比較強(qiáng)。3)旱作條件下,DNDC模型在秸稈還田和有機(jī)肥施用下土壤有機(jī)碳及農(nóng)作物產(chǎn)量的動態(tài)變化模擬結(jié)果整體較好,歸一化均方根誤差(NRMSE)基本在可接受范圍內(nèi)。DNDC模型可以用來對有機(jī)物料施用下本區(qū)域土壤有機(jī)碳儲量及產(chǎn)量變化進(jìn)行長期模擬。利用校正后的DNDC模型對研究區(qū)30年旱作雨養(yǎng)條件下有機(jī)物料施用處理土壤表層(0-20cm)有機(jī)碳儲量的動態(tài)變化進(jìn)行了模擬。結(jié)果表明,與單施氮磷化肥相比,秸稈還田和有機(jī)肥處理對表層土壤有機(jī)碳儲量有明顯提升作用。從有機(jī)肥和秸稈停施后來看,有機(jī)肥在提高SOC儲量方面無明顯后效作用,而秸稈還田在相對較長時間(4年和6年)對于土壤有機(jī)碳儲量有一定后效作用�？傊�,施有機(jī)物料有利于培肥土壤,提高土壤表層(0-20cm)硝態(tài)氮含量,減少剖面硝態(tài)氮向下淋溶。有機(jī)物料停施后,生物炭(B1NP和B2NP)依然可以有效抑制硝態(tài)氮向土壤深層累積。相對于有機(jī)肥和秸稈,生物炭的后效作用較強(qiáng)。DNDC模型對有機(jī)物料后效作用的長期模擬效果還有待進(jìn)一步的田間驗證。
【學(xué)位單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：S153.6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2810177