本文關(guān)鍵詞：玉米秸稈碳在東北旱田土壤中的轉(zhuǎn)化與固定，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：土壤有機(jī)碳是土壤有機(jī)質(zhì)的重要組成部分,影響著土壤團(tuán)聚體的形成與穩(wěn)定。土壤活性有機(jī)碳是土壤有機(jī)質(zhì)的活性組分,對土壤營養(yǎng)元素的生物化學(xué)過程、土壤微生物的代謝過程以及土壤有機(jī)質(zhì)分解等過程有重要影響。玉米秸稈碳是東北旱田土壤主要外源有機(jī)碳之一,對旱田土壤有機(jī)碳的補(bǔ)充和地力維持起著重要作用。然而東北旱田土壤及其團(tuán)聚體有機(jī)碳如何變化,玉米秸稈碳的添加如何影響了東北旱田土壤新/老有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化與固定等問題尚不明晰。因此,本試驗(yàn)以東北三省四個長期定位試驗(yàn)站(遼寧沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)(棕壤)、吉林公主嶺(黑土)、黑龍江哈爾濱(黑土)和海倫(黑土))為研究平臺,試圖利用13C標(biāo)記的玉米秸稈碳結(jié)合砂濾管法來示蹤秸稈碳腐解過程中(1年)土壤新/老有機(jī)碳組分(總有機(jī)碳、微生物量碳、水溶性有機(jī)碳和顆粒有機(jī)碳)在不同肥力東北旱田土壤的轉(zhuǎn)化和固定,并以棕壤為例,著重研究地膜覆蓋條件下棕壤及其不同水穩(wěn)性團(tuán)聚體有機(jī)碳及其組分(總有機(jī)碳和微生物量碳)新/老有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化及固定,為更好地、準(zhǔn)確地深化對農(nóng)田土壤有機(jī)碳循環(huán)的理解、探究農(nóng)田土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)過程和土壤肥力固持機(jī)理提供科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)果如下：(1)0-60天是秸稈碳腐解的關(guān)鍵時期,也是其對土壤有機(jī)碳組分(總有機(jī)碳、水溶性有機(jī)碳、微生物量碳和顆粒有機(jī)碳)或團(tuán)聚體有機(jī)碳組分(總有機(jī)碳和微生物量碳)擾動最為活躍的時期。(2)從北(黑土)至南(棕壤),秸稈碳對總有機(jī)碳的貢獻(xiàn)基本呈增加趨勢,且對低肥土壤總有機(jī)碳的貢獻(xiàn)高于高肥土壤,而秸稈碳的殘留基本呈下降趨勢。在秸稈碳腐解的影響下,從北(黑土)至南(棕壤)老有機(jī)碳的殘留呈降低趨勢,并且耕作土壤老有機(jī)碳?xì)埩艟黠@高于母質(zhì),且低肥土壤高于高肥土壤。老有機(jī)碳含量的變化說明60天后有秸稈碳并入老有機(jī)碳從而補(bǔ)償了前期的老有機(jī)碳損失。此外,秸稈碳的添加也增加了覆膜與不覆膜高低肥棕壤(全土)總有機(jī)碳的含量和儲量,且不覆膜棕壤(全土)高于覆膜,高肥棕壤高于低肥棕壤高于母質(zhì)。而老有機(jī)碳的殘留表現(xiàn)為高肥棕壤高于低肥棕壤高于母質(zhì),且覆膜棕壤略高于不覆膜棕壤,表明耕作棕壤相對母質(zhì)提升了對老有機(jī)碳的保護(hù),相對于不覆膜,覆膜秸稈碳的腐解對老有機(jī)碳的損失起到了補(bǔ)償作用。(3)水溶性有機(jī)碳在試驗(yàn)期內(nèi)波動較為劇烈,基本呈現(xiàn)先增高再降低的趨勢。從北(黑土)至南(棕壤)在低肥和高肥土壤中總體均呈現(xiàn)黑土增加要多于棕壤的增加。其中,對于高肥土壤來說0-180天是秸稈碳轉(zhuǎn)化為水溶性有機(jī)碳的關(guān)鍵時期。添加秸稈后的水溶性有機(jī)碳δ13C的結(jié)果反映雖然0-60天秸稈13C的并入引起了水溶性有機(jī)碳δ13C的升高,但升高的幅度很小(秸稈碳對水溶性有機(jī)碳的貢獻(xiàn)較少),說明標(biāo)記秸稈13C并入水溶性有機(jī)碳相對較少,且周轉(zhuǎn)較快(60-180天δ13C值下降較快,且接近自然豐度)。此外,添加秸稈碳也明顯增加了覆膜與不覆膜高低肥處理棕壤(全土)水溶性有機(jī)碳含量。其δ13C的結(jié)果仍反映秸稈13C在水溶性有機(jī)碳的并入較弱。從老水溶性有機(jī)碳含量的變化看,不覆膜土壤比覆膜土壤增加趨勢相對較大,其中試驗(yàn)期末不覆膜低肥水溶性有機(jī)碳含量的增加要高于高肥,而覆膜則成相反趨勢。(4)秸稈碳的添加增加了微生物量碳的含量,對棕壤的影響主要發(fā)生在前期(60天前),對黑土的影響主要在后期(180天后),且在試驗(yàn)期內(nèi)呈現(xiàn)較為劇烈的波動,呈現(xiàn)出高肥高于低肥,覆膜高于不覆膜,說明高肥和覆膜提高了土壤微生物的活性。其δ13C的結(jié)果反映秸稈13C并入微生物量碳顯著高于水溶性有機(jī)碳,說明標(biāo)記秸稈13C更傾向于并入微生物量碳。覆膜棕壤中老微生物量碳含量除母質(zhì)呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢外,高低肥土壤均呈總體增加趨勢,且覆膜更提高了低肥土壤秸稈碳并入老微生物量碳的能力,而母質(zhì)由于養(yǎng)分和結(jié)構(gòu)的差異對老微生物量碳的保護(hù)能力較弱。(5)顆粒有機(jī)碳在試驗(yàn)期內(nèi)的波動相對緩和,且秸稈碳的添加也表現(xiàn)為增加了不同處理(不同土壤、不同肥力、不同覆膜)顆粒有機(jī)碳含量。其中低肥土壤秸稈碳的貢獻(xiàn)要高于高肥土壤,而高肥土壤類型間呈現(xiàn)秸稈碳對棕壤的貢獻(xiàn)高于黑土,并且不覆膜棕壤要高于覆膜棕壤,表明不覆膜和低肥將促進(jìn)有機(jī)碳向顆粒有機(jī)碳組分的轉(zhuǎn)移。δ13C的結(jié)果反映秸稈13C并入顆粒有機(jī)碳也較為顯著,說明標(biāo)記秸稈13C也傾向于并入顆粒有機(jī)碳,且周轉(zhuǎn)基本仍呈現(xiàn)0-60天快速增加,60-180較快速下降,180天以后變化平緩的趨勢。其中秸稈碳的添加總體上增加并固持了老顆粒有機(jī)碳,成為土壤肥力固持和提升的基礎(chǔ)。(6)秸稈13C的轉(zhuǎn)移在土壤有機(jī)碳組分周轉(zhuǎn)中是有次序的(或各有機(jī)碳組分對13C存在選擇性固定和轉(zhuǎn)移),即腐解進(jìn)入土壤中的秸稈13C更容易在微生物量碳和顆粒有機(jī)碳組分中固化和轉(zhuǎn)移,而在水溶性有機(jī)碳中主要以12C周轉(zhuǎn)為主。此外,在微生物量碳13C和顆粒有機(jī)碳13C之間,覆膜將有助于推動秸稈13C向顆粒有機(jī)碳固定方向進(jìn)行,而秸稈12C向微生物量碳方向進(jìn)行,從而增加了12C潛在礦化的可能。(7)水穩(wěn)性團(tuán)聚體的形成與耕作土壤肥力高低相關(guān)。隨著耕作土壤耕性和肥力的提高,大團(tuán)聚體內(nèi)部開始分化又形成微團(tuán)聚體(如低肥土壤)；隨著農(nóng)田管理措施(如施肥或覆膜等)的長期介入,微團(tuán)聚體將再次團(tuán)聚成大團(tuán)聚體并促進(jìn)水、肥、氣、熱的轉(zhuǎn)移,土壤肥力將提高(如高肥或覆膜高肥土壤)。(8)秸稈碳的添加降低了母質(zhì)水穩(wěn)性團(tuán)聚體的穩(wěn)定性而增加了高、低肥耕作土壤的穩(wěn)定性。覆膜土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性整體低于不覆膜土壤,低肥土壤低于高肥土壤。高低肥土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性均呈現(xiàn)0-60天增加而后降低的趨勢,表明肥力的高低與覆膜與否影響了秸稈腐解產(chǎn)物和土壤顆粒的膠結(jié)能力,并且團(tuán)聚化作用隨秸稈的進(jìn)一步腐解而降低。(9)秸稈碳的添加增加了覆膜與不覆膜高低肥棕壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體總有機(jī)碳的濃度、儲量和δ13C值。其中團(tuán)聚體有機(jī)碳濃度和13C主要在≥2mm、1-0.25mm和0.25-0.053mm級別富集較高,而儲量仍主要富集在大團(tuán)聚體中。耕作土壤和高肥力土壤更促進(jìn)了秸稈碳的分解使得其并入團(tuán)聚體中的秸稈碳量減少,而覆膜將加速秸稈碳的腐解從而減少其對總有機(jī)碳的貢獻(xiàn)比。(10)秸稈碳的添加增加了水穩(wěn)性團(tuán)聚體微生物量碳濃度。覆膜和高肥力土壤提高了秸稈碳在微團(tuán)聚體中的擾動,增強(qiáng)了微生物量13C在微團(tuán)聚體中的轉(zhuǎn)移能力。隨肥力增高不覆膜呈現(xiàn)團(tuán)聚體微生物量碳由大團(tuán)聚體向微團(tuán)聚體轉(zhuǎn)移再轉(zhuǎn)移到大團(tuán)聚體的規(guī)律,而覆膜呈現(xiàn)1-0.053mm富集趨勢(0-180天)。
【關(guān)鍵詞】：穩(wěn)定碳同位素 玉米秸稈碳 水穩(wěn)性團(tuán)聚體 土壤有機(jī)碳組分 旱田土壤 地膜覆蓋
【學(xué)位授予單位】：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S141
【目錄】：

• 摘要11-14
• Abstract14-19
• 第一章 前言19-37
• 1.1 研究背景19
• 1.2 國內(nèi)外研究進(jìn)展19-33
• 1.2.1 農(nóng)田長期定位試驗(yàn)研究19-21
• 1.2.2 農(nóng)田土壤地膜覆蓋栽培研究21-22
• 1.2.3 農(nóng)田土壤有機(jī)物料腐解研究22-24
• 1.2.4 農(nóng)田土壤有機(jī)碳組分研究24-26
• 1.2.5 農(nóng)田土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳研究26-29
• 1.2.6 穩(wěn)定碳同位素技術(shù)在農(nóng)田土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)中的應(yīng)用29-33
• 1.3 研究問題的提出33
• 1.4 本研究目的與意義33-34
• 1.5 本研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)34-37
• 1.5.1 本研究內(nèi)容34-35
• 1.5.2 本研究創(chuàng)新點(diǎn)35-37
• 第二章 材料與方法37-49
• 2.1 試驗(yàn)地概況37-39
• 2.2 供試材料39-41
• 2.3 試驗(yàn)設(shè)計41-42
• 2.4 技術(shù)路線42
• 2.5 試驗(yàn)方法42-44
• 2.6 計算公式44-47
• 2.7 統(tǒng)計分析47-49
• 第三章 玉米秸稈碳的腐解對不同肥力東北旱田土壤有機(jī)碳轉(zhuǎn)化與固定的影響49-81
• 3.1 玉米秸稈碳的腐解對不同肥力東北旱田土壤總有機(jī)碳的影響49-60
• 3.1.1 總有機(jī)碳含量與δ~(13)C值的變化49-52
• 3.1.2 秸稈碳和老有機(jī)碳對總有機(jī)碳貢獻(xiàn)的變化52-53
• 3.1.3 總有機(jī)碳、玉米秸稈碳和老有機(jī)碳?xì)埩袈实淖兓?/span>53-57
• 3.1.4 老有機(jī)碳固定的變化57-59
• 3.1.5 土壤有機(jī)碳的周轉(zhuǎn)情況59-60
• 3.2 玉米秸稈碳的腐解對不同肥力東北旱田土壤水溶性有機(jī)碳的影響60-65
• 3.2.1 水溶性有機(jī)碳含量與δ~(13)C值的變化60-63
• 3.2.2 玉米秸稈碳和老有機(jī)碳對水溶性有機(jī)碳貢獻(xiàn)的變化63-64
• 3.2.3 水溶性有機(jī)碳的變化與周轉(zhuǎn)情況64-65
• 3.3 玉米秸稈碳的腐解對不同肥力東北旱田土壤微生物量碳的影響65-71
• 3.3.1 微生物量碳含量與δ~(13)C值的變化65-68
• 3.3.2 玉米秸稈碳和老有機(jī)碳對微生物量碳貢獻(xiàn)的變化68-69
• 3.3.3 微生物量碳的變化與周轉(zhuǎn)情況69-71
• 3.4 玉米秸稈碳的腐解對不同肥力東北旱田土壤顆粒有機(jī)碳的影響71-76
• 3.4.1 顆粒有機(jī)碳含量與δ~(13)C值的變化71-73
• 3.4.2 秸稈碳和老有機(jī)碳對顆粒有機(jī)碳貢獻(xiàn)的變化73-74
• 3.4.3 顆粒有機(jī)碳的變化與周轉(zhuǎn)情況74-76
• 3.5 玉米秸稈碳腐解過程中不同肥力東北旱田土壤有機(jī)碳組分之間及其δ~(13)C組成之間的關(guān)系76-77
• 3.6 小結(jié)與討論77-81
• 第四章 玉米秸稈碳的腐解對地膜覆蓋條件下不同肥力棕壤有機(jī)碳轉(zhuǎn)移與固定的影響81-109
• 4.1 對地膜覆蓋條件下不同肥力棕壤總有機(jī)碳的影響81-90
• 4.1.1 總有機(jī)碳含量與δ~(13)C值的變化81-83
• 4.1.2 秸稈碳和老有機(jī)碳對總有機(jī)碳貢獻(xiàn)的變化83-84
• 4.1.3 總有機(jī)碳、玉米秸稈碳和老有機(jī)碳?xì)埩袈实淖兓?/span>84-87
• 4.1.4 老有機(jī)碳的固定87-89
• 4.1.5 土壤有機(jī)碳的周轉(zhuǎn)情況89-90
• 4.2 對地膜覆蓋條件下不同肥力棕壤水溶性有機(jī)碳的影響90-95
• 4.2.1 水溶性有機(jī)碳含量與δ~(13)C值的變化90-92
• 4.2.2 秸稈碳和老有機(jī)碳對水溶性有機(jī)碳貢獻(xiàn)的變化92-93
• 4.2.3 水溶性有機(jī)碳變化與周轉(zhuǎn)情況93-95
• 4.3 對地膜覆蓋條件下不同肥力棕壤微生物量碳的影響95-99
• 4.3.1 微生物量碳含量與δ~(13)C值的變化95-97
• 4.3.2 秸稈碳和老有機(jī)碳對微生物量碳貢獻(xiàn)的變化97-98
• 4.3.3 微生物量碳變化與周轉(zhuǎn)情況98-99
• 4.4 對地膜覆蓋條件下不同肥力棕壤顆粒有機(jī)碳的影響99-104
• 4.4.1 顆粒有機(jī)碳含量與δ~(13)C值的變化99-101
• 4.4.2 秸稈碳和老有機(jī)碳對顆粒有機(jī)碳貢獻(xiàn)的變化101-102
• 4.4.3 顆粒有機(jī)碳變化與周轉(zhuǎn)情況102-104
• 4.5 地膜覆蓋條件下不同肥力棕壤有機(jī)碳組分之間及其δ~(13)C組成之間的關(guān)系104-105
• 4.6 小結(jié)與討論105-109
• 第五章 玉米秸稈碳的腐解對地膜覆蓋條件下棕壤不同水穩(wěn)性團(tuán)聚體中有機(jī)碳轉(zhuǎn)移與固定的影響109-133
• 5.1 對地膜覆蓋條件下不同肥力棕壤不同水穩(wěn)性團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響109-113
• 5.1.1 各級水穩(wěn)性團(tuán)聚體百分含量變化109-111
• 5.1.2 各級水穩(wěn)性團(tuán)聚體平均重量直徑變化111-113
• 5.2 對地膜覆蓋條件下不同肥力棕壤不同水穩(wěn)性團(tuán)聚體總有機(jī)碳的影響113-121
• 5.2.1 各級水穩(wěn)性團(tuán)聚體總有機(jī)碳濃度與δ~(13)C值的變化113-116
• 5.2.2 各級水穩(wěn)性團(tuán)聚體秸稈碳和老有機(jī)碳對總有機(jī)碳貢獻(xiàn)的變化116-118
• 5.2.3 各級水穩(wěn)性團(tuán)聚體老有機(jī)碳的固定118-120
• 5.2.4 各級水穩(wěn)性團(tuán)聚體老有機(jī)碳的周轉(zhuǎn)情況120-121
• 5.3 對地膜覆蓋條件下不同肥力棕壤不同水穩(wěn)性團(tuán)聚體微生物量碳的影響121-128
• 5.3.1 各級水穩(wěn)性團(tuán)聚體微生物量碳濃度與δ~(13)C值的變化121-124
• 5.3.2 各級水穩(wěn)性團(tuán)聚體秸稈碳和老有機(jī)碳對微生物量碳貢獻(xiàn)的變化124-126
• 5.3.3 各級水穩(wěn)性團(tuán)聚體微生物量碳變化與周轉(zhuǎn)情況126-128
• 5.4 各級水穩(wěn)性團(tuán)聚體微生物量碳與總有機(jī)碳濃度之間以及δ~(13)C組成之間的關(guān)系128-130
• 5.5 小結(jié)與討論130-133
• 第六章 結(jié)論與展望133-137
• 6.1 結(jié)論133-135
• 6.2 展望135-137
• 參考文獻(xiàn)137-145
• 致謝145-147
• 攻讀博士學(xué)位論文期間發(fā)表文章147

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：326771