本文關(guān)鍵詞：自然和人為添加生物質(zhì)炭對土壤腐殖質(zhì)碳和黑碳的影響

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【摘要】：生物質(zhì)炭是土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性碳庫的組成部分。自然土壤中黑碳的最重要來源是森林和草原大火或火耕。近年來,向土壤中添加生物質(zhì)炭已成為人類應(yīng)對全球氣候變化的一條重要途徑。黑碳不僅可以增加土壤碳量、改善土壤性質(zhì)、促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成、增加土壤養(yǎng)分、促進(jìn)植物生長、增加產(chǎn)量和刺激微生物活動(dòng),而且在全球碳循環(huán)、溫室氣體排放和環(huán)境污染修復(fù)中發(fā)揮重要作用。目前關(guān)于生物質(zhì)炭添加后對土壤系統(tǒng)中腐殖質(zhì)碳和土壤黑碳的影響還甚少,特別是將自然和人為添加2種條件進(jìn)行對比研究的基本沒有。因此,本論文以土壤黑碳和土壤腐殖質(zhì)碳為研究對象,應(yīng)用熱化學(xué)氧化法、元素組成分析、紅外光譜、差熱和熱重分析、核磁共振波譜、同位素比值質(zhì)譜等技術(shù)手段,較為系統(tǒng)的研究了自然(森林火災(zāi))和人為添加生物質(zhì)炭(培養(yǎng)試驗(yàn)、盆栽試驗(yàn)、埋置試驗(yàn)和大田試驗(yàn))2種條件下,生物質(zhì)炭的添加對土壤黑碳和土壤腐殖質(zhì)碳數(shù)量和結(jié)構(gòu)特征的影響以及添加的生物質(zhì)炭在土壤有機(jī)碳和炓碳中的分配規(guī)律,獲得了有關(guān)玉米秸稈生物質(zhì)炭添加對土壤腐殖質(zhì)碳和土壤黑碳影響的基礎(chǔ)資料。主要研究結(jié)果如下:(1)玉米秸稈生物質(zhì)炭與土壤黑碳之間存在較明顯的差異,具有C元素含量高,縮合度大的特點(diǎn)。玉米秸稈生物質(zhì)炭C元素含量為797.0g·kg-1,而土壤黑碳C元素含量在350.0~716.5g·kg-1;與土壤黑碳相比,玉米秸稈生物質(zhì)炭的脂族鏈烴和羧基含量較少,而芳香碳含量較高,縮合度較大。(2)添加生物質(zhì)炭對土壤基本性質(zhì)和作物產(chǎn)量均有一定的影響。自然條件下,生物質(zhì)炭添加對土壤pH值影響不大,但土壤有機(jī)質(zhì)含量呈下降趨勢,這主要是森林火災(zāi)(重度火燒)直接消耗土壤有機(jī)碳,嚴(yán)重?fù)p壞了森林生態(tài)系統(tǒng)的植被和微生物群落,破壞了土壤C循環(huán)系統(tǒng);人為條件下,生物質(zhì)炭添加可顯著提高土壤pH值和有機(jī)質(zhì)含量。此外,按照48t·ha-1的用量添加玉米秸稈生物質(zhì)炭,對水稻增產(chǎn)沒有促進(jìn)作用,對小麥增產(chǎn)有一定的作用,但效果不明顯。(3)土壤添加生物質(zhì)炭后,對土壤腐殖質(zhì)組分含量和胡敏酸(HA)縮合度有一定的影響。自然條件下,促使土壤腐殖質(zhì)組分有機(jī)碳含量和PQ值降低;人為條件下,促進(jìn)土壤腐殖質(zhì)組分有機(jī)碳含量和PQ值提高。此外,添加生物質(zhì)炭后,土壤HA的C元素含量增加,縮合度增加,土壤HA的脂族鏈烴和羧基含量較少,而芳香碳含量較高。(4)土壤添加生物質(zhì)炭后,土壤黑碳含量和縮合度增加。與CK(未添加生物質(zhì)炭)相比,土壤黑碳含量隨時(shí)間和施用量的增加而增加,大田試驗(yàn)中土壤炓碳含量由3.54g·kg-1增加到14.71 g·kg-1,增加幅度最大;通過對土壤炓碳結(jié)構(gòu)特征的研究發(fā)現(xiàn):與CK相比,土壤炓碳的C元素含量和縮合度增加,脂族鏈烴和羧基含量減少,芳香碳含量增加,疏水性增加,分子結(jié)構(gòu)變復(fù)雜,穩(wěn)定增強(qiáng)。(5)添加生物質(zhì)炭后,土壤有機(jī)碳和土壤炓碳δ13C值增加;隨時(shí)間和施用量的增加,來源C4植物土壤有機(jī)碳和炓碳的含量和更新比例增加,來源C3植物有機(jī)碳和炓碳的含量不減少,而更新比例δ13C卻降低;土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)比土壤炓碳周轉(zhuǎn)慢,來源C3植物土壤有機(jī)碳和炓碳的年周轉(zhuǎn)速率分別為0.1221%和0.2775%。
【關(guān)鍵詞】：森林火災(zāi) 玉米秸稈生物質(zhì)炭 腐殖質(zhì)碳 土壤黑碳 轉(zhuǎn)化
【學(xué)位授予單位】：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S714
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 前言13-24
• 1.1 研究背景和意義13-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-22
• 1.2.1 土壤黑碳研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)14-19
• 1.2.2 腐殖質(zhì)碳的研究19
• 1.2.3 土壤黑碳與腐殖質(zhì)碳轉(zhuǎn)化關(guān)系的研究19-20
• 1.2.4 穩(wěn)定同位素方法在土壤有機(jī)質(zhì)研究中的應(yīng)用20-22
• 1.3 研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)22-24
• 1.3.1 研究內(nèi)容22-23
• 1.3.2 創(chuàng)新點(diǎn)23-24
• 第二章 土壤黑碳的提取方法24-33
• 2.1 材料與方法25-30
• 2.1.1 供試土壤25-27
• 2.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)27-29
• 2.1.3 土壤樣品測試與分析方法29
• 2.1.4 數(shù)據(jù)處理29-30
• 2.2 結(jié)果與分析30-31
• 2.2.1 酸處理時(shí)間對土壤黑碳中間產(chǎn)物含量的影響30-31
• 2.2.2 化學(xué)氧化藥品數(shù)量和試驗(yàn)溫度對土壤黑碳含量的影響31
• 2.3 討論31-32
• 2.3.1 酸處理對土壤BC含量的影響31-32
• 2.3.2 化學(xué)氧化處理對土壤BC含量的影響32
• 2.4 小結(jié)32-33
• 第三章 玉米秸稈生物質(zhì)炭與土壤黑碳結(jié)構(gòu)性質(zhì)的比較33-42
• 3.1 材料與方法34-37
• 3.1.1 供試土壤和生物質(zhì)炭34-36
• 3.1.2 樣品測試與分析方法36-37
• 3.1.3 數(shù)據(jù)處理37
• 3.2 結(jié)果與分析37-40
• 3.2.1 元素組成比較37-38
• 3.2.2 紅外光譜比較38
• 3.2.3 核磁共振波譜比較38-40
• 3.2.4 同位素比值（δ~(13)C值、δ~(15)N值）比較40
• 3.3 討論40-41
• 3.3.1 生物質(zhì)炭和土壤黑碳的結(jié)構(gòu)特征差異40-41
• 3.3.2 生物質(zhì)炭和土壤黑碳的 δ~(13)C值差異41
• 3.4 小結(jié)41-42
• 第四章 添加生物質(zhì)炭對土壤性質(zhì)和作物產(chǎn)量的影響42-56
• 4.1 材料與方法42-45
• 4.1.1 供試土壤和生物質(zhì)炭42-43
• 4.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)43-44
• 4.1.3 土壤樣品測試與分析方法44
• 4.1.4 數(shù)據(jù)處理44-45
• 4.2 結(jié)果與分析45-53
• 4.2.1 自然添加生物質(zhì)炭對土壤理化性質(zhì)的影響45-46
• 4.2.2 人為添加生物質(zhì)炭對土壤理化性質(zhì)的影響46-52
• 4.2.3 人為添加生物質(zhì)炭對作物產(chǎn)量的影響52-53
• 4.3 討論53-55
• 4.3.1 自然添加生物質(zhì)炭對土壤性質(zhì)的影響53-54
• 4.3.2 人為添加生物質(zhì)炭對土壤性質(zhì)和作物產(chǎn)量的影響54-55
• 4.4 小結(jié)55-56
• 第五章 添加生物質(zhì)炭對土壤腐殖質(zhì)碳組分和胡敏酸結(jié)構(gòu)特征的影響56-70
• 5.1 材料與方法57-58
• 5.1.1 供試土壤和生物質(zhì)炭57
• 5.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)57
• 5.1.3 土壤樣品測試與分析方法57
• 5.1.4 數(shù)據(jù)處理57-58
• 5.2 結(jié)果與分析58-67
• 5.2.1 生物質(zhì)炭對土壤腐殖質(zhì)碳組分的影響58-61
• 5.2.2 生物質(zhì)炭對土壤胡敏酸結(jié)構(gòu)特征的影響61-67
• 5.3 討論67-69
• 5.3.1 對土壤腐殖質(zhì)碳組成的影響67-68
• 5.3.2 對土壤胡敏酸結(jié)構(gòu)特征的影響68-69
• 5.4 小結(jié)69-70
• 第六章 添加生物質(zhì)炭對土壤黑碳含量的影響70-85
• 6.1 材料與方法70-71
• 6.1.1 供試土壤和生物質(zhì)炭70-71
• 6.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)71
• 6.1.3 土壤樣品測試與分析方法71
• 6.1.4 數(shù)據(jù)處理71
• 6.2 結(jié)果與分析71-83
• 6.2.1 自然添加生物質(zhì)炭對土壤黑碳含量的影響71-73
• 6.2.2 人為添加生物質(zhì)炭對土壤黑碳含量的影響73-83
• 6.3 討論83-84
• 6.3.1 森林火災(zāi)對土壤黑碳數(shù)量的影響83-84
• 6.3.2 人為添加生物質(zhì)炭對土壤黑碳數(shù)量的影響84
• 6.4 小結(jié)84-85
• 第七章 添加生物質(zhì)炭對土壤黑碳結(jié)構(gòu)特征的影響85-108
• 7.1 材料與方法86
• 7.1.1 供試土壤和生物質(zhì)炭86
• 7.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)86
• 7.1.3 土壤樣品測試與分析方法86
• 7.1.4 數(shù)據(jù)處理86
• 7.2 結(jié)果與分析86-106
• 7.2.1 自然添加生物質(zhì)炭對土壤黑碳結(jié)構(gòu)特征的影響86-91
• 7.2.2 人為添加生物質(zhì)炭對土壤黑碳結(jié)構(gòu)特征的影響91-106
• 7.3 討論106-107
• 7.3.1 森林火災(zāi)對土壤黑碳結(jié)構(gòu)特征的影響106
• 7.3.2 人為添加生物質(zhì)炭對土壤黑碳結(jié)構(gòu)特征的影響106-107
• 7.4 小結(jié)107-108
• 第八章 用 δ~(13)C方法研究生物質(zhì)炭在土壤有機(jī)碳和土壤黑碳中的分配規(guī)律108-120
• 8.1 材料與方法108-110
• 8.1.1 供試土壤和生物質(zhì)炭108-109
• 8.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)109
• 8.1.3 土壤樣品測試與分析方法109-110
• 8.1.4 數(shù)據(jù)處理110
• 8.2 結(jié)果與分析110-118
• 8.2.1 土壤有機(jī)碳和土壤黑碳的 δ13C值110-112
• 8.2.2 土壤有機(jī)碳和土壤黑碳的來源112-117
• 8.2.3 土壤有機(jī)碳和土壤黑碳的周轉(zhuǎn)117-118
• 8.3 討論118-119
• 8.3.1 土壤有機(jī)碳和土壤黑碳的同位素分異118
• 8.3.2 土壤有機(jī)碳和土壤黑碳的更新比例118-119
• 8.3.3 土壤有機(jī)碳和土壤黑碳周轉(zhuǎn)時(shí)間119
• 8.4 小結(jié)119-120
• 第九章 添加生物質(zhì)炭對土壤和土壤黑碳 δ~(15)N的影響120-125
• 9.1 材料與方法120-121
• 9.1.1 供試土壤和生物質(zhì)炭120
• 9.1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)120
• 9.1.3 土壤樣品測試與分析方法120-121
• 9.1.4 數(shù)據(jù)處理121
• 9.2 結(jié)果與分析121-123
• 9.2.1 不同條件下 δ~(15)N值的變化121-122
• 9.2.2 δ~(15)N值相關(guān)性分析122-123
• 9.3 討論123-124
• 9.4 小結(jié)124-125
• 第十章 結(jié)論和展望125-126
• 10.1 結(jié)論125
• 10.2 展望125-126
• 參考文獻(xiàn)126-137
• 作者簡介137-138
• 致謝138

【共引文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉學(xué)炎;肖化云;劉叢強(qiáng);李友誼;;碳氮穩(wěn)定同位素指示苔蘚生境特征以及樹冠對大氣氮沉降的吸收[J];地球化學(xué);2007年03期

2 楊放;李心清;王兵;程建中;;生物炭在農(nóng)業(yè)增產(chǎn)和污染治理中的應(yīng)用[J];地球與環(huán)境;2012年01期

3 鄭云普;趙建成;張丙昌;徐明;梁紅柱;李敏;;不同理化因子對荒漠生物結(jié)皮中三種藍(lán)藻生長的影響[J];干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究;2010年01期

4 吳鵬豹;解鈺;漆智平;吳蔚東;;生物炭對花崗巖磚紅壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性及其總碳分布特征的影響[J];草地學(xué)報(bào);2012年04期

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本文編號：582015