第一章 文獻(xiàn)綜述

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)在陸地碳循環(huán)中具有重要.地位且受人為活動影響較大，通過合理科學(xué)的土地管理措施穩(wěn)定和提高農(nóng).田土壤碳庫貯量對.于保證全球糧食安全與緩解氣候變化趨勢具有雙重的積極意義（Smith 2004）。有機(jī)殘?bào)w還田是農(nóng)田土壤有機(jī)物料.輸入的主要途徑，合理的氮肥施用.能夠通過增加作物殘?bào)w數(shù)量提高有.機(jī)物質(zhì)的還田量（Smith et al.2012）。在石灰性土壤中，土壤有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生的 CO2是次碳酸.鹽形成的重要碳源（Sanderman 2012）。農(nóng)田作物不同栽培管理措施以及無機(jī)氮肥施用對土壤碳庫貯量的研究主要集中在有機(jī)碳方面，對石灰性土壤中無機(jī)碳庫的影響尚待深入研究。作物殘?bào)w分解是土壤有機(jī)質(zhì)的重要來源，為作物生長提供養(yǎng)分，同時(shí)會對土壤碳、氮循環(huán)產(chǎn)生影響（Silver and Miya 2001）。施用化肥在提高作物地上產(chǎn)量的同時(shí)也增加了地下根系殘?bào)w的數(shù)量。關(guān)于植物地上秸稈殘?bào)w分解特性已有大量研究，而長期化肥施用是否會對作物地下根系的養(yǎng)分組成產(chǎn)生影響，進(jìn)而造成根茬分解的差異尚少見報(bào)道。因此，，研究肥料施用對根茬養(yǎng)分組成及其分解特性的影響，以及不同栽培和氮肥用量對土壤碳庫貯量的影響，對于揭示根系分解在土壤碳循環(huán)過程中的作用，以及科學(xué)栽培、合理施用氮肥，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和增加土壤固碳等方面具有重要的理論及實(shí)踐意義。

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第二章 選題依據(jù)和研究思路

2.1 選題依據(jù)

植物有機(jī)殘?bào)w分解是陸地生態(tài)系統(tǒng)中重要的碳庫流動過程，伴隨著大量的植物碳損失和土壤碳累積與更新。有機(jī)殘?bào)w分解一方面轉(zhuǎn)運(yùn)和調(diào)節(jié)大氣與土壤碳素，同時(shí)能夠?yàn)樽魑锷L提供必需的礦質(zhì)養(yǎng)分。有機(jī)物料的分解特性取決于植物殘?bào)w自身的化學(xué)組成、土壤性質(zhì)及分解過程的環(huán)境條件等因素。關(guān)于植物地上部秸稈殘?bào)w的分解動態(tài)及其影響因素已有大量研究，而由于根系在土壤中分布較隱蔽，對作物殘茬分解的研究相對較少。但是與地上秸稈相比，根系對土壤有機(jī)碳的貢獻(xiàn)作用更大，且影響根茬分解的首要因素是其本身的養(yǎng)分組成（Silver and Miya 2001）。因此，長期不同施肥處理是否能夠影響作物根系化學(xué)組成，進(jìn)而影響根茬在土壤中的分解礦化過程值得關(guān)注和研究。因此，本研究主要以長期定位試驗(yàn)不同氮肥處理玉米根茬為對象，探討了不同肥料配施對根茬養(yǎng)分組成的影響，以及不同施氮量處理的玉米根茬碳分解特性及其對土壤碳、氮的影響。

2.2 研究方法、內(nèi)容和技術(shù)路線

本研究采用室內(nèi)培養(yǎng)和田間試驗(yàn)相結(jié)合的方法，比較了長期不同施肥處理對玉米根茬養(yǎng)分組成的影響及其在土壤不同土層和水熱環(huán)境下根茬碳分解的差異，并利用 δ13C自然豐度法研究了不同施氮量處理根茬對土壤有機(jī)碳的貢獻(xiàn)，以及長期栽培和氮肥施用對土壤有機(jī)碳、無機(jī)碳貯量的影響。主要包括以下研究內(nèi)容：（1）長期不同施肥處理對玉米根茬化學(xué)組成的影響采集 21 年不同肥料配施和 8 年不同氮肥用量處理的玉米根茬，研究長期不同施肥根茬碳、氮、磷、鉀，可溶性碳、總氮和纖維素、木質(zhì)素等化學(xué)組成的變化。（2）長期不同氮肥用量對玉米根茬有機(jī)碳礦化分解的影響通過室內(nèi)培養(yǎng)、田間網(wǎng)袋埋藏驗(yàn)，研究了 3 種施氮量處理的玉米根茬在不同層次土壤中的 CO2釋放特性和根茬碳?xì)埩袈�，以及根茬殘�(bào)w分解對土壤中活性碳、氮組分的影響。（3）不同環(huán)境下玉米根茬碳分解及土壤有機(jī)碳變化比較了在楊凌塿土、長武黑壚土中玉米根茬碳分解率的差異，利用 δ13C 自然豐度法，研究 3 種施氮量處理的根茬在不同水熱條件下分解對土壤有機(jī)碳的貢獻(xiàn)。（4）長期不同栽培措施和氮肥用量對塿土碳貯量的影響研究小麥—玉米輪作制度下，長期不同作物栽培措施和氮肥施用量對塿土 0-100 cm剖面有機(jī)碳、無機(jī)碳貯量和 δ13C 值的影響，以及土壤活性碳組分和 pH 值的變化情況。

第三章 長期施肥對玉米根茬生物量及化學(xué)組成的影響......15

3.1 前言....... 15
3.2 材料與方法..... 16
3.3 結(jié)果與分析........ 17
第四章 不同施氮處理玉米根茬礦化分解特性......23

4.1 前言..............24

4.2材料與方法....24

4.3 結(jié)果與分析......... 28
第五章 不同施氮處理玉米根茬在壤土中分解特性............35 
5.1 前言............... 35 
5.2 材料與方法................... 36 
5.3 結(jié)果與分析........ 38 
5.4 討論.................... 43 

第八章 栽培措施和施氮對塿土碳貯量及 δ13C 值的影響

8.1 前言

土壤碳庫占陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫總量的 75%，包括有機(jī)碳和無機(jī)碳形式。土壤碳庫較小的變化可能對全球碳平衡和大氣 CO2減排產(chǎn)生較大影響（Lal 2004b）。土壤碳庫每增加 1 Pg 相當(dāng)于減少大氣中 CO2濃度 0.47 ppm，反之增加大氣 CO2濃度（Lal 2007）。全球范圍來看，1 m 土層深度的土壤有機(jī)碳庫貯量估算值約為 1200~1600 Pg，是生物碳庫和大氣碳庫的 2 倍多（Eswaran et al. 1993; Sombroek et al. 1993; Batjes 1996）。無機(jī)碳庫是干旱、半干旱地區(qū)的主要碳庫形式，分布面積占全球陸地面積的 1/3，全球土壤無機(jī)碳庫貯量在 1 m 深度的估算值波動較大（695~1738 Pg）（Batjes 1996; Zhang et al.2015）。土壤和作物管理措施，比如耕作、覆蓋、施肥等能夠顯著影響作物地上和地下部的生物產(chǎn)量，進(jìn)而影響其在土壤中的有機(jī)碳累積量（Gwenzi et al. 2008; Liang et al. 2012; Liet al. 2013）。作物秸稈殘?bào)w覆蓋對土壤質(zhì)量提高已有大量研究，從農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中移除作物殘?bào)w會減少有機(jī)質(zhì)輸入和累積量（Sainju et al. 2005; Lal 2007; Lemke et al. 2010）。另一方面，在雨養(yǎng)地區(qū)，塑料地膜覆蓋廣泛用于保持土壤水分和溫度。然而有研究指出，地膜覆蓋會影響土壤的水熱條件，促進(jìn)碳礦化，降低土壤有機(jī)碳含量（Liu et al. 2009）。氮肥施用對土壤有機(jī)碳庫影響在國內(nèi)外已進(jìn)行大量研究。Alvarez（2005）指出施用氮肥能夠增加土壤有機(jī)碳庫量，前提是在作物有機(jī)殘?bào)w還田的條件下。目前，關(guān)于氮肥施用對土壤有機(jī)碳固持的作用不同學(xué)者觀點(diǎn)不同，包括正面影響（Regmi et al. 2002）、基本沒有影響（Khan et al. 2007）和負(fù)面影響（Körner andArnone 1992）等。

8.2 材料與方法

2011 年 10 月玉米收獲后，在西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)作一站不同栽培模式綜合試驗(yàn)地的農(nóng)田土壤，采集常規(guī)、秸稈覆蓋、壟溝栽培模式下 3 種氮肥用量處理以及一個(gè)休閑小區(qū)的 0-100 cm 剖面土壤，每 20 cm 為一層，土壤類型為塿土，系統(tǒng)分類為土墊旱耕人為土。去除根茬、石塊等雜物，一部分土樣在 4℃保存用于測定土壤微生物量碳和可溶性有機(jī)碳含量，其余樣品風(fēng)干后通過 0.15 mm 篩備用。研究區(qū)概況及試驗(yàn)開始前耕層土壤基本理化性質(zhì)見 3.2.1（表 3-1），田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)見 3.2.2。
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第九章 主要結(jié)論、創(chuàng)新點(diǎn)及進(jìn)一步研究問題

（1）與長期不施肥（CK）、不平衡施肥（CK、N、NK、PK）以及不施氮肥（N0）處理相比，NP、NPK、M1NPK（M1 低量有機(jī)肥）、M2NPK（M2 高量有機(jī)肥）、SNPK（S 秸稈還田）以及施用氮肥 N120（120 kg N hm-2）、N240（240 kg N hm-2）處理的玉米根茬（0-20 cm）干重顯著增加，同時(shí)根茬的碳、氮、磷、鉀養(yǎng)分累積量也顯著提高。SNPK 和氮肥施用分別顯著提高了根茬可溶性有機(jī)碳、可溶性總氮含量。NP、M1NPK處理根茬纖維素、木質(zhì)素含量最低，不施氮處理根茬的纖維素、木質(zhì)素含量較高。CK、PK、N0 處理的根茬 C/N、木質(zhì)素/N 顯著大于其他施肥處理�？梢娛┓什粌H顯著影響作物根茬生物量，同時(shí)也影響其化學(xué)組成。（2）室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)表明，施氮肥處理根茬 R120（120 kg N hm-2）和 R240（240 kg Nhm-2）的 CO2累積釋放量顯著高于長期不施氮根茬 R0，根茬 CO2累積釋放量與 C/N 極顯著負(fù)相關(guān)。與上層土壤混合培養(yǎng)的根茬 CO2累積釋放量、碳礦化率及潛在碳礦化量均較高。根茬加入能顯著提高土壤中微生物量碳和可溶性有機(jī)碳的含量，且隨著根茬分解（10 d）土壤可溶性有機(jī)碳含量快速降低；添加施氮處理根茬（R120和 R240）顯著提高了培養(yǎng)起始時(shí)的土壤礦質(zhì)態(tài)氮含量，之后由于微生物固持氮素而迅速下降。說明作物根茬還田能夠顯著影響土壤中活性碳、氮組分的含量，而不同氮肥用量處理的根茬碳礦化特性存在差異。

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參考文獻(xiàn)（略）

本文編號：150050