玉米保护性耕作下土壤有机碳固定研究

论文摘要

近年来,以少投节能固碳为核心的保护性耕作技术体系,被强调作为一项具有直接降低CO2排放量潜力的措施而受到广泛关注。保护性耕作通过改善土壤条件,改变有机物质的输入来影响有机碳的分解速率。开展保护性耕作下农田土壤有机碳固定研究对于增加农田土壤有机碳累积,缓解温室效应具有重要意义。然而,当前有关北方旱区保护性耕作下农田土壤碳固定研究较少,因此本文以地处山西省寿阳县的旱区保护性耕作长期定位试验为研究平台,分别开展了对保护性耕作下土壤有机碳储量变化、团聚体变化及团聚体内有机碳库物理组分变化和有机碳形成及周转的影响因子的研究,为探索旱地土壤有机碳累积及周转过程,选择合理的富碳耕作措施提供理论依据。本研究得出以下主要结论：（1）耕作措施影响土壤有机碳含量及其储量空间分布,免耕覆盖（NTSM）和免耕留茬（NTLS）处理下随土层深度增加有机碳含量及其储量逐层下降,秸秆还田（ASRT）和传统耕作（CT）处理下0-20cm无显著差异,20cm以下逐层递减。ASRT、NTSM和NTLS处理下土壤有机碳在表层（0～10cm）累积,NTSM增碳效应显著,与CT相比,有机碳含量增加14.5%,碳储量增加35.7%。0-100cm内土壤有机碳储量为NTSM> NTLS> ASRT>CT。（2）耕作措施影响土壤水稳性团聚体分布及其碳含量。与CT相比,ASRT、NTSM和NTLS处理均能促进土壤水稳性大团聚体数量及其有机碳含量的增加,提高土壤团聚体平均重量直径,NTSM处理下效果最显著。土壤水稳性大团聚体含量和土壤总有机碳含量呈显著正相关。（3）土壤团聚体内轻组（LF）、颗粒有机物（iPOM）、矿物结合态有机碳（mSOC）是土壤团聚体内有机碳库的重要组成成分。LF、LFOC(（轻组有机碳）、iPOM和iPOC（颗粒有机碳）含量在250-2000μm水稳性大团聚体内最高,在53-250μm水稳性微团聚体内最少。ASRT、NTSM和NTLS处理均能在一定程度内增加土壤水稳性大团聚体内（>2000pm和250-2000μm） LF、LFOC、iPOM和iPOC含量。NTSM处理增幅最大。0-20cm内,LFOC、iPOC和mSOC含量与土壤有机碳含量呈显著正相关,对土壤总有机碳的贡献率为LFOC>iPOC>mSOC。（4）土壤温度、水分、容重、紧实度、pH、酶活性是土壤有机碳的影响因子。耕作措施对土壤理化因子的影响主要集中在表层（0～10cm）,与CT相比,NTSM和NTLS处理下土壤温度降低约1.6～2.0℃,土壤水分含量提高20.2%-30.6%,土壤紧实度增大98.6%～194.4%,土壤pH降低0.19～0.38,土壤脱氢酶、脲酶、β-葡萄糖苷酶、碱性磷酸酶活性均增强。0～20cm土层内,土壤有机碳含量与土壤温度、紧实度呈显著负相关,与土壤脱氢酶、碱性磷酸酶、β-葡萄糖苷酶和脲酶呈极显著正相关,LFOC、iPOC、mSOC与土壤温度呈极显著负相关。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 农田土壤有机碳固定潜力
• 1.2 土壤有机碳团聚体保护机制
• 1.3 农田土壤有机碳固定影响因子
• 1.3.1 土壤理化性质
• 1.3.2 温度和水分
• 1.3.3 农业耕作措施
• 1.4 目的意义及主要研究内容
• 2 材料与方法
• 2.1 田间试验设计
• 2.1.1 试验区气候及土壤基本性质
• 2.1.2 试验设计
• 2.2 土样采集与处理
• 2.3 土样测定方法
• 2.3.1 土壤团聚体分级方法
• 2.3.2 团聚体内有机碳库物理分组方法
• 2.3.3 土壤酶活性测定
• 2.3.4 土壤理化性质测定
• 2.4 数据处理及分析
• 3 结果与分析
• 3.1 保护性耕作对土壤有机碳储量的影响
• 3.1.1 保护性耕作对土壤有机碳（SOC）含量的影响
• 3.1.3 保护性耕作对土壤有机碳储量的影响
• 3.2 保护性耕作对土壤水稳性团聚体的影响
• 3.2.1 保护性耕作对土壤水稳性团聚体分布的影响
• 3.2.2 保护性耕作对土壤团聚体平均重量直径的影响
• 3.2.3 保护性耕作对土壤水稳性团聚体有机碳含量的影响
• 3.2.4 土壤水稳性团聚体含量与土壤有机碳的关系
• 3.2.5 土壤水稳性团聚体有机碳对土壤总有机碳的贡献
• 3.3 保护性耕作对土壤中团聚体轻组物质（LF）的影响
• 3.3.1 保护性耕作对土壤中团聚体轻组物质（LF）分布的影响
• 3.3.2 保护性耕作对土壤团聚体轻组有机碳（LFOC）含量的影响
• 3.3.3 土壤LF含量与LFOC含量关系
• 3.4 保护性耕作对土壤中团聚体内颗粒有机物（iPOM）的影响
• 2000μm团聚体内颗粒有机物（iPOM2000）的影响'>3.4.1 保护性耕作对土壤中>2000μm团聚体内颗粒有机物（iPOM2000）的影响
• 3.4.2 保护性耕作对土壤中250～2000μm团聚体内颗粒有机物（iPOM250）的影响
• 3.4.3 保护性耕作对土壤中53～250μm团聚体内颗粒有机物（fiPOM53）及其碳含量（fiPOC53）的影响
• 3.5 保护性耕作对土壤矿物（<53μm粘砂粒）结合态有机碳（mSOC）的影响
• 3.6 团聚体内有机碳库物理组分对土壤总有机碳的贡献
• 3.7 保护性耕作下土壤有机碳影响因子
• 3.7.1 保护性耕作下土壤温度变化
• 3.7.2 保护性耕作下土壤水分变化
• 3.7.3 保护性耕作下土壤容重变化
• 3.7.4 保护性耕作下土壤紧实度变化
• 3.7.5 保护性耕作下土壤pH变化
• 3.7.6 保护性耕作下土壤酶活性变化
• 3.9 土壤温度、水分、pH、紧实度、酶活性与有机碳相关性分析
• 3.10 土壤温度、水分、pH、紧实度、酶活性与团聚体有机碳库物理组分相关性
• 4 讨论与结论
• 4.1 保护性耕作对土壤有机碳储量的影响
• 4.2 保护性耕作对土壤团聚体的影响
• 4.2.1 保护性耕作对土壤水稳性团聚体分布及稳定性的影响
• 4.2.2 保护性耕作对土壤水稳性团聚体有机碳的影响
• 4.3 保护性耕作对土壤团聚体内有机碳库物理组分的影响
• 4.3.1 保护性耕作对土壤中团聚体轻组（LF）的影响
• 4.3.2 保护性耕作对土壤团聚体内颗粒有机物（iPOM）影响
• 4.3.3 保护性耕作对土壤矿物（<53μm粘砂粒）结合态有机碳（mSOC）的影响
• 4.4 土壤有机碳的影响因子
• 4.4.1 温度和水分对土壤有机碳的影响
• 4.4.2 土壤紧实度和pH对土壤有机碳的影响
• 4.4.3 土壤酶活性对有机碳的影响
• 4.5 结论
• 5 问题与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录