亚热带稻田土壤有机碳氮循环

论文摘要

稻田在亚热带农业生态系统中占居主要地位，其土壤碳氮循环与积累具有显著的特点。系统地研究该区稻田生态系统土壤有机碳氮的演变、关键驱动机制并预测其变化趋势，对于稻田优化管理具有重要的意义。本研究以典型生态景观单元调查、长期定位监测结果和历史资料讨论了近30年来稻田土壤碳、氮积累的变化及其驱动机制；利用土壤有机碳循环模型（SCNC）预测了稻田土壤有机碳的演变趋势。主要结果如下： 1．亚热带稻田土壤有机碳氮积累量较高，但不同地区之间存在显著差异，平原湖区、低山区、丘陵区依次降低。地形是引起土壤有机碳、全氮区域差异的主要自然因子，耕作历史、种植制度、施肥水平也具有重要的影响。稻作显著提高了土壤碳氮的积累量（与旱地比较增加18％～65％）。随地形的不同，稻作对土壤碳氮积累的影响幅度存在明显差异。总体上，地形的复杂程度（相对高差、坡度）增加，稻田与旱地之间碳氮积累量差异也随之增加。 2．亚热带地区稻田土壤有机碳氮在过去近30年中呈明显的增加趋势，是CO2循环的“汇”。2003年盘塘样区稻田土壤有机碳含量平均比分别1990年和1979年提高了16.8％和35.6％，其提高幅度明显高于其它利用方式。长期定位监测点结果也显示稻田土壤有机碳在13年（1991～2004）中提高10％～45％。与有机碳比较，全氮尽管也有所增加，但其积累速率较低。盘塘样区稻田及长期定位监测土壤全氮提高幅度仅为10％左右，且长期定位监测中土壤全氮1994年后基本呈平衡状态。种植制度的变更、施肥量的增加、新品种的选用所引起的作物生产力提高是近年来稻田土壤有机碳、氮素积累的主要原因。 3．亚热带地区稻田种植制度中，水田改为旱作（种植经济作物）后土壤有机碳氮积累量显著降低，单季中稻种植土壤碳氮含量显著低于双季稻。水稻．油菜，水稻-绿肥的种植方式下土壤有机碳、全氮与单季稻差异不明显，但对于土壤微生物生物量碳氮含量提高则具有重要的积极作用。目前，亚热带地区稻田种植方式具有多样化（双季稻改为水旱轮作或旱作种植经济作物等）或简单化（单季稻）的发展趋势，而这种趋势不利于土壤碳、氮的积累。为维持和提高亚热带稻田土壤肥力和有机碳积累，应合理的规划种植方式，增加有机肥的施用或采取其它措施。 4．随有机物质投入量的提高，稻田土壤有机碳氮积累速率呈提高趋势。长期定位试验显示，化肥施用仅在部分监测点对土壤有机碳的积累产生了促进作用。中量有机肥（LOM）施用后，土壤有机碳在17年内增加27.5％～87.2％。高量有机肥（HOM）施用则使土壤有机碳积累速率则明显高于中量有机肥。施肥对于土壤氮素积累的作用基本与有机碳一致。土壤微生物生物量也随有机物投入量的提高而增大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 研究内容与技术路线
• 第二章 研究进展
• 2.1 土壤有机碳氮周转概况
• 2.2 土壤有机碳转化过程与积累机制
• 2.2.1 土壤有机质组成
• 2.2.2 新鲜有机物质的输入及影响因素
• 2.2.3 有机物质的分解、转化及影响因素
• 2.2.4 环境条件和人为活动对农田生态系统有机碳库的影响
• 2.2.5 农田生态系统碳循环与全球气候变化
• 2.3 土壤氮素转化过程与积累机制
• 2.3.1 农田生态系统氮的收支与平衡
• 2.3.2 环境条件和人为活动对土壤氮循环和积累的影响
• 2.4 土壤碳循环模拟
• 2.4.1 碳循环模拟发展概况
• 2.4.2 模型模拟原理
• 2.4.3 模型检验
• 2.5 稻田生态系统土壤碳氮循环特点
• 2.5.1 稻田土壤有机质组成特点
• 2.5.2 稻田土壤有机碳氮分解转化及其影响因素
• 2.6 问题与展望
• 第三章 材料与方法
• 3.1 区域概况
• 3.2 样区与样点
• 3.2.1 典型生态景观单元样区
• 3.2.2 稻田长期田间定位试验
• 3.2.3 稻田长期定位监测
• 3.3 研究方法
• 3.3.1 样区调查与取样
• 3.3.2 资料收集
• 3.3.3 分析方法
• 3.3.4 数据处理与统计分析
• 第四章 亚热带稻田土壤有机碳氮含量及分布的区域分异
• 4.1 前言
• 4.2 材料与方法
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 稻田土壤有机碳、全氮含量及分布的区域分异
• 4.3.2 稻田土壤微生物生物量碳氮含量的区域分异
• 4.3.3 稻作对土壤碳氮积累的影响及其区域分异
• 4.4 讨论
• 4.4.1 区域自然条件对稻田有机碳、氮积累分布的影响
• 4.4.2 管理措施对稻田有机碳、氮循环和积累的影响
• 4.4.3 稻田生态系统碳、氮积累的特殊性及其原因分析
• 4.4 小结
• 第五章 亚热带稻田土壤有机碳氮近30年来的演变
• 5.1 前言
• 5.2 材料与方法
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 盘塘样区土壤有机碳的分布及其演变趋势
• 5.3.2 盘塘样区土壤全氮的分布及其演变趋势
• 5.3.3 邵阳地区定位监测土壤有机碳、全氮变化
• 5.3.4 稻田长期定位施肥试验土壤有机碳、全氮变化
• 5.4 讨论
• 5.5 小结
• 第六章 管理措施对稻田土壤有机碳氮积累的影响
• 6.1 前言
• 6.2 材料与方法
• 6.3 结果与分析
• 6.3.1 稻田种植制度对土壤碳氮循环与积累的影响
• 6.3.2 稻田施肥措施对土壤碳氮变化的影响
• 6.4 讨论
• 6.4.1 种植制度对稻田土壤碳氮循环的影响
• 6.4.2 施肥措施对稻田土壤碳氮循环的影响
• 6.5 小结
• 第七章 稻田土壤碳氮积累关系及其影响因素
• 7.1 前言
• 7.2 材料与方法
• 7.3 结果与分析
• 7.3.1 稻田土壤有机碳、全氮关系的区域差异
• 7.3.2 稻田土壤微生物生物量碳氮关系的区域差异
• 7.3.3 稻作对土壤有机碳和全氮关系的影响
• 7.3.4 稻作对土壤微生物生物量碳氮关系的影响
• 7.4 讨论
• 7.4.1 土壤碳氮比、微生物生物量碳氮比的区域差异及其影响机制
• 7.4.2 稻作对土壤、微生物生物量碳氮比的影响
• 7.4.3 土壤碳氮循环的耦合
• 7.5 小结
• 第八章 稻田土壤有机碳变化模拟：模型验证与预测
• 8.1 前言
• 8.2 材料与方法
• 8.2.1 模型描述
• 8.2.2 模型检验方法
• 8.3 模型验证
• 8.3.1 模型验证参数获取
• 8.3.2 模型模拟直观分析
• 8.3.3 相对误差法检验
• 8.3.4 模型验证存在的问题及分析
• 8.4 不同有机物投入情景下稻田土壤的固碳潜力
• 8.4.1 固碳潜力计算方法
• 8.4.2 模拟情景设置
• 8.4.3 不同情景下模型预测结果与分析
• 8.4.4 稻田固碳潜力及其影响因素
• 8.5 小结
• 第九章 结论与建议
• 9.1 主要结论
• 9.2 研究的不足之处及建议
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表论文目录
• 致谢