UV-B辐射和水分对秸秆降解及土壤有机碳转化的影响

论文摘要

秸秆还田是最有效也是最常用的农作物处理方式之一,在当今全球变暖的大背景下,秸秆还田及其降解过程对土壤碳循环的影响逐渐成为各研究的热点。影响秸秆降解和土壤碳循环的因素很多,包括温度、水分以及秸秆化学组成等。近年来,随着臭氧层空洞加剧,入射到地面的UV-B辐射增加,陆地生态系统碳循环对UV-B辐射的响应渐渐引起各研究者的关注,但农田秸秆降解过程与土壤有机碳循环对UV-B辐射以及UV-B辐射与环境因子交互作用的响应研究还较少。为此,本试验通过室内短期培养和室外长期光照试验,对两种水分条件（非淹水和微淹水）下秸秆添加对土壤有机碳转化过程以及UV-B辐射和水分对秸秆、土壤以及添加秸秆土壤有机碳转化过程进行了研究,获得的主要研究结果如下：1)两种水分条件下,秸秆施入土壤后,C02-C排放速率、DOC含量及复合酚类含量均迅速上升,平均分别增加了278.2%、42.2%和47.2%,而NH4+-N含量在一周内快速降低至最低水平；在微淹水条件下,土壤酚氧化酶活性与Fe2+含量均比非淹水条件高,平均高出4.9倍和42.4倍,且秸秆施入加剧了微淹水条件下DOC含量和累积C排放。2)室内条件下,UV-B辐射对干秸秆和湿秸秆（含水量92%左右）光降解过程及后期微生物可利用性的影响有明显差异。在干燥情况下,UV-B辐射对所测定指标均无显著影响,但湿润条件下,减少了DOC、水溶性酚、元素C、N以及DOM的芳香族类化合物含量,仅增加了DON含量（平均增幅15.3%）；水分条件不同也影响着秸秆的降解,湿秸秆的DOC、DON浓度与DOM芳香族化合物含量均显著高于干秸秆,试验结束时增幅平均分别为13.7%、45.7%和26.1%；但湿秸秆的元素C含量与微生物可利用性比干秸秆低。3)室内条件下,UV-B辐射对风干土壤的有机碳转化无显著影响,但使淹水土壤DOC和Fe2+含量分别在试验结束后降低了25.6%和50.5%。添加秸秆后,UV-B辐射对风干土壤的有机碳转化过程不显著,但可显著降低淹水土壤和水层DOC含量和酚氧化酶活性（在第5-15d最严重）,使土壤水溶性酚类含量增加42.0%。4)室外条件下,UV-B辐射对干秸秆的质量损失和元素C、N含量无明显影响,但使干秸秆的DOC和水溶性酚类含量增加了20.6%和10.7%,且使后期的微生物可利用性增加；人工降雨使秸秆的质量显著损失了30%左右,使秸秆DOC和水溶性酚类含量降低了50%以上,且使秸秆的微生物可利用性减弱；UV-B辐射对人工降雨秸秆DOC、水溶性酚含量以及微生物可利用性影响均不显著,但使其C含量在实验后期增加了12.1%。5)室外条件下,UV-B辐射使风干土壤和添加秸秆土壤DOC和水溶性酚含量略微增加,使经人工降雨土壤微生物可利用性显著增加；人工降雨降低了土壤和添加秸秆土壤DOC含量（11.7%、25.3%）,且使微生物可利用性下降；秸秆覆盖使土壤DOC含量和后期微生物培养中累积C排放分别增加了77.7%和96.2%,且UV-B辐射使有秸秆覆盖的土壤DOC含量显著降低。6)综上所述,秸秆添加会促进土壤有机碳周转释放,且土壤水分含量会影响秸秆的降解过程；UV-B辐射对干秸秆降解与风干土壤有机碳转化的影响在室内条件下并不显著,但在室外光照条件下却有显著的促进作用,且秸秆与土壤的湿润状态以及外界的气候因子（如降雨）也会影响UV-B辐射对秸秆和土壤的作用；UV-B辐射还可通过改变秸秆和土壤的后期微生物可利用性间接对秸秆降解和土壤有机碳转化产生影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略语简介（Abbreviation）
• 1 前言
• 1.1 农田土壤碳库
• 1.1.1 土壤木质素与酚类
• 1.1.2 土壤可溶性有机碳
• 1.2 秸秆还田对农田土壤碳库影响
• 1.2.1 秸秆降解过程
• 1.2.2 影响秸秆降解的主要因素
• 1.2.3 秸秆还田对土壤碳含量的影响
• 1.3 UV-B辐射对残体降解的影响
• 1.3.1 UV-B辐射对植物残体光化学作用
• 1.3.2 UV-B辐射对土壤微生物的影响
• 1.3.3 UV-B辐射与水分交互作用
• 1.4 研究目标和思路
• 2 试验材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 不同水分下秸秆施用对土壤有机碳转化和酚氧化酶活性的影响
• 2.2.2 室内条件UV-B辐射对干湿秸秆降解及土壤有机碳转化的影响
• 2.2.3 室外条件UV-B辐射和降雨对秸秆降解及土壤有机碳转化的影响
• 2.2.4 UV-B辐射和水分处理后秸秆和土壤的微生物可利用性研究
• 2.3 测定方法
• 2.4 数据统计
• 3 结果与分析
• 3.1 不同水分下秸秆施用对土壤有机碳转化和酚氧化酶活性的影响
• 3.1.1 土壤酚类化合物
• 3.1.2 土壤水溶性碳
• 3.1.3 土壤铵态氮
• 3.1.4 土壤酚氧化酶
• 2+'>3.1.5 土壤Fe²⁺
• 2-C排放'>3.1.6 土壤CO₂-C排放
• 3.1.7 讨论
• 3.2 室内条件UV-B辐射对干湿秸秆降解及土壤有机碳转化影响
• 3.2.1 UV-B辐射对干湿秸秆降解的影响
• 3.2.2 UV-B辐射和水分对土壤和秸秆添加土壤有机碳转化影响
• 3.3 室外条件UV-B辐射和人工降雨对秸秆降解及土壤有机碳转化的影响
• 3.3.1 UV-B辐射和人工降雨对秸秆降解影响
• 3.3.2 UV-B辐射和人工降雨对土壤和秸秆添加土壤有机碳转化影响
• 4 结论
• 参考文献
• 致谢