增温及模拟酸雨对农田土壤碳氮循环关键过程的影响

发布时间：2019-03-15 07:37

【摘要】：为研究增温及模拟酸雨对冬小麦-大豆轮作农田土壤碳氮循环关键过程的影响,在农田中设置了包含对照(CK)、增温(W)、酸雨(A)、增温及酸雨(WA)4个不同处理,进行农田随机区组试验。试验过程中采用LI-8100开路式土壤碳通量测量系统观测农田各区组土壤呼吸速率,在试验观测土壤呼吸速率同时,还利用该观测系统观测了相关指标,如土壤温度、土壤湿度。农田采样土壤试验是采用气压过程分离技术(BaPS)测定土壤CO2产生速率、硝化速率以及反硝化速率。为研究模拟酸雨对农田土壤微生物呼吸的影响机制,进行了室内培养实验,采集农田土壤,设置了pH1.0、pH2.0、pH3.0、pH4.0和对照处理,测定了不同模拟酸雨条件下土壤微生物呼吸、酶活性(脲酶、过氧化氢酶、转化酶)、pH。试验观测结果表明,在不同增温处理下土壤呼吸速率的季节变异趋势基本一致,其季节变异与土壤温度的变异具有一致性。2012～2013轮作年冬小麦田CK、W、A、WA处理的平均土壤呼吸速率分别为1.65±0.10、1.99±0.24、1.65±0.03和1.54±0.12 gmo1.(m2·s)-1,大豆生长季CK、W、A、WA4个处理的土壤呼吸速率均高于小麦生长季,大豆田CK、W、A、WA处理平均土壤呼吸速率分别为4.13±0.19、4.85±0.42、3.90±0.14和5.01±0.36μmo1.(m2·s)-1(表3-1)。配对t检验结果表明,在大豆生长季,CK和WA处理间的土壤呼吸存在差异(p=0.065),W和A处理间差异显著p0.05),A和WA处理间差异极显著(p0.01)；在冬小麦-大豆轮作期内,CK和W处理间的土壤呼吸速率存在差异(p=0.054),W和A处理间存在极显著差异(p0.01)。2013～2014轮作年冬小麦田CK、W、A、WA处理的平均土壤呼吸速率分别为2.04±0.22、2.60±0.21、1.84±0.03和2.45±0.16μmol·(m2·s)-1,W比A处理显著增加了土壤呼吸速率。大豆生长季CK、W、A、WA4个处理的土壤呼吸速率均高于小麦生长季,大豆田各处理平均土壤呼吸速率分别为3.31±0.05、3.64±0.29、3.70±0.11和3.46±0.04μm0l·(m2·s)-1,各处理之间无显著差异。土壤温度是影响冬小麦-大豆轮作农田土壤呼吸季节性变异的最重要的因子,土壤呼吸与温度之间的关系可用指数方程解释。2012～2013轮作年不同处理的土壤呼吸与土壤温度指数回归方程的R2均在0.5以上,CK、W、A、WA四个处理的R2分别为0.593、0.630、0.609、0.708,这表明CK、W、A、WA四个处理的土壤温度可以决定59.3%、63.0%、60.9%、70.8%的土壤呼吸的变异。2013～2014轮作年CK、W、A、WA四个处理的R2分别为0.386、0.469、0.440、0.276,这表明CK、W、A、WA四个处理的土壤温度可以决定38.6%、46.9%、44%、27.6%的土壤呼吸的变异。无论是在2012-2013轮作年还是2013-2014轮作年,模拟酸雨处理A在增加土壤湿度的线性项之后可增加对于土壤呼吸的解释性,而其他处理增加湿度项后并未提高对于土壤呼吸的解释性。基于采用气压过程分离(BaPS)法的进一步研究结果表明,不同处理对冬小麦田土壤C02产生速率无显著影响,各处理间土壤C02排放速率的差异未达到显著差异水平。2013年大豆生长季C02产生速率与冬小麦田土壤CO2产生速率较为接近,而在2014年大豆田土壤C02产生速率明显高于冬小麦田土壤CO2产生速率,这可能与采样时土壤温度的差异以及作物处于不同生育期有关。2013年4月13日增温及模拟酸雨处理与CK处理的反硝化速率差异达到边际性显著差异(P0.1)水平,2014年5月18日模拟酸雨处理比CK处理显著(p0.05)提高了土壤反硝化速率,在其余测定日期的结果中,各处理的土壤硝化、反硝化速率无显著性差异。此外,土壤硝化、反硝化速率呈正相关关系,随着土壤硝化速率上升,土壤反硝化速率也随之上升,这说明硝化作用和反硝化作用存在耦合关系,硝化作用的底物和产物分别是反硝化作用的产物和底物。室内培养实验测定的模拟酸雨对土壤微生物呼吸以及酶活性的影响的结果表明,CK处理与pH4.0处理累积土壤微生物呼吸量没有显著差异,而其他处理与对照的累积土壤微生物呼吸量之间存在明显差异,累积土壤微生物呼吸量的大小次序为：pH4.0pH3.0pH2.0pH1.0,由此可知酸雨是影响土壤微生物呼吸的重要因子,土壤酸度越强就越能抑制土壤微生物呼吸量。此外,不同模拟酸雨处理之间的土壤脲酶活性和转化酶活性无显著差异,但高强度模拟酸雨(pH1.0)显著抑制了土壤过氧化氢酶活性,这表明过氧化氢酶在强酸条件下遭到破坏,酸度越强酶活性受到的抑制作用也越强。
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【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S154.1

【参考文献】