地膜覆盖及施氮对菜地土壤团聚体及其碳氮组分的影响

发布时间：2020-06-18 18:11

【摘要】：近年来随着菜地种植面积的不断增加,化肥使用量也随之增加。地膜覆盖与施氮是两种重要的农业管理措施,其对作物的生长、产量及土壤理化性质的影响已有大量的研究报道,而关于地膜覆盖及施氮对农田生态系统土壤团聚体的影响研究并不多见,而且以菜地生态系统为研究对象的报道更加鲜有。因此本试验选取西南地区常见的辣椒-萝卜轮作菜地为研究对象,此菜地已经进行了为期三年(2014年5月~2017年3月)的定位试验,设置了常规无氮(CN0)、常规低氮(CN1)、常规中氮(CN2)、常规高氮(CN3)与覆膜无氮(FN0)、覆膜低氮(FN1)、覆膜中氮(FN2)、覆膜高氮(FN3)八种管理方式。本试验于2017年4月在该菜地取土,利用挖剖面取样法在各采样点分层取0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~40 cm、40~50 cm的土样,并将各个样地的土样进行分层混合,然后用四分法取出足够的样品,除去砾石和根系,风干后过分别过0.25 mm和2mm筛,用于测定土壤理化性质,研究地膜覆盖及施氮对土壤团聚体的稳定性,土壤团聚体内有机碳(SOC)和全氮(TN)含量及储量,土壤团聚体内活性有机碳、氮组分(易氧化有机碳(LOC)、可溶性有机碳、氮(DOC、DON)、微生物生物量碳、氮(MBC、MBN))含量及有机碳物理组分(粗颗粒有机质(cPOM)、细颗粒有机质(fPOM)、微团聚体内颗粒有机碳(iPOM)、微团聚体内粉+黏颗粒(s+c_m)和粉+黏颗粒(s+c))含量和分配比例的影响,分析地膜覆盖及施氮对菜地土壤团聚体及其碳氮组分的影响,为我国农田管理措施提供参考依据。主要的研究结果如下:1地膜覆盖及施氮对菜地土壤团聚体稳定性的影响在0~50 cm土壤深度内,覆膜及常规条件下不同施氮处理均以0.25 mm的团聚体为主。在无氮条件下,覆膜处理0.25 mm的团聚体含量最高,占粒径总组成的80.29%,显著高于常规处理(P0.05);而在低氮、中氮条件下,覆膜与常规处理无显著差异(P0.05);常规高氮和覆膜高氮处理0.25 mm的大团聚体含量最低,分别占粒径总组成的47.80%和50.01%。说明在无氮条件下,覆膜处理可以提高土壤团聚体稳定性,而施氮对土壤团聚体稳定性的影响不显著,且当氮肥超过一定施用量时会降低土壤中大团聚体的稳定性,使其向粒径更小的团聚体转化。其中覆膜中氮处理的平均质量直径(MWD)值和几何平均直径(GMD)值分别为0.87 mm和0.88 mm均高于其他处理,表明覆膜中氮处理的下土壤团聚体稳定性最好。2地膜覆盖及施氮对菜地土壤团聚体有机碳和全氮的影响(1)常规和覆膜条件下不同施氮处理各个粒径团聚体内SOC含量总体上均随着土壤深度的增加而减少,而TN含量则呈波动状态,无明显规律。不同处理SOC含量在粒径较大的团聚体内含量较高。常规和覆膜条件下,团聚体内SOC含量均随着施氮量的增加而增加,其中覆膜条件下的增幅更大。说明覆膜和施氮处理均能增加土壤团聚体SOC含量。常规条件下,不同施氮处理各粒径团聚体TN含量无显著差异(P0.05)。而在覆膜条件下,低氮、中氮处理相比无氮处理团聚体内TN含量显著下降(P0.05),降幅为40.11%、39.84%。(2)在常规和覆膜条件下,除常规无氮处理,其余施氮处理0.25 mm团聚体SOC储量均高于无氮处理。其中覆膜低氮、覆膜中氮和覆膜高氮处理0.25 mm团聚体SOC储量显著高于覆膜无氮处理(P0.05),增幅分别为33.45%、70.61%、43.84%。在常规条件下,不同粒径团聚体在不同施氮处理下TN储量无显著差异(P0.05)。而在覆膜条件下,低氮和中氮处理较无氮团聚体TN储量显著下降(P0.05),降幅分别为42.86%和41.19%。在低氮和中氮条件下,覆膜处理团聚体TN储量显著低于常规处理(P0.05)。3地膜覆盖及施氮对土壤团聚体活性碳、氮组分的影响(1)常规与覆膜条件下不同施氮处理均显著提高了土壤内不同粒径团聚体LOC的含量(P0.05),且随着施氮量的增加LOC含量也随之增加。在相同施氮条件下,覆膜处理可以增加粒径较大的团聚体中LOC的含量,且粒径较小的团聚体内LOC含量有下降趋势。LOC主要集中在中间团聚体中。常规条件下,不同处理0.25 mm团聚体LOC含量分配比例无显著差异(P0.05);而在覆膜条件下,施氮处理使LOC分配比例下降,下降幅度为低氮(20.88%)、中氮(11.28%)、高氮(23.52%)。在无氮和高氮条件下,覆膜处理0.25 mm团聚体LOC含量分配比例较常规处理显著增加了37.33%和26.61%(P0.05)。说明覆膜和施氮处理均能提高LOC含量,覆膜处理促进LOC向粒径较大的团聚体分配,而随着施氮量增加LOC含量向粒径较小的团聚体转移。(2)常规条件下,中氮和高氮处理可以显著提高除大团聚体外其他粒径团聚体DOC含量,低氮处理可以提高粉+黏团聚体DOC含量。覆膜条件下,不同施氮处理可以显著提高除大团聚体外其他粒径团聚体DOC含量。在相同施氮条件下,覆膜处理不同粒径团聚体DOC含量与常规处理无显著差异(P0.05)。DOC主要集中在中间团聚体中。随着施氮量的增加0.25 mm团聚体DOC分配比例下降,其中常规高氮的下降幅度为30.24%,覆膜低氮、覆膜中氮和覆膜高氮处理的下降幅度分别为21.49%、18.66%和31.75%(P0.05)。说明施氮处理在提高DOC含量的同时,促进其向粒径较小的团聚体转移。在相同施氮条件下,覆膜处理能提高粒径较大的团聚体DOC分配比例。(3)常规和覆膜条件下不同施氮处理可以显著提高不同粒径团聚体DON含量(P0.05),且相同施氮条件下,覆膜处理不同粒径团聚体DON含量均高于常规处理。DON主要集中在中间团聚体中。常规条件下,施氮与无氮处理0.25mm的大团聚体DON分配比例均无显著差异(P0.05)。而覆膜条件下,低氮、中氮和高氮处理均显著降低了0.25 mm的团聚体DON分配比例,降幅为28.88%、14.21%和26.29%(P0.05)。说明在覆膜条件下,施氮使DON向粒径较小的团聚体分配。无氮条件下,覆膜处理显著提高了大团聚体和微团聚体DON分配比例,增幅为44.78%和46.57%。低氮、中氮条件下,覆膜处理微团聚体DON分配比例显著增加,增幅为61.66%和71.17%(P0.05)。说明在一定施氮条件下,覆膜可以促进DON向粒径较大的团聚体分配。(4)常规与覆膜条件下不同施氮处理可以显著提高不同粒径团聚体MBC含量。在相同施氮条件下,覆膜处理大团聚体和中间团聚体MBC含量均显著高于常规处理。MBC主要集中在中间团聚体中。CN3处理较CN0处理0.25 mm的大团聚体MBC分配比例显著降低了,降幅为19.73%(P0.05)。覆膜低氮、覆膜中氮和覆膜高氮处理较FN0处理均显著降低了0.25 mm的大团聚体MBC分配比例,降幅为20.52%、16.42%和30.85%(P0.05)。说明施氮会促使MBC向粒径较小的团聚体转移。无氮、低氮和高氮条件下,覆膜处理增加了大团聚体MBC分配比例,增幅为75.25%、25.07%和39.04%。说明覆膜处理可以促进MBC向粒径较大的团聚体分配。(5)在常规条件下,不同施氮处理能显著提高0.25 mm团聚体MBN的含量,其中常规高氮处理增幅最大。覆膜条件下,不同施氮处理也不同程度地提高了不同粒径团聚体MBN含量。在相同施氮条件下,覆膜处理对不同粒径团聚体内MBN含量影响较小。MBN主要集中在中间团聚体中。常规条件下,施氮处理与无氮处理0.25 mm的大团聚体MBN分配比例无显著差异(P0.05),覆膜条件下,低氮、中氮和高氮处理较无氮处理降低了0.25 mm的大团聚体MBN分配比例,下降幅度分别为15.84%、12.24%和19.89%。在无氮和高氮条件下,覆膜处理可以促进MBN向粒径较大的团聚体分配。在低氮和中氮条件下,覆膜处理使MBN向微团聚体内分配。说明在覆膜条件下,施氮会导致MBN在团聚体的分布向粒径较小的团聚体中分配,而在相同施氮条件下,覆膜会促进MBN向粒径较大的团聚体分配。4地膜覆盖及施氮对土壤有机碳物理组分的影响(1)在0~50cm的土壤深度范围内,不同处理SOC、cPOC、fPOC、iPOC、s+c_m组分有机碳以及s+c组分有机碳平均含量无显著差异(P0.05)。在相同的施氮条件下,覆膜处理s+c_m组分有机碳和s+c组分有机碳含量较高,而常规处理cPOC、fPOC、iPOC有机碳含量较高。说明覆膜处理会使土壤中有机碳向惰性的化学及生物化学保护有机碳转化。在常规和覆膜条件下,低氮、中氮处理cPOC、fPOC、iPOC有机碳含量显著高于无氮处理,而高氮处理则低于无氮处理。说明适量施氮会增加土壤中活性较高的有机碳含量。其中常规高氮处理cPOC、fPOC、iPOC有机碳含量之和最高为7.99 g/kg。(2)在SOC的各个物理组分中,不同处理下iPOC的有机碳分配比例均为8%左右,显著低于其他组分(P0.05);cPOC和fPOC属于非保护性有机碳库,活性较强,在常规中氮、常规高氮、覆膜低氮、覆膜中氮处理中所占SOC分配比例最高,均在50%以上;在覆膜无氮处理中非保护有机碳库分配比例较低,0.053 mm的粉+黏颗粒有机碳组成的化学保护有机碳库分配比例最大为57.10%。表明常规中氮、常规高氮、覆膜低氮、覆膜中氮处理有机碳的活性较大,具有更高的肥力。(3)在有机碳及其组分中,cPOC对覆膜及施氮变化的敏感性指标最高,可作为评估地膜覆盖及施氮对土壤有机碳库影响的良好指标。
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S152.4;S153.61

【参考文献】