地膜覆盖和施肥条件下新添加秸秆碳腐解及在土壤团聚体中残留的研究

发布时间：2020-07-20 07:56

【摘要】：秸秆还田是增加土壤有机碳储量的一个重要技术措施。团聚体作为土壤结构的基本单元,是秸秆碳等外源碳在土壤中固定的主要场所。秸秆碳在土壤中的周转固定主要依赖于土壤微生物作用。目前,有关秸秆碳在农田土壤团聚体中的固定转移研究较多,然而,关于地膜覆盖(以下简称“覆膜”)和施肥条件下秸秆碳的腐解、微生物对秸秆碳的利用和秸秆碳在土壤团聚体中残留尚不太清楚。本研究基于沈阳农业大学棕壤长期定位试验站,通过向土壤添加~(13)C标记的玉米秸秆,测定土壤中来源于秸秆碳的含量及其团聚体中秸秆碳的含量,分析微生物对秸秆碳的利用,探讨覆膜和不同施肥条件下秸秆碳在土壤中的腐解及其在土壤团聚体中的残留。本研究选择裸地(不覆膜)和覆膜条件下四种不同施肥处理,即不施肥(CK)、单施中量氮肥(N2)、单施中量有机肥(M2)和有机无机肥配施处理(M1N1)处理。主要研究结果如下:(1)覆膜条件下各施肥处理土壤有机碳(SOC)含量低于裸地条件下对应施肥处理,说明覆膜能够加速SOC分解。秸秆加入土壤180 d后,覆膜下CK、N2、M2和M1N1处理土壤中~(13)C-SOC含量分别为0.32 g kg~(-1)、0.29 g kg~(-1)、0.30 g kg~(-1)和0.29 g kg~(-1);裸地下对应处理土壤中~(13)C-SOC含量分别为0.35 g kg~(-1)、033 g kg~(-1)、0.31 g kg~(-1)和0.30 g kg~(-1)。不同覆膜和施肥条件下,SOC中来源于秸秆碳(~(13)C-SOC)含量随培养时间延长而不断降低。培养期间,覆膜土壤秸秆残留率低于裸地土壤。秸秆碳在CK处理土壤中残留率最高,裸地和覆膜土壤中平均分别为53.25%和48.02%;M1N1处理中最低裸地和覆膜土壤中平均分别为33.99%和28.95%。(2)添加秸秆使土壤微生物量碳(MBC)含量增加,而MBC含量随培养时间延长而下降。M2和M1N1处理显著(P0.05)增加了土壤MBC含量。同一施肥处理土壤MBC含量覆膜裸地。覆膜M2处理土壤MBC中来源于秸秆碳的(~(13)C-MBC)含量最高,平均为71.09 mg kg~(-1);裸地M1N1处理土壤~(13)C-MBC含量最高,平均为57.60 mg kg~(-1)。覆膜和裸地条件下CK处理~(13)C-MBC含量均最低,为29.88~41.56 mg kg~(-1)。培养180 d后,M2和M1N1处理土壤~(13)C-MBC含量显(P0.05)著高于N2和CK处理。(3)秸秆碳首先在0.25~1 mm团聚体中富集,分别占团聚体有机碳的3.64%~9.45%而2 mm和1~2 mm团聚体中秸秆碳含量较低,占1.60%~3.03%。随培养时间延长0.25~1 mm和0.25 mm团聚体残留秸秆碳含量降低,而2 mm和1~2 mm团聚体中秸秆碳含量随时间延长增加,说明小团聚体利于外源碳分解。覆膜0.25 mm团聚体残留秸秆碳含量在M2和M1N1处理中较高;0.25~1 mm团聚体残留秸秆碳含量在CK处理最高;1~2 mm团聚体残留秸秆碳含量在N2处理土壤中含量最高。裸地与覆膜相比,覆膜使土壤团聚体中秸秆碳含量降低。(4)覆膜和施肥使团聚体中秸秆碳储量随时间逐渐向大团聚体中转移。0.25~1 mm团聚体中秸秆碳储量最高,是储存秸秆碳的主要粒级,1~2 mm团聚体中秸秆碳储量最低。N2处理在覆膜条件下的0.25~1 mm团聚体中秸秆碳储量显著(P0.05)低于对应裸地土壤。2 mm团聚体中秸秆碳储量在M1N1处理土壤中最高;1~2 mm团聚体中秸秆碳储量在N2处理中最高,团聚体所占百分数最大;0.25~1 mm和0.25 mm团聚体中秸秆碳储量在CK处理中均最高。综上研究结果表明,土壤秸秆碳0.25~1 mm团聚体中含量较高,是团聚体残留秸秆碳储量最高的粒级,对秸秆碳的富集和保护能力强。覆膜和施肥通过影响土壤微生物的活性和种类,促进秸秆碳在土壤中的腐解,减少土壤中秸秆碳残留量。因此,覆膜和施有机肥有利于秸秆碳的腐解,利于农业土壤的可持续发展。
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S141.4
【图文】：

有机碳含量,秸秆,覆膜,裸地

第三章地膜覆盖和不同施肥条件下秸秆碳在土壤中的腐解过程10.63%和 1.82%。覆膜条件下 CK、N2、M2 和 M1N1 处理的土壤有机碳含量平均分别较裸地条件对应处理下降了 5.39%、0.67%、5.16%和 3.44%。培养 180 d时，裸地条件下 M1N1 和 M2 处理有机碳含量显著（P<0.05）高于 CK 和 N2 处理，且覆膜条件下 CK、N2、M2 和 M1N1处理间差异显著（P<0.05）。

δ13C值,秸秆,有机碳,土壤有机碳

壤δ13C值受时间、施肥、覆膜及其它们的交互作用的影响差异显著（P<0.05）（表3-1）。秸秆添加后各处理土壤有机碳δ13C 值随培养时间延长不断下降（图 3-2）。覆膜与否，CK、N2、M2和 M1M1 处理土壤有机碳δ13C 值在整个培养时期差异显著（P<0.05），并按照如下顺序递减：CK>N2>M2>M1N1，这与土壤总有机碳的变化趋势不同。培养 180 d时，各施肥处理土壤有机碳δ13C 值趋于一致。整个培养时期，CK处理的土壤有机碳δ13C 值变化最大，裸地和覆膜下分别下降了 3.22‰和 3.11‰；M1N1处理的土壤有机碳δ13C 值变化最小，裸地和覆膜下分别下降了1.17‰和 0.71‰。同一施肥处理土壤有机碳δ13C 值在培养的不同时期差异极显著(P<0.01)。覆膜条件下不同施肥处理土壤有机碳δ13C 值与裸地相同，覆膜 CK、N2、M2和M1N1处理有机碳δ13C值分别较裸地条件降低42.24%、31.85%、33.37%和 25.41%。

秸秆,裸地,覆膜,碳含量

到极显著（P<0.001）（表 3-1）。整个培养时期，覆膜与否各处理土壤中13C-SOC含量随培养时间延长而不断下降。CK 处理在整个培养时期覆膜下13C-SOC 含量显著低于裸地，且 CK 处理土壤13C-SOC 含量最高，为 0.32g kg-1~0.47gkg-1。N2处理覆膜下13C-SOC 含量在 120~180 d 之间下降较落地下快，且含量较裸地显著（P<0.05）降低。M2 处理覆膜下土壤在 60d时显著（P<0.05）低于裸地，60d~120d 下降较裸地快，120d~180 d 较裸地处理下降慢。M1N1 处理覆膜条件下相对 CK、N2 和 M2 处理下降缓慢，60 d和 120 d显著（P<0.05）低于裸地处理。整个培养时期各施肥处理间相比，CK和 N2 处理下降较快，M2和 M1N1下降较缓慢。培养 180 d后，裸地条件下 CK、N2、M2和 M1N1 处理13C-SOC 含量在整个培养时期分别为 0.35gkg-1、0.33 g kg-1、0.31 g kg-1和 0.30 g kg-1；覆膜条件下 CK、N2、M2 和 M1N1处理13C-SOC 含量在整个培养时期分别为 0.32 g kg-1、0.29 g kg-1、0.30 g kg-1和0.29 g kg-1。

【参考文献】