白云石对酸性水稻土有机碳矿化的影响
发布时间：2021-02-28 22:42
施用石灰类材料是常用的改良酸性土壤的措施之一。但施用石灰类材料会影响其他土壤过程,如碳、氮等元素循环。土壤有机碳（SOC）矿化不仅与土壤碳库及其稳定性有关,而且与大气中CO2浓度和全球气候变化之间存在紧密联系。因此,针对农田生态系统碳储存、排放和转化的规律及其影响因素的研究是碳循环研究的重要课题。然而,施用石灰类材料如何影响酸性土壤有机碳矿化?特别是外源有机物添加时施用石灰类材料对SOC矿化的影响及微生物作用机制如何,目前尚不是很清楚。因此,研究施用石灰类材料及其与其他农艺措施共同作用下SOC矿化的规律及其影响因素具有重要的科学意义。本研究选用采自湖北省蕲春县（S1）和赤壁市（S2）的两种酸性水稻土在室内进行培养试验,对培养期间土壤p H、矿质氮（铵态氮和硝态氮）、可溶性有机碳（DOC）、微生物生物量碳（MBC）、纤维素和木质素分解相关土壤酶活性、碳分解功能基因丰度、温室气体排放以及CO2-13C同位素特征等进行了测定,探讨了施用不同粒径白云石以及白云石与土壤水分条件、施用氮肥和秸秆还田等共同作用对SOC矿化的影响机制。...
【文章来源】：华中农业大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
全球土壤酸化现状图(Zamanianetal2018)
白云石对酸性水稻土有机碳矿化的影响3外，Shaabanetal(2014,2015)研究表明，施用白云石可减少酸性土壤N2O排放。但迄今为止，白云石对SOC矿化的影响研究尚比较缺乏，特别是白云石自身的属性及其与其他农艺措施共同作用如何影响SOC矿化、其中的微生物作用机制如何等问题尚待研究。为此，本课题开展了施用白云石及其与其他农艺措施共作对酸性水稻土有机碳矿化影响的研究。图1-2施用石灰对土壤过程的影响示意图(Kunhikrishnanetal2016,Hollandetal2018)Fig1-2Schematicdiagramoftheeffectsoflimingonsoilprocesses(Kunhikrishnanetal2016,Hollandetal2018)1.2国内外研究进展1.2.1施用石灰对土壤有机碳矿化的影响施用石灰是最常见的改良酸性土壤的农艺措施之一，其使用已有数百年历史(HaynesandNaidu1998)。添加石灰可提高土壤pH，使Al、Mn等对植物的毒害作用减轻，而N、P、K、S、Ca和Mg等植物养分的有效性则会增加(Bolanetal2003,蔡东等2010,Kosticetal2015,徐仁扣等2018)。向酸性土壤中添加石灰通常会引起土壤过程的复杂变化。这些过程概况起来有如下几点：（1）钙盐的添加增加土壤络合物中的Ca含量，从而提高土壤盐基饱和度。（2）同时，钙离子取代络合物中的铝离子，释放出来的铝离子随后被羟基中和（在使用熟石灰的情况下）。（3）前两项过程导致Al的酸水解作用大大降低，土壤pH值升高，络合物中供质子交换的点位减少。土壤pH值的增加也意味着Al的溶解性降低，因此其活性减弱。可见，施用石灰可
白云石对酸性水稻土有机碳矿化的影响7CO2O2图1-3土壤异养呼吸与水分含量之间的关系(Yanetal2018)Fig.1-3Relationshipsbetweensoilheterotrophicrespirationrateandmoisture(Yanetal2018)1.2.3施氮肥对土壤有机碳矿化的影响氮（N）素是需求量最大的营养元素(Gallowayetal2004)。为了提高粮食产量，目前全球平均氮肥施用量已经超过80kgNha-1a-1；另据预测，2000-2030年全球每年氮肥施用量将增加约1%(FAO2000)。大量的氮肥施用不仅易造成土壤酸化、硝酸盐淋失等问题，而且影响土壤碳循环(Gallowayetal2008)。氮肥施入后，可改变土壤中可利用氮素的状况,从而对土壤碳库产生重要影响(赵海超2013)。施氮肥对SOC矿化的影响由于施肥时间、氮肥种类、施加量、土地利用类型、土壤微生物群落结构变化及其利用外源添加物的偏好等不同而存在很大的不确定性(肖胜生等2009,Drakeetal2013)。有研究表明，施用氮肥促进SOC的矿化(马成泽和周勤1994,Condeetal2005)。相反，单施无机氮肥对SOC矿化无显著影响，而外源有机碳与无机氮肥混施后显著提高了SOC矿化量(陈瑞蕊等2012)。Meyeretal(2017)研究指出，向缺N土壤中加入高水平氮素降低SOC矿化速率，从而有利于有机碳封存。氮素配施黑麦草降低了秸秆还田带来的激发效应强度(Lietal2018)。Neffetal(2002)研究表明，SOC矿化与氮素形态及施入量有关，以20kgNhm-2a-1施用量向草地加入NaNO3显著增加SOC含量,而添加等量(NH4)2SO4对SOC含量无影响。上述研究结论存在争议的主要原因在于目前还不能很清楚地从机理上解释氮素
【参考文献】：
期刊论文
[1]七种植物秸秆对连作番茄苗生长及土壤酶活性的影响[J]. 李增亮,任晶,梁鑫宇,张国辉,潘凯. 北方园艺. 2019(20)
[2]两种气候条件下梯度有机质含量农田黑土纤维素酶和β-葡糖苷酶活性研究[J]. 陈一民,徐欣,侯萌,张锦源,周珂,焦晓光,隋跃宇. 土壤与作物. 2019(03)
[3]Microbial response to CaCO3 application in an acid soil in southern China[J]. Anning Guo,Longjun Ding,Zhong Tang,Zhongqiu Zhao,Guilan Duan. Journal of Environmental Sciences. 2019(05)
[4]农田生态系统碳源/碳汇综述[J]. 朱燕茹,王梁. 天津农业科学. 2019(03)
[5]堆肥化过程木质素降解和腐殖质形成的研究进展[J]. 杨朝元,刘国涛,李伟雨,李蕾,夏璇,李世博. 中国农业科技导报. 2019(02)
[6]秸秆腐解规律和养分释放特征影响因素的研究进展[J]. 刘方明,高玉山,孙云云,窦金刚,侯中华,刘慧涛,王立春. 湖北农业科学. 2018(04)
[7]我国农田土壤酸化调控的科学问题与技术措施[J]. 徐仁扣,李九玉,周世伟,徐明岗,沈仁芳. 中国科学院院刊. 2018(02)
[8]农田土壤有机碳库研究述评[J]. 缑倩倩,王国华,屈建军. 中国农学通报. 2017(33)
[9]还田作物秸秆腐解特性及相关影响因素的研究进展[J]. 葛选良,于洋,钱春荣. 农学学报. 2017(07)
[10]持续棉秆还田对新疆棉田土壤可矿化碳库的影响[J]. 魏飞,黄金花,马芳霞,景峰,刘建国. 土壤. 2017(02)
博士论文
[1]稻田秸秆分解的碳氮互作机理[D]. 郭腾飞.中国农业科学院 2019
[2]不同管理下稻田土壤有机碳及土壤胞外酶活性变化研究[D]. 李子川.南京农业大学 2016
[3]氮素用量对玉米田土壤微生物学特性及有机碳组分特征的影响[D]. 王楠.吉林农业大学 2015
[4]农作措施对春玉米农田土壤有机碳影响机制研究[D]. 赵海超.内蒙古农业大学 2013
硕士论文
[1]秸秆还田条件下土壤活性有机碳含量和化学结构的变化及其与土壤酶活性的关系研究[D]. 徐寓军.安徽农业大学 2018
[2]不同温度、pH、底物下外源纤维素酶对土壤原生酶活性及酶解率的影响[D]. 李飒.山东农业大学 2006
本文编号：3056566
【文章来源】：华中农业大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
全球土壤酸化现状图(Zamanianetal2018)
白云石对酸性水稻土有机碳矿化的影响3外，Shaabanetal(2014,2015)研究表明，施用白云石可减少酸性土壤N2O排放。但迄今为止，白云石对SOC矿化的影响研究尚比较缺乏，特别是白云石自身的属性及其与其他农艺措施共同作用如何影响SOC矿化、其中的微生物作用机制如何等问题尚待研究。为此，本课题开展了施用白云石及其与其他农艺措施共作对酸性水稻土有机碳矿化影响的研究。图1-2施用石灰对土壤过程的影响示意图(Kunhikrishnanetal2016,Hollandetal2018)Fig1-2Schematicdiagramoftheeffectsoflimingonsoilprocesses(Kunhikrishnanetal2016,Hollandetal2018)1.2国内外研究进展1.2.1施用石灰对土壤有机碳矿化的影响施用石灰是最常见的改良酸性土壤的农艺措施之一，其使用已有数百年历史(HaynesandNaidu1998)。添加石灰可提高土壤pH，使Al、Mn等对植物的毒害作用减轻，而N、P、K、S、Ca和Mg等植物养分的有效性则会增加(Bolanetal2003,蔡东等2010,Kosticetal2015,徐仁扣等2018)。向酸性土壤中添加石灰通常会引起土壤过程的复杂变化。这些过程概况起来有如下几点：（1）钙盐的添加增加土壤络合物中的Ca含量，从而提高土壤盐基饱和度。（2）同时，钙离子取代络合物中的铝离子，释放出来的铝离子随后被羟基中和（在使用熟石灰的情况下）。（3）前两项过程导致Al的酸水解作用大大降低，土壤pH值升高，络合物中供质子交换的点位减少。土壤pH值的增加也意味着Al的溶解性降低，因此其活性减弱。可见，施用石灰可
白云石对酸性水稻土有机碳矿化的影响7CO2O2图1-3土壤异养呼吸与水分含量之间的关系(Yanetal2018)Fig.1-3Relationshipsbetweensoilheterotrophicrespirationrateandmoisture(Yanetal2018)1.2.3施氮肥对土壤有机碳矿化的影响氮（N）素是需求量最大的营养元素(Gallowayetal2004)。为了提高粮食产量，目前全球平均氮肥施用量已经超过80kgNha-1a-1；另据预测，2000-2030年全球每年氮肥施用量将增加约1%(FAO2000)。大量的氮肥施用不仅易造成土壤酸化、硝酸盐淋失等问题，而且影响土壤碳循环(Gallowayetal2008)。氮肥施入后，可改变土壤中可利用氮素的状况,从而对土壤碳库产生重要影响(赵海超2013)。施氮肥对SOC矿化的影响由于施肥时间、氮肥种类、施加量、土地利用类型、土壤微生物群落结构变化及其利用外源添加物的偏好等不同而存在很大的不确定性(肖胜生等2009,Drakeetal2013)。有研究表明，施用氮肥促进SOC的矿化(马成泽和周勤1994,Condeetal2005)。相反，单施无机氮肥对SOC矿化无显著影响，而外源有机碳与无机氮肥混施后显著提高了SOC矿化量(陈瑞蕊等2012)。Meyeretal(2017)研究指出，向缺N土壤中加入高水平氮素降低SOC矿化速率，从而有利于有机碳封存。氮素配施黑麦草降低了秸秆还田带来的激发效应强度(Lietal2018)。Neffetal(2002)研究表明，SOC矿化与氮素形态及施入量有关，以20kgNhm-2a-1施用量向草地加入NaNO3显著增加SOC含量,而添加等量(NH4)2SO4对SOC含量无影响。上述研究结论存在争议的主要原因在于目前还不能很清楚地从机理上解释氮素
【参考文献】：
期刊论文
[1]七种植物秸秆对连作番茄苗生长及土壤酶活性的影响[J]. 李增亮,任晶,梁鑫宇,张国辉,潘凯. 北方园艺. 2019(20)
[2]两种气候条件下梯度有机质含量农田黑土纤维素酶和β-葡糖苷酶活性研究[J]. 陈一民,徐欣,侯萌,张锦源,周珂,焦晓光,隋跃宇. 土壤与作物. 2019(03)
[3]Microbial response to CaCO3 application in an acid soil in southern China[J]. Anning Guo,Longjun Ding,Zhong Tang,Zhongqiu Zhao,Guilan Duan. Journal of Environmental Sciences. 2019(05)
[4]农田生态系统碳源/碳汇综述[J]. 朱燕茹,王梁. 天津农业科学. 2019(03)
[5]堆肥化过程木质素降解和腐殖质形成的研究进展[J]. 杨朝元,刘国涛,李伟雨,李蕾,夏璇,李世博. 中国农业科技导报. 2019(02)
[6]秸秆腐解规律和养分释放特征影响因素的研究进展[J]. 刘方明,高玉山,孙云云,窦金刚,侯中华,刘慧涛,王立春. 湖北农业科学. 2018(04)
[7]我国农田土壤酸化调控的科学问题与技术措施[J]. 徐仁扣,李九玉,周世伟,徐明岗,沈仁芳. 中国科学院院刊. 2018(02)
[8]农田土壤有机碳库研究述评[J]. 缑倩倩,王国华,屈建军. 中国农学通报. 2017(33)
[9]还田作物秸秆腐解特性及相关影响因素的研究进展[J]. 葛选良,于洋,钱春荣. 农学学报. 2017(07)
[10]持续棉秆还田对新疆棉田土壤可矿化碳库的影响[J]. 魏飞,黄金花,马芳霞,景峰,刘建国. 土壤. 2017(02)
博士论文
[1]稻田秸秆分解的碳氮互作机理[D]. 郭腾飞.中国农业科学院 2019
[2]不同管理下稻田土壤有机碳及土壤胞外酶活性变化研究[D]. 李子川.南京农业大学 2016
[3]氮素用量对玉米田土壤微生物学特性及有机碳组分特征的影响[D]. 王楠.吉林农业大学 2015
[4]农作措施对春玉米农田土壤有机碳影响机制研究[D]. 赵海超.内蒙古农业大学 2013
硕士论文
[1]秸秆还田条件下土壤活性有机碳含量和化学结构的变化及其与土壤酶活性的关系研究[D]. 徐寓军.安徽农业大学 2018
[2]不同温度、pH、底物下外源纤维素酶对土壤原生酶活性及酶解率的影响[D]. 李飒.山东农业大学 2006
本文编号：3056566
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