长期施肥对黑土有机碳氮库及大豆根际有机碳稳定性的影响
发布时间：2021-10-13 14:22
世界四大黑土带以土壤肥沃、有机质含量高等自然优势而成为重要的农业生产土壤,是世界大粮仓,其中黑龙江位于东北平原黑土带,占黑土总耕地面积的74.77%,是我国重要的商品粮基地。近几十年黑土有机质含量快速下降,研究施用化肥、畜禽粪污对该地区作物产量、土壤肥力及土壤可持续耕种具有重要意义。针对不同施肥投入对黑土碳氮库变化特征及根际有机碳稳定性等关键问题,本研究依托农业农村部黑龙江耕地保育与农业环境科学观测试验站38年的肥料长期定位试验,通过对田间试验历史数据的统计分析和DayCent模型模拟,结合作物根际土壤试验,借助红外光谱、核磁共振技术和高通量测序技术研究9个不同处理（不施肥CK、单施氮肥N,氮磷钾配施NPK、单施有机肥M、有机肥配施氮肥MN、有机肥配施氮磷钾MNPK、二倍氮肥N2、二倍有机肥M2和二倍有机肥氮肥M2N2）长期施用下土壤有机碳氮库的演变规律及根际有机碳稳定性的机制。研究获得以下主要结论:（1）黑土长期定位试验年均碳输入量1030.1 kg/hm2能维持土壤有机碳水平,NPK配施能够维持有机碳含量。CK、N和N2处理有机碳、碳储量显著降低;施用M2和有机无机配施处理有机碳、...
【文章来源】：中国农业科学院北京市
【文章页数】：171 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
植物和土壤碳周转的组分概念模型（修改自RyanandLaw,2005）
中国农业科学院博士学位论文第一章前言7图1.2激发效应图示Fig.1.2Schematicrepresentationoftheprimingeffect注：添加底物分解和土壤有机质分解之间的非可加交互作用；a表示加速土壤有机质分解-正激发效应；b表示阻滞土壤有机质分解-负激发效应（Kuzyakovetal.,2000b）。Note:Non-additiveinteractionsbetweendecompositionoftheaddedsubstrateandofsoilorganicmatter（SOM）:（a）AccelerationofSOMdecomposition—positiveprimingeffect;（b）RetardationofSOMdecomposition—negativeprimingeffect（Kuzyakovetal.,2000b）.植物根系为适应土壤中养分资源和水供应不均匀的环境，往往表现出较强的可塑性反应。植物遗传特征和环境条件对植物根系构型起主导作用，植物根系构型在很大程度上决定了根系在土壤中的空间分布。一些研究表明，部分易分解的有机质可能被隐藏在稳定的土壤微团聚体中（Beareetal.,1994;Denefetal.,2001;McCarthyetal.,2008）。根系穿透土壤对破坏土壤团聚体可能起着重要作用，这个过程把被土壤颗粒包裹的有机质暴露给微生物从而增加有机质的分解（Kuzyakov,2002a）。在更大的空间尺度上根系生长有助于较大土块解体，但根系倾向于聚集而不是分散2~250μm直径的土壤颗粒和微团聚体，促进0.25~5mm直径稳定的团聚体形成（BradyandWeil,2008）。根系生长的压力会迫使其附近的土壤颗粒更加紧密，土壤颗粒和微团聚体与粘性的根系分泌物结合形成大团聚体，影响的范围取决于现有的土壤团聚化程度（BradyandWeil,2008）。微团聚体中有机碳结合更紧密更稳定，与微团聚体中碳相比，在大团聚体中碳的平均停留时间要较短，这种机制可能解释了土壤长期固碳（SchlesingerandLichter,2001;SixandJastrow,2002）。Cheng和Kuzyakov（2005）研究指出?
中国农业科学院博士学位论文第一章前言11（1）长期不同施肥下作物产量及黑土有机碳、全氮的演变规律利用哈尔滨38年（1979-2017年）长期肥料定位试验的历史数据，分析长期施用化肥和有机肥对作物产量及黑土有机碳、全氮和碳氮储量变化趋势的影响。同时，整理历年作物产量和生物量、以及计算肥料碳氮输入量，分析土壤碳氮输入量、固碳氮速率、输入碳氮转化速率，系统分析长期施肥下碳氮转化的相互关系。（2）模型模拟长期不同施肥下黑土有机碳、全氮演变趋势。本研究采用以“日”为步长的DayCent模型模拟不同施肥下土壤有机碳、全氮的变化特征。首先，收集气象数据、土壤性质及管理措施等信息，设置模型相关参数，利用历史数据验证与多重统计分析方法评价模型的适宜性，并调整模型参数至最佳，应用模型预测不同施肥下有机碳、全氮演变趋势。（3）长期施肥下大豆根际土壤碳氮组分、土壤团聚体以及有机碳结构的变化规律在小麦-大豆-玉米轮作体系下，研究长期施肥下大豆根际和非根际土壤碳氮组分和团聚体的变化，利用红外光谱和核磁共振技术研究根际与非根际土壤有机碳结构的差异，分析长期施肥下根际土壤有机碳稳定性内在机制。（4）长期施肥下大豆根际土壤微生物群落和多样性特征的变化借助高通量测序技术研究根际与非根际土壤微生物群落和多样性对有机无机肥的响应，结合田间大豆根际与非根际土壤碳组分和结构变化规律，研究碳组分与微生物的相关性认识与有机碳稳定性有关的特定微生物，同时，借助红外光谱和核磁共振技术获得的有机碳结构变化，初步认识微生物驱动有机碳稳定性的作用机制。1.7.2技术路线图1.3技术路线图Fig.1.3Researchframework
【参考文献】：
期刊论文
[1]氮肥对室内和大田条件下作物秸秆分解和养分释放的影响[J]. 张学林,周亚男,李晓立,侯小畔,安婷婷,王群. 中国农业科学. 2019(10)
[2]吉林省黑土区玉米氮肥减施效果研究[J]. 陈治嘉,隋标,赵兴敏,王鸿斌,赵兰坡. 玉米科学. 2018(06)
[3]长期施肥下我国灌淤土粮食产量和土壤养分的变化[J]. 段英华,卢昌艾,杨洪波,马常宝,刘亚男,徐明岗. 植物营养与肥料学报. 2018(06)
[4]长期施肥下褐土生产力的演变及其影响因素[J]. 陈延华,王乐,张淑香,任意,李春花,徐明岗,赵同科. 植物营养与肥料学报. 2018(06)
[5]长期施肥条件下黄土高原黑垆土作物产量与土壤碳氮的关系[J]. 俄胜哲,丁宁平,李利利,袁金华,车宗贤,周海燕,尚来贵. 应用生态学报. 2018(12)
[6]不同碳饱和水平下典型农田土壤有机质的红外光谱特征[J]. 姜桂英,张玉军,魏喜,张东旭,刘世亮,柳开楼,黄绍敏,申凤敏. 中国农业科学. 2018(16)
[7]长期不同施肥对番茄根际土壤微生物功能多样性的影响[J]. 张恩平,田悦悦,李猛,时毛,蒋雨含,任如冰,张淑红. 生态学报. 2018(14)
[8]13C脉冲标记法定量冬小麦光合碳分配及其向地下的输入[J]. 孙昭安,陈清,韩笑,吴文良,孟凡乔. 环境科学. 2018(06)
[9]土壤碳氮磷化学计量比时空格局及影响因素研究进展[J]. 冯德枫,包维楷. 应用与环境生物学报. 2017(02)
[10]长期定位施肥对旱作农田土壤全氮及其组分的影响[J]. 赵丹丹,王俊,付鑫. 水土保持学报. 2016(04)
博士论文
[1]东北旱田不同农作情景下土壤有机碳变化及固碳潜力的模拟研究[D]. 张茂鑫.沈阳农业大学 2018
[2]我国典型农田土壤固碳效率的时空差异特征及驱动因素[D]. 梁丰.中国农业科学院 2018
[3]不同供氮条件下冬小麦生产向土壤碳库的输入及氮素损失特征[D]. 孙昭安.中国农业大学 2018
[4]冬小麦/夏玉米体系长期施肥塿土固碳潜力及机制研究[D]. 谢钧宇.西北农林科技大学 2017
[5]长期施肥下典型农田土壤矿物结合有机碳饱和亏缺特征及驱动因子[D]. 邸佳颖.中国农业科学院 2017
[6]潮土有机碳库及肥力特性对长期施肥的响应[D]. 魏猛.山东农业大学 2017
[7]有机肥施用对冬小麦—夏玉米产量和土壤肥力的影响[D]. 张运龙.中国农业大学 2017
[8]大豆光合碳在黑土中的转化过程及细菌群落特征[D]. 连腾祥.中国科学院研究生院(东北地理与农业生态研究所) 2016
[9]秸秆还田的土壤有机碳周转特征[D]. 王金洲.中国农业大学 2015
[10]长期施肥下根际碳氮转化与微生物多样性研究[D]. 艾超.中国农业科学院 2015
硕士论文
[1]不同施氮水平下玉米根际微生物种群结构的变化[D]. 李明松.吉林农业大学 2018
[2]不同种植模式下作物根际土活性碳氮组分的变化[D]. 王温澎.河南师范大学 2018
[3]施肥对小麦—玉米复种连作根际土壤特性、植株养分和产量的影响[D]. 安婷婷.河南农业大学 2017
[4]旱地土壤有机碳氮及其矿化对长期施用氮磷肥的响应[D]. 王慧.西北农林科技大学 2016
[5]长期不同施肥措施对黑土土壤碳库及其酶活性的影响研究[D]. 何翠翠.中国农业科学院 2014
[6]不同施氮水平对草甸黑土有机碳稳定性的影响[D]. 李林.吉林农业大学 2014
[7]黑土碳氮及其组分对长期施肥的响应[D]. 骆坤.华中农业大学 2012
[8]不同退化程度下高寒草甸土壤有机碳及团聚体特征研究[D]. 王洋.南京农业大学 2012
[9]我国典型土壤长期定位施肥下土壤氮素时空演变特征研究[D]. 王娟.西北农林科技大学 2009
本文编号：3434841
【文章来源】：中国农业科学院北京市
【文章页数】：171 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
植物和土壤碳周转的组分概念模型（修改自RyanandLaw,2005）
中国农业科学院博士学位论文第一章前言7图1.2激发效应图示Fig.1.2Schematicrepresentationoftheprimingeffect注：添加底物分解和土壤有机质分解之间的非可加交互作用；a表示加速土壤有机质分解-正激发效应；b表示阻滞土壤有机质分解-负激发效应（Kuzyakovetal.,2000b）。Note:Non-additiveinteractionsbetweendecompositionoftheaddedsubstrateandofsoilorganicmatter（SOM）:（a）AccelerationofSOMdecomposition—positiveprimingeffect;（b）RetardationofSOMdecomposition—negativeprimingeffect（Kuzyakovetal.,2000b）.植物根系为适应土壤中养分资源和水供应不均匀的环境，往往表现出较强的可塑性反应。植物遗传特征和环境条件对植物根系构型起主导作用，植物根系构型在很大程度上决定了根系在土壤中的空间分布。一些研究表明，部分易分解的有机质可能被隐藏在稳定的土壤微团聚体中（Beareetal.,1994;Denefetal.,2001;McCarthyetal.,2008）。根系穿透土壤对破坏土壤团聚体可能起着重要作用，这个过程把被土壤颗粒包裹的有机质暴露给微生物从而增加有机质的分解（Kuzyakov,2002a）。在更大的空间尺度上根系生长有助于较大土块解体，但根系倾向于聚集而不是分散2~250μm直径的土壤颗粒和微团聚体，促进0.25~5mm直径稳定的团聚体形成（BradyandWeil,2008）。根系生长的压力会迫使其附近的土壤颗粒更加紧密，土壤颗粒和微团聚体与粘性的根系分泌物结合形成大团聚体，影响的范围取决于现有的土壤团聚化程度（BradyandWeil,2008）。微团聚体中有机碳结合更紧密更稳定，与微团聚体中碳相比，在大团聚体中碳的平均停留时间要较短，这种机制可能解释了土壤长期固碳（SchlesingerandLichter,2001;SixandJastrow,2002）。Cheng和Kuzyakov（2005）研究指出?
中国农业科学院博士学位论文第一章前言11（1）长期不同施肥下作物产量及黑土有机碳、全氮的演变规律利用哈尔滨38年（1979-2017年）长期肥料定位试验的历史数据，分析长期施用化肥和有机肥对作物产量及黑土有机碳、全氮和碳氮储量变化趋势的影响。同时，整理历年作物产量和生物量、以及计算肥料碳氮输入量，分析土壤碳氮输入量、固碳氮速率、输入碳氮转化速率，系统分析长期施肥下碳氮转化的相互关系。（2）模型模拟长期不同施肥下黑土有机碳、全氮演变趋势。本研究采用以“日”为步长的DayCent模型模拟不同施肥下土壤有机碳、全氮的变化特征。首先，收集气象数据、土壤性质及管理措施等信息，设置模型相关参数，利用历史数据验证与多重统计分析方法评价模型的适宜性，并调整模型参数至最佳，应用模型预测不同施肥下有机碳、全氮演变趋势。（3）长期施肥下大豆根际土壤碳氮组分、土壤团聚体以及有机碳结构的变化规律在小麦-大豆-玉米轮作体系下，研究长期施肥下大豆根际和非根际土壤碳氮组分和团聚体的变化，利用红外光谱和核磁共振技术研究根际与非根际土壤有机碳结构的差异，分析长期施肥下根际土壤有机碳稳定性内在机制。（4）长期施肥下大豆根际土壤微生物群落和多样性特征的变化借助高通量测序技术研究根际与非根际土壤微生物群落和多样性对有机无机肥的响应，结合田间大豆根际与非根际土壤碳组分和结构变化规律，研究碳组分与微生物的相关性认识与有机碳稳定性有关的特定微生物，同时，借助红外光谱和核磁共振技术获得的有机碳结构变化，初步认识微生物驱动有机碳稳定性的作用机制。1.7.2技术路线图1.3技术路线图Fig.1.3Researchframework
【参考文献】：
期刊论文
[1]氮肥对室内和大田条件下作物秸秆分解和养分释放的影响[J]. 张学林,周亚男,李晓立,侯小畔,安婷婷,王群. 中国农业科学. 2019(10)
[2]吉林省黑土区玉米氮肥减施效果研究[J]. 陈治嘉,隋标,赵兴敏,王鸿斌,赵兰坡. 玉米科学. 2018(06)
[3]长期施肥下我国灌淤土粮食产量和土壤养分的变化[J]. 段英华,卢昌艾,杨洪波,马常宝,刘亚男,徐明岗. 植物营养与肥料学报. 2018(06)
[4]长期施肥下褐土生产力的演变及其影响因素[J]. 陈延华,王乐,张淑香,任意,李春花,徐明岗,赵同科. 植物营养与肥料学报. 2018(06)
[5]长期施肥条件下黄土高原黑垆土作物产量与土壤碳氮的关系[J]. 俄胜哲,丁宁平,李利利,袁金华,车宗贤,周海燕,尚来贵. 应用生态学报. 2018(12)
[6]不同碳饱和水平下典型农田土壤有机质的红外光谱特征[J]. 姜桂英,张玉军,魏喜,张东旭,刘世亮,柳开楼,黄绍敏,申凤敏. 中国农业科学. 2018(16)
[7]长期不同施肥对番茄根际土壤微生物功能多样性的影响[J]. 张恩平,田悦悦,李猛,时毛,蒋雨含,任如冰,张淑红. 生态学报. 2018(14)
[8]13C脉冲标记法定量冬小麦光合碳分配及其向地下的输入[J]. 孙昭安,陈清,韩笑,吴文良,孟凡乔. 环境科学. 2018(06)
[9]土壤碳氮磷化学计量比时空格局及影响因素研究进展[J]. 冯德枫,包维楷. 应用与环境生物学报. 2017(02)
[10]长期定位施肥对旱作农田土壤全氮及其组分的影响[J]. 赵丹丹,王俊,付鑫. 水土保持学报. 2016(04)
博士论文
[1]东北旱田不同农作情景下土壤有机碳变化及固碳潜力的模拟研究[D]. 张茂鑫.沈阳农业大学 2018
[2]我国典型农田土壤固碳效率的时空差异特征及驱动因素[D]. 梁丰.中国农业科学院 2018
[3]不同供氮条件下冬小麦生产向土壤碳库的输入及氮素损失特征[D]. 孙昭安.中国农业大学 2018
[4]冬小麦/夏玉米体系长期施肥塿土固碳潜力及机制研究[D]. 谢钧宇.西北农林科技大学 2017
[5]长期施肥下典型农田土壤矿物结合有机碳饱和亏缺特征及驱动因子[D]. 邸佳颖.中国农业科学院 2017
[6]潮土有机碳库及肥力特性对长期施肥的响应[D]. 魏猛.山东农业大学 2017
[7]有机肥施用对冬小麦—夏玉米产量和土壤肥力的影响[D]. 张运龙.中国农业大学 2017
[8]大豆光合碳在黑土中的转化过程及细菌群落特征[D]. 连腾祥.中国科学院研究生院(东北地理与农业生态研究所) 2016
[9]秸秆还田的土壤有机碳周转特征[D]. 王金洲.中国农业大学 2015
[10]长期施肥下根际碳氮转化与微生物多样性研究[D]. 艾超.中国农业科学院 2015
硕士论文
[1]不同施氮水平下玉米根际微生物种群结构的变化[D]. 李明松.吉林农业大学 2018
[2]不同种植模式下作物根际土活性碳氮组分的变化[D]. 王温澎.河南师范大学 2018
[3]施肥对小麦—玉米复种连作根际土壤特性、植株养分和产量的影响[D]. 安婷婷.河南农业大学 2017
[4]旱地土壤有机碳氮及其矿化对长期施用氮磷肥的响应[D]. 王慧.西北农林科技大学 2016
[5]长期不同施肥措施对黑土土壤碳库及其酶活性的影响研究[D]. 何翠翠.中国农业科学院 2014
[6]不同施氮水平对草甸黑土有机碳稳定性的影响[D]. 李林.吉林农业大学 2014
[7]黑土碳氮及其组分对长期施肥的响应[D]. 骆坤.华中农业大学 2012
[8]不同退化程度下高寒草甸土壤有机碳及团聚体特征研究[D]. 王洋.南京农业大学 2012
[9]我国典型土壤长期定位施肥下土壤氮素时空演变特征研究[D]. 王娟.西北农林科技大学 2009
本文编号：3434841
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