碳氮磷添加和酸化对黄土旱塬区农田土壤呼吸及温度敏感性的影响

发布时间：2020-10-24 13:19

　　 黄土区耕地面积占全国耕地面积的15%以上,该区域降水资源贫乏,是我国土壤生产力和土壤有机碳储量最低的区域之一。营养的大量投入及土壤酸化可以改变土壤环境,这些因素通过改变土壤微生物呼吸及根系呼吸,改变土壤呼吸速率及温度敏感性,从而影响气候变化及土壤碳平衡。虽然目前对黄土区土壤呼吸的研究较多,但营养添加及酸化条件下土壤CO2排放及温度敏感性有何变化以及是如何改变黄土区土壤性质还尚不清楚。本文以长武实验田的黑垆土作为研究对象,分别对土样设置添加 CK、N120、N240、P150、P300、C、5%酸化、10%酸化、NP、NC、CP、NCP(共计12个处理),比较分析在15℃和25℃培养下土壤呼吸速率的变化,以及培养周期内土壤温度敏感性Q10值的变化趋势。通过对呼吸前后土壤pH值、全碳全磷全氮、有机碳速效磷、硝态氮铵态氮以及微生物生物量碳氮磷的测定,探讨其改变。对土壤呼吸速率、Q10值、土壤性质进行相关性分析及路径分析,分析其主要影响因素。以下为本文的主要研究结论:(1)碳氮源的添加提高了土壤呼吸速率,其中碳源的加入可以大大提升土壤呼吸,碳氮源、碳磷源添加后的土壤呼吸速率要高于碳源单一添加的土壤,其峰值分别为2.1 mg·g-1·d-1、1.6mg·g-1·d-1,碳氮磷源同时添加的土壤呼吸峰值为2.47 mg·g-1·d-1。这是因为碳源的加入使得土壤中可溶性碳含量增加,它可以提升土壤中微生物的活性,从而加快微生物的呼吸作用,土壤中碳素的分解能力大大提升,最终导致CO2排放量增加。随着碳源的不断降解,土壤呼吸速率呈逐渐下降的趋势。磷源的添加对土壤呼吸基本没有影响。酸化后的土壤呼吸速率也有明显的提升。(2)碳氮源添加后,土壤Q10值均略有提升。单一氮源添加后,土壤温度敏感性在0.7～6.9之间;单一磷源的添加使得土壤Q10值在0.58～19.9之间,且在呼吸19d后有大幅度的提升;碳源添加及酸化后的土壤在呼吸19d内Q10值没有太大改变,在19d后略有提升;碳氮、碳磷、氮磷混合添加的土壤相较于单一添加的土壤比较稳定。碳氮磷源添加后,增加了土壤中有机物质的含量,丰富了土壤的底物质量,而底物的有效分解是土壤呼吸过程中产生CO2的主要来源,丰富的土壤底物有助于土壤呼吸的过程,从而可以大大提高土壤呼吸温度敏感性。(3)碳氮磷源添加后土壤各性质在呼吸前后有一定的改变。氮源的添加,增加了土壤中的全氮以及硝态氮的含量,显著的增加了土壤中铵态氮的含量,呼吸后土壤铵态氮大量下降而硝态氮却有一定的提升,这是因为与铵态氮相比,硝态氮不易被土壤颗粒和土壤胶体吸附,所以提升较慢,然而微生物生长过程会优先消耗铵态氮,硝化过程较快,因而表现出硝态氮含量增加;磷源的添加显著的增加了土壤中全磷、速效磷的含量,呼吸后全磷速效磷明显改变;碳源的添加使得全氮、全碳、有机碳含量略有提升,速效磷以及硝态氮含量大幅度下降,呼吸后土壤全碳有机碳含量降低、速效磷含量增加,硝态氮含量没有太大变化,这是由于碳源的加入提高了土壤中有机质的含量,他们可以固定土壤中的磷素,使得速效磷含量降低,而葡萄糖的加入为土壤中的微生物提供营养物质,从而促进氮素的聚集以及土壤固持效率,使得全碳含量增加。碳源添加后,土壤微生物量有明显的提升,且氮磷源的添加相应的增加了 MBP、MBN的含量,这是由于氮磷的加入提升了微生物的同化固定能力,碳源的加入使得分解有机碳源速度加快,土壤的代谢活性加强,提高了土壤养分,保证较高的微生物生物量。酸化显著降低了土壤pH值,速效磷含量增加,呼吸后土壤全碳含量有所降低,酸化增加了土壤铵态氮含量,降低了土壤硝态氮的含量。这是由于适宜的pH值促进速效磷在不同粒径土壤团聚体中的富集,从而增加了土壤中速效磷的含量;氮素的迁移和转化受到土壤酸碱性的影响和调控,土壤pH值的降低,促进了氨化作用的进行,从而提高了土壤铵态氮含量。土壤酸化后降低了微生物生物量的含量,但MBP在5%酸化后大幅度的提升。(4)氮磷添加的土壤,呼吸速率与有机碳呈显著相关关系,与MBC、MBP呈极显著相关关系,Q10值与土壤全碳呈相关关系;碳源添加后土壤呼吸速率与MBC呈显著相关关系,与铵态氮、MBP呈极显著相关关系,Q10与土壤全氮、MBP呈显著相关关系;土壤酸化后,土壤pH值与很多土壤性质呈现相关性,土壤Q10值与硝态氮含量呈显著相关关系。氮磷添加后,pH值对有机碳有负影响,速效磷有正影响;有机碳对硝态氮、呼吸速率、全碳均有影响;MBP、MBC均会对土壤呼吸速率产生正影响,全碳会对Q10产生负影响。碳源添加后,铵态氮对MBP、土壤呼吸速率均产生正影响;MBP、MBC对土壤呼吸速率产生正影响;全氮对Q10产生负影响。土壤酸化后,pH值对硝态氮和有机碳均有正影响;硝态氮对Q10及MBC均有正影响。
【学位单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X144
【部分图文】：

图３－２氮源添加后１５°Ｃ和２５°Ｃ培养下土壤呼吸速率的变化??Ｆｉｇ．３－２?Ｅｆｆｅｃｔｓ?ｏｆ?ｎｉｔｒｏｇｅｎ?ａｄｄｉｔｉｏｎｓ?ｏｎ?ｓｏｉｌ?ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ?ａｔ?１５°Ｃ?ａｎｄ?２５°Ｃ??从图３－３中可以看出，磷源添加后，土壤呼吸温度敏感性（以下简称ＱＩ（））在??前１３ｄ内０．５？１．６内浮动，培养１３ｄ后，单一磷源添加的两种图样Ｑ１（）值有大幅度??的上升，在１９ｄ的时候均升至１４左右，１９ｄ后，Ｐ１５０?土样Ｑｋｊ值继续上升，２６ｄ时??达到１９．８９，而Ｐ３００?土样１９ｄ后Ｑ１Ｇ值开始下降，相比于单一磷源添加，氮磷、碳??磷、碳氮磷复合添加的土壤Ｑ１（）值相对稳定，氮磷添加的土样Ｑ１Ｇ值在１３ｄ后开始??上升，并在２６ｄ达到峰值３．７６，碳磷土样则是在１９ｄ后开始显著上升，相比于其??他土样

?ＣＫ?—Ｎ１２０?—Ｎ２４０?—＃—Ｎ／Ｐ?Ｎ／Ｃ?—Ｎ／Ｐ／Ｃ??图３－２氮源添加后１５°Ｃ和２５°Ｃ培养下土壤呼吸速率的变化??Ｆｉｇ．３－２?Ｅｆｆｅｃｔｓ?ｏｆ?ｎｉｔｒｏｇｅｎ?ａｄｄｉｔｉｏｎｓ?ｏｎ?ｓｏｉｌ?ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ?ａｔ?１５°Ｃ?ａｎｄ?２５°Ｃ??从图３－３中可以看出，磷源添加后，土壤呼吸温度敏感性（以下简称ＱＩ（））在??前１３ｄ内０．５？１．６内浮动，培养１３ｄ后，单一磷源添加的两种图样Ｑ１（）值有大幅度??的上升，在１９ｄ的时候均升至１４左右，１９ｄ后，Ｐ１５０?土样Ｑｋｊ值继续上升，２６ｄ时??达到１９．８９，而Ｐ３００?土样１９ｄ后Ｑ１Ｇ值开始下降，相比于单一磷源添加，氮磷、碳??磷、碳氮磷复合添加的土壤Ｑ１（）值相对稳定，氮磷添加的土样Ｑ１Ｇ值在１３ｄ后开始??上升，并在２６ｄ达到峰值３．７６，碳磷土样则是在１９ｄ后开始显著上升，相比于其??他土样，碳氮憐复合添加的土壤Ｑｉｏ值稳定在０．２？１．６之间。??２２??

培养时间（ｄ）???ＣＫ?—Ｃ?—ｘ—Ｎ／Ｃ?－＾－Ｐ／Ｃ?—Ｎ／Ｐ／Ｃ??图４－１碳源添加后］５°Ｃ和２５°Ｃ培养下土壤呼吸速率的变化??Ｆｉｇ．４－１?Ｅｆｆｅｃｔｓ?ｏｆ?ｃａｒｂｏｎ?ａｄｄｉｔｉｏｎｓ?ｏｎ?ｓｏｉｌ?ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ?ａｔ?１５°Ｃ?ａｎｄ?２５°Ｃ??３６??
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本文编号：2854516