碳氮添加对陇中黄土高原旱作农田土壤有机碳库稳定性的影响

发布时间：2020-11-21 08:22

　　 土壤碳库的变化严重影响着大气CO_2浓度及全球气候的变化。针对陇中黄土高原地区水土流失严重、土壤肥力水平低下、碳库稳定性极差等问题,为更好地、永久性的提高土壤肥力,提升土壤固碳减排的效果,实现农业的可持续性发展。通过布设在定西李家堡镇的长期定位试验:3种氮素(CN0、CN50、CN100)水平(不施氮,施氮50 kg·hm~(-2),施氮100 kg·hm~(-2))及其分别与生物质炭(BN0、BN50、BN100)、秸秆(SN0、SN50、SN100)添加(共9个处理,种植两年)和原位培养试验:不同碳氮比(12、15、18、21、24、27、30)调控下秸秆、生物质炭两种有机物料添加(15个处理(CK、S12、S15、S18、S21、S24、S27、S30、B12、B15、B18、B21、B24、B27、B30),360 d,11个周期);探究其对陇中黄土高原旱作农田土壤有机碳库稳定性的影响;通过测量土壤有机碳、活性有机碳组分、土壤腐殖质,利用方差分析和相关性分析等方法,探究碳氮添加及不同碳氮比调控下土壤有机碳及其各碳组分含量和其分布特征、影响机理、各组分间的转化关系,为陇中黄土高原地区的土壤固碳减排提供方法支持,为农田生态系统的碳稳定、碳转化机制提供一定的理论支持。研究结果如下:1.氮素添加下农田土壤有机碳及其各碳组分的含量均有不同程度的提升,但没有秸秆和生物质炭效果显著;相比于只施氮,碳氮共同添加对土壤有机碳及其组分的提升效果更显著,且与碳氮添加量呈正相关;但就对土壤有机碳库的稳定性而言,单独的氮素添加对土壤有机碳库的稳定性影响并不显著,碳氮共同添加下效果更好。2.秸秆添加下农田土壤有机碳及其各碳组分的含量均有不同程度的提升,尤其对土壤活性有机碳组分的提升最为显著;相比于单施秸秆,秸秆与氮素共同添加对土壤有机碳及其组分的提升效果更显著,且与碳氮添加量呈正相关;秸秆添加下显著提升了微生物的活性,有利于土壤腐殖质的更新,但就对土壤有机碳库的稳定性而言,常期条件下没有生物质炭添加下效果好。3.生物质炭添加下农田土壤有机碳及其各碳组分的含量均有不同程度的提升,尤其对土壤有机碳和腐殖质碳含量的提升最为显著;相比于单施生物质炭,生物质炭与氮素共同添加对土壤有机碳和腐殖质碳含量的提升效果更显著,且与碳氮添加量呈正相关;就对土壤有机碳库的稳定性而言,生物质炭添加下效果最好。4.不同碳量的秸秆、生物质炭添加在培养360 d后,土壤有机碳及其各碳组分的含量均有不同程度的提升,基本表现出随着碳添加量增大含量越大的趋势;秸秆添加下对于土壤活性碳组分含量的提升更显著,生物质炭添加对土壤有机碳和腐殖质碳含量的提升更为显著;秸秆添加下显著提升了微生物的活性,有利于土壤腐殖质的更新,而生物质炭添加下随着时间的延伸对土壤有机碳库的稳定性更好,且均与碳添加量呈正相关。综上所述,无论是氮素、秸秆、生物质炭还是氮素与秸秆、生物质炭共同添加均不同程度提升土壤有机碳及其各碳组分的含量,秸秆、秸秆与氮素添加下对土壤活性有机碳含量的提升效果更好,生物质炭、生物质炭与氮素添加下对土壤有机碳和腐殖质碳含量的提升更为显著,各处理土壤有机碳及其各碳组分的含量基本表现为随着土层的加深而降低;秸秆添加下显著提升了微生物的活性,有利于土壤腐殖质的更新,胡敏酸结构更加简单,而生物质炭添加下随着时间的延伸对土壤有机碳库的稳定性更好,且均与碳添加量呈正相关。
【学位单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：S153.6
【部分图文】：

碳氮添加对陇中黄土高原旱作农田土壤有机碳库稳定性的影响-21-图3-1氮素、秸秆、生物质炭添加下土壤有机碳含量（g·kg-1）Figure3-1Soilorganiccarboncontentundernitrogen,straw,andbiocharcarbon表3-1为氮素、秸秆、生物质炭添加对土壤有机碳（SOC）含量的效应，由表3-1可知，氮素、秸秆、生物质炭在0~30cm土层均对土壤有机碳（SOC）含量具有显著效应（P≤0.001），生物质炭对土壤有机碳含量的效应最为显著，依次为秸秆和氮素；而年份仅对0~5cm土层SOC含量具有显著效应（P≤0.001）；氮素和秸秆的交互效应仅在5~10cm土层下表现为显著水平（P≤0.01）；氮素和生物质炭的交互效应除在10~30cm土层下在P≤0.01水平上表现为显著效应外，在0~10cm土层均表现为极显著水平（P≤0.001）；秸秆和年份的交互效应在0~5、10~30cm土层下均在P≤0.05水平上表现为显著效应，5~10cm土层下在P≤0.01水平上表现为显著效应；生物质炭和年份的交互效应在0~10cm土层下在P≤0.001水平上表现为显著效应，10~30cm土层下在P≤0.05水平上表现为显著效应；氮素和年份的交互效应在0~30cm土层均表现为不显著（P>0.05）。

碳氮添加对陇中黄土高原旱作农田土壤有机碳库稳定性的影响-23-机碳含量14.9%、20.8%、27.0%、39.7%、33.2%、48.1%、60.7%。图3-2氮素、秸秆、生物质炭添加下土壤易氧化有机碳含量（g·kg-1）Figure3-2Contentofeasilyoxidizableorganiccarboninsoilundertheadditionofnitrogen,strawandbiocharcarbon表3-2为氮素、秸秆、生物质炭添加对土壤易氧化有机碳（EOC）含量的效应，由表3-2可知，秸秆对土壤易氧化有机碳含量的效应最为显著，依次为氮素和生物质炭；氮素在0~30cm土层下均在P≤0.001水平上对土壤易氧化有机碳（EOC）含量具有显著效应；秸秆在5~10cm土层下在P≤0.01水平上对土壤EOC含量具有显著效应，在0~5、10~30cm土层下均在P≤0.001水平上对土壤EOC含量具有显著效应，综合来说，秸秆；生物质炭仅对0~5、10~30cm土层土壤EOC含量具有显著效应（P≤0.001）；年份仅对0~5cm土层土壤EOC含量具有显著效应（P≤0.01）；氮素和秸秆的交互效应仅在0~5cm土层下表现为显著水平（P≤0.001）；氮素和生物质炭的交互效应、秸秆和年份的交互效应、生物质炭和年份的交互效应、氮素和年份的交互效应在0~30cm土层下均表现为不显著（P>0.05）。

碳氮添加对陇中黄土高原旱作农田土壤有机碳库稳定性的影响-25-图3-3氮素、秸秆、生物质炭添加下土壤微生物量碳含量（mg·kg-1）Figure3-3Soilmicrobialbiomasscarboncontentwithnitrogen,straw,andbiocharcarbon表3-3为氮素、秸秆、生物质炭添加对土壤微生物量碳（MBC）含量的效应，由表3-3可知，氮素、秸秆、生物质炭、氮素和秸秆的交互效应均在0~30cm土层下P≤0.001水平上对土壤微生物量碳（MBC）含量具有显著效应，其中，秸秆添加对土壤微生物量碳的效应最为显著，依次为生物质炭、氮素添加；年份仅对0~5、10~30cm土层土壤MBC含量具有显著效应（P≤0.05）；氮素和生物质炭的交互效应仅在0~10cm土层下表现为显著水平（P≤0.001）；秸秆和年份的交互效应仅在0~10cm土层下表现为显著水平（P≤0.05）；区组仅对0~30cm土层土壤MBC含量均无显著效应（P>0.05）；生物质炭和年份的交互效应、氮素和年份的交互效应在0~30cm土层下均表现为不显著（P>0.05）。表3-3氮素、秸秆、生物质炭添加对土壤微生物量碳含量的效应Table3-3Effectsofnitrogen,straw,andbiocharcarbononsoilmicrobialbiocharcarboncontent因子土层SoildepthFactors0—5cm5—10cm10—30cmnitrogen318.040***274.217***118.218***straw6273.516***4780.155***2385.648***biochar2919.556***1806.750***628.973***year4.090*0.168n.s.5.631*nitrogen×straw8.254***8.168***15.719***nitrogen×biochar31.526***41.876***1.883n.s.nitrogen×year0.190n.s.0.380n.s.0.756n.s.straw×year5.736*5.044*0.530n.s.biochar×year2.376n.s.0.104n.s.0.212n.s.
【参考文献】

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本文编号：2892794