華北平原長期耕作及秸稈管理方式下土壤碳/氮動態(tài)及碳組分、土壤養(yǎng)分的分布特征

【摘要】：農(nóng)田土壤有機碳和氮素固定是緩解氣候變化的重要措施,因此,影響土壤有機碳及氮素等養(yǎng)分平衡的土壤管理方式在全球范圍內(nèi)受到了極大關(guān)注。輪作及頻繁的耕作可改變秸稈的數(shù)量及質(zhì)量,進而改變土壤養(yǎng)分動態(tài)最終影響肥力狀況及土壤質(zhì)量。本研究通過長期定位試驗,旨在分析評價不同耕作方式及秸稈還田處理對華北平原麥玉兩熟區(qū)土壤特性的影響,主要測定指標(biāo)包括：土壤養(yǎng)分(P、K、Mg、Ca、Mg、Na、Fe、Mn、Cu、Zn)、pH、容重和孔隙度的分布情況,以及土壤有機碳和氮的含量、儲量等。試驗始于2001年冬小麥季播種前,共設(shè)4個處理：翻耕秸稈不還田(PTO)、翻耕秸稈還田(PT)、旋耕秸稈還田(RT)和免耕秸稈還田(NT)。 (1)與PTO、PT目比,NT和RT表層(0-10cm)土壤的有機碳、氮含量較高。各處理,土壤有機碳含量隨著土層的加深而下降。相對于PT, NT和RT土壤有機碳、氮含量隨土層加深而減少的趨勢更為顯著(P0.05)。與PT相比,NT減少了對土壤的機械擾動,較RT和PT顯著提高了土壤容重(P0.05)；從另一方面來講,NT處理下的土壤孔隙度最低,PT和PTO較NT顯著增加了土壤的孔隙度。 (2)土壤有機碳組分含量隨土層的加深呈不斷下降的趨勢,受耕作時間變化的影響較為顯著。與PT和PTO相比,NT和RT提高了0-10cm土層的有機碳組分；但處理10cm以下土層的有機碳組分含量則顯著下降(P0.05)。此外,NT處理10cm土層的有機碳組分(除輕組有機碳和非顆粒有機碳外)呈現(xiàn)明顯的層化現(xiàn)象。與輕組有機碳不同,土壤顆粒有機碳和易氧化有機碳含量與輕組有機碳與耕作方式的改變密切相關(guān)。 (3)NT提高了0-5cm土層的營養(yǎng)元素含量,主要表現(xiàn)現(xiàn)為：所有供試年份的p含量提高,2009年的Mn含量提高和2007,2009年N含量提高。RT顯著提高了各年份0-10cm的Zn含量及5-10cm土層的N含量(P0.05)。各耕作方式下,土壤Ca和Na的含量隨著土層的增加不斷增大,但是,N、P、K、Mn、Zn和Cu的含量均呈現(xiàn)下降的趨勢,而Mg和Fe含量則無明顯的變化規(guī)律。 (4)NT和RT處理的土壤有機碳儲量初始值顯著低于PT(P0.05),然而,2012年則表現(xiàn)出相反的趨勢。與2001年相比,2012年P(guān)TO、PT、RT和NT處理下0-30cm有機碳固定速率分別為10.60、13.95、13.65和14.92Mg ha-1。各年份,0-30和0-50cm土層厚度的N儲量均表現(xiàn)為：NTRTPTPTO。0-30cm土層,NT和PT處理含有較高的有機碳儲量,而N儲量則以NT和RT處理較高。 (5)NT處理的土壤有機碳及多數(shù)年份的氮層化率顯著高于其他處理,而PT處理下的C：N顯著高于RT和NT(P0.05)。各指標(biāo)之間相關(guān)關(guān)系從某方面可以揭示不同耕作方式對土壤性狀影響的機理。如,土壤N、P、K和Zn的含量與有機碳及碳組分含量呈顯著相關(guān),而其他養(yǎng)分則無明顯的變化規(guī)律,而土壤容重與所測定指標(biāo)(土壤有機碳、碳組分及養(yǎng)分含量)均呈負相關(guān)關(guān)系。 因此,為提高華北平原土壤質(zhì)量,在選擇耕作方式的時候,需要綜合考慮作物產(chǎn)量、養(yǎng)分利用、肥料管理等,確保土壤肥力和作物產(chǎn)量的提高。 【關(guān)鍵詞】：耕作方式 秸稈管理 土壤理化性質(zhì) 土壤有機碳/氮儲量 土壤碳組分 C:N比 層化率
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：S153.6;S158
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-14
• CHAPTER 1 Introduction14-30
• 1.1 Introduction and background14-16
• 1.2 Motivation and problem statement16-17
• 1.3 Literature review17-19
• 1.4 Overview of soil tillage management and soil carbon19-26
• 1.5 Soil tillage effects on other soil properties related to SOC26-29
• 1.6 Main objectives29-30
• CHAPTER 2 Materials and methods30-35
• 2.1 Site description30
• 2.2 Experimental design30-31
• 2.3 Soil sampling31
• 2.4 Soil analysis31-34
• 2.5 Statistical analysis34-35
• CHAPTER 3 Effects of tillage systems and residue management on selected soil physical andchemical properties35-50
• 3.1 Introduction35
• 3.2 Effects of different tillage systems ad residue management on soil chemical properties35-41
• 3.3 Effects of different tillage systems ad residue management on soil physical properties41-46
• 3.4 Discussion46-49
• 3.5 Summary49-50
• CHAPTER 4 Effects of tillage and residue management on selected soil carbon fractions50-58
• 4.1 Introduction50
• 4.2 Effect of different tillage systems ad residue management on soil carbon fractions50-55
• 4.3 Discussion55-57
• 4.4 Summary57-58
• CHAPTER 5 Effects of tillage and residue management on soil organic carbon concentration, stocksand stratification58-68
• 5.1 Introduction58
• 5.2 The effects of different tillage systems and residue management on soil carbon dynamics58-65
• 5.3 Discussion65-67
• 5.4 Summary67-68
• CHAPTER 6 Effects of tillage and residue management on nitrogen concentration, stocks andstratification68-79
• 6.1 Introduction68
• 6.2 The effects of different tillage systems and residue management on nitrogen dynamics68-77
• 6.3 Discussion77-78
• 6.4 Summary78-79
• CHAPTER 7 Relationship of soil organic carbon and other soil quality parameters as affected bytillage and residue management79-91
• 7.1 Introduction79
• 7.2 Results79-89
• 7.3 Discussion89-91
• CHAPTER 8 Summary, recommendations and conclusions91-94
• References94-110
• Acknowledgement110-111
• Abridged resume111

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