寒地旱作秸稈還田腐解規(guī)律及土壤CO_2排放的研究

【摘要】：土壤呼吸是全球陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的重要環(huán)節(jié),是全球氣候變化的關(guān)鍵生態(tài)過程,而陸地生態(tài)系統(tǒng)中農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)占有重要的地位。秸稈還田后可有效減少農(nóng)田秸稈露天焚燒,并且秸稈腐解后大量營養(yǎng)元素可釋放到土壤中,維持土壤養(yǎng)分平衡,同時(shí)秸稈還田對農(nóng)田固碳減排起著積極作用,促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)的發(fā)展。本試驗(yàn)針對東北寒地旱作農(nóng)田生態(tài)條件,采用尼龍網(wǎng)袋法研究了還田秸稈埋入壟行和覆蓋地表兩種處理方式下,大豆和玉米秸稈還田后的腐解規(guī)律及其養(yǎng)分的釋放特征,并以大豆-玉米-玉米輪作農(nóng)田為研究對象,設(shè)置了五種耕作措施(覆蓋少耕、覆蓋免耕、留茬少耕、留茬免耕和翻耕),采用靜態(tài)箱法研究了五種耕作措施下玉米農(nóng)田土壤CO2排放的季節(jié)規(guī)律,分析了溫度、水分、秸稈覆蓋對土壤CO2排放的影響,估算了各耕作措施下的農(nóng)田歸還碳量與土壤CO2排放碳的差值。結(jié)果表明:還田的大豆和玉米秸稈腐解率變化規(guī)律均表現(xiàn)為還田第一年腐解最快,腐解率可達(dá)38.31%~60.63%,第二年腐解率達(dá)65.81%~86.27%,第三年腐解率達(dá)81.96%~92.67%,秸稈還田第一年中,以5月至8月腐解最快,第二年月份間沒表現(xiàn)出規(guī)律性。埋入壟行方式的大豆秸稈還田第一年、第二年、第三年腐解率分別較覆蓋地表方式高25.82%、20.46%、9.50%;埋入壟行方式的玉米秸稈還田第一年、第二年、第三年腐解率分別較覆蓋地表方式高22.10%、22.83%、9.74%。還田大豆和玉米秸稈中營養(yǎng)元素釋放率大小均為:KCPN;秸稈還田一年后,大豆秸稈埋入壟行和覆蓋地表處理C、N、P、K累積釋放量分別為66.43%和58.31%、32.64%和30.32%、48.36%和41.67%、89.72%和72.06%;玉米秸稈埋入壟行和覆蓋地表處理C、N、P、K釋放量分別為57.57%和36.87%、44.04%和23.56%、68.86%和47.05%、95.06%和80.43%。還田秸稈經(jīng)三年腐解后,大豆秸稈埋入壟行和覆蓋地表處理C、N、P、K累積釋放量分別為92.44%和83.16%、87.40%和77.66%、93.49%和87.52%、99.07%和94.48%;玉米秸稈埋入壟行和覆蓋地表處理C、N、P、K累積釋放量分別為91.39%和82.06%、89.43%和76.82%、92.87%和83.32%、99.13%和96.64%。大豆秸稈中纖維素分解率高于半纖維素、木質(zhì)素,而玉米的半纖維素分解率高于纖維、木質(zhì)素;大豆秸稈和玉米秸稈中木質(zhì)素含量都有一個(gè)先增加后減少的過程,三年腐解后大豆秸稈木質(zhì)素分解率高于玉米秸稈。秸稈還田一年后,大豆和玉米秸稈纖維素、半纖維、木質(zhì)素分解率分別達(dá)到45.98%~71.55%、50.12%~73.76%、15.78%~35.55%。經(jīng)三年腐解后大豆和玉米秸稈纖維素、半纖維、木質(zhì)素分解率分別達(dá)到82.32%~95.42%、85.85%~94.91%、60.57%~91.38%。五種耕作處理的土壤CO2排放受季節(jié)變化明顯,CO2通量的最小值出現(xiàn)在觀測初期(4月)和觀測末期(11月),在夏季(6、7、8月)CO2排放通量在2a中都是處于較高的水平。2a平均的土壤CO2排放最大通量和2a平均的土壤CO2排放平均通量大小順序均為:NTSMTSCTMTNT,秸稈還田可以明顯增加土壤CO2排放。土壤CO2排放通量與土壤溫度指數(shù)方程、二次方程模擬效果良好。土層溫度與土壤CO2排放通量擬合后R2大小為:20cm15cm10cm5cm,說明土壤20cm的溫度能夠更好的解釋溫度與土壤CO2排放通量的關(guān)系,指數(shù)方程擬合效果較二次方程好。試驗(yàn)中表層土壤(5cm)體積含水量與各處理CO2排放通量相關(guān)性分析的結(jié)果顯示,MTS、NTS和CT的CO2排放通量與表層土壤水分關(guān)系顯著,但MT和NT處理的CO2排放通量與表層土壤水分關(guān)系不顯著。兩年試驗(yàn),秸稈覆蓋少耕和覆蓋免耕處理的還田碳較土壤CO2排放碳量分別多4495kg C·hm-2和4093kg C·hm-2,留茬少耕、留茬免耕和翻耕處理的還田碳較土壤CO2排放碳量分別少801kg C·hm-2、611 kg C·hm-2和1109 kg C·hm-2。 【關(guān)鍵詞】：秸稈還田 養(yǎng)分釋放 土壤CO2排放 土壤碳平衡
【學(xué)位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S141.4
【目錄】：

• 摘要8-10
• 英文摘要10-13
• 1 前言13-20
• 1.1 目的與意義13-14
• 1.2 國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)14-20
• 1.2.1 秸稈還田研究現(xiàn)狀14
• 1.2.2 秸稈腐解特征及其影響因素14-15
• 1.2.3 土壤CO_2排放研究方法15-16
• 1.2.4 土壤CO_2排放的影響因子16-18
• 1.2.5 土壤CO_2排放與碳平衡18-20
• 2 材料與方法20-23
• 2.1 試驗(yàn)區(qū)概況20
• 2.2 試驗(yàn)處理20-21
• 2.2.1 秸稈腐解試驗(yàn)20
• 2.2.2 農(nóng)田土壤CO_2排放試驗(yàn)20-21
• 2.3 測定方法21-22
• 2.3.1 秸稈養(yǎng)分的測定21
• 2.3.2 土壤速效養(yǎng)分的測定21
• 2.3.3 土壤CO_2排放通量測定21-22
• 2.3.4 溫度、水分測定22
• 2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析22-23
• 3 結(jié)果分析23-61
• 3.1 還田秸稈殘余物和養(yǎng)分變化動(dòng)態(tài)23-46
• 3.1.1 還田秸稈殘余物變化動(dòng)態(tài)23-26
• 3.1.2 還田秸稈碳素釋放動(dòng)態(tài)26-29
• 3.1.3 還田秸稈氮素釋放動(dòng)態(tài)29-32
• 3.1.4 還田秸稈磷素釋放動(dòng)態(tài)32-34
• 3.1.5 還田秸稈鉀素釋放動(dòng)態(tài)34-37
• 3.1.6 還田秸稈中纖維素、半纖維素、木質(zhì)素的變化動(dòng)態(tài)37-46
• 3.2 農(nóng)田土壤CO_2排放規(guī)律46-57
• 3.2.1 農(nóng)田CO_2排放日變化及季節(jié)變化規(guī)律46-49
• 3.2.2 農(nóng)田CO_2排放與溫度的關(guān)系49-56
• 3.2.3 農(nóng)田CO_2排放與水分的關(guān)系56-57
• 3.3 秸稈還田對土壤CO_2排放總量的影響57-59
• 3.3.1 農(nóng)田土壤CO_2排放總量估算57-58
• 3.3.2 還田秸稈對農(nóng)田土壤CO_2排放的貢獻(xiàn)58-59
• 3.4 秸稈還田對農(nóng)田土壤碳平衡的影響59-61
• 3.4.1 秸稈還田對土壤還田碳量的影響59-60
• 3.4.2 秸稈還田對土壤還田碳與CO_2排放碳差值的影響60-61
• 4 討論61-65
• 4.1 秸稈還田養(yǎng)分釋放特點(diǎn)61-62
• 4.2 土壤CO_2排放的日變化62
• 4.3 土壤CO_2排放的季節(jié)變化62-63
• 4.4 秸稈還田下土壤CO_2排放的影響因素63
• 4.5 農(nóng)田土壤碳平衡63-65
• 5 結(jié)論65-66
• 致謝66-67
• 參考文獻(xiàn)67-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文75

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秸稈腐解菌劑和微生物產(chǎn)電過程對稻田土壤溫室氣體排放的影響    蔡旅程

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秸稈腐解液對玉米幼苗根際土壤生態(tài)微環(huán)境的影響    喬天長

寒地旱作秸稈還田腐解規(guī)律及土壤CO_2排放的研究    李中韜

不同還田模式下黃土高原旱作農(nóng)田秸稈腐解特征及養(yǎng)分釋放規(guī)律研究    岳丹

還田麥秸腐解動(dòng)態(tài)及其與施氮的關(guān)系    路平

廣西主要作物秸稈腐解特征研究    羅文麗

植物殘?bào)w腐解過程物質(zhì)組成與能量變化特征    趙聰

水稻與小麥兩種秸稈及其組分在淹水土壤中腐解進(jìn)程的差異    徐一然

不同作物殘?bào)w在不同土壤中的腐解和養(yǎng)分釋放速率研究    邵麗