不同调控措施对滨海盐渍农田土壤质量与碳平衡的影响

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:YAOXUEQIN
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随着我国耕地面积的逐渐减少,开发和利用盐渍土可在一定程度上增加农业土地资源,但在滨海盐渍农田土壤中,其盐碱程度高,养分含量低等因素已成为阻碍农田地力提升的关键。同时,土壤作为陆地生态系统重要的碳库,对全球碳循环具有重要的意义,土壤碳库的较小变化可对大气CO2产生较大的影响。而农田土壤受人类活动的影响最频繁,因此,通过利用合理的农业生产管理措施,一方面可以提高土壤的固碳能力,改善生态环境;另一方面,也可以提升农田土壤质量,提高土壤肥力,增加作物生产量。因此,科学利用盐渍土资源具有重要的理论和现实意义。本研究以苏北滨海盐渍农田为研究对象,选取不同盐分含量的土壤,采用玉米小麦轮作的农业利用方式,通过田间原位试验,研究不同调控管理措施对土壤质量、农田系统碳平衡的影响,以期达到抑盐固碳的目的,为滨海盐渍土资源的高效利用提供理论依据和实践指导。本文主要的研究内容和结果如下:  1、不同调控措施对滨海农田盐渍土土壤理化性质的影响  通过采取不同的管理调控措施,有效地降低了土壤的盐碱障碍,优化了土壤结构。免耕(NT)处理的土壤平均含盐量高于常规耕作(CK),其余各处理均低于CK,其中,有机肥加秸秆还田处理(OF+S)的抑盐效果最好,施用有机肥(OF)则次之,而氮肥增施处理(NF)并未明显改善土壤盐分水平。试验中所有处理的土壤电导率在0-40 cm土层均呈现出随着剖面深度的增加而增加,在30-40 cm处达到最高,随后缓慢下降。0-40 cm处CK和NF的含量最高,其次为NT,而秸秆还田处理(S)含量最低。  随着不同管理措施的应用,土壤pH值逐渐下降,并在试验结束后达到最低。S处理pH值最低,CK最高。土壤盐分中阳离子组成以Na+和Ca2+为主,阴离子组成则以CI和SO42-为主。施用有机肥处理可以降低Ca2+和S O42含量,但其余离子含量均有小幅升高。S处理的调控作用主要表现为土壤中CO32-和HCO3-含量的降低。在轻度盐渍土中,各处理的土壤容重与CK相比均显著降低,其中OF+S容重值最小,而NT最大。有机肥与秸秆的施用显著减小了土壤容重,增加了孔隙度。在中度盐渍土中,与CK相比,OF+S的容重值最低,而NT高于CK。与轻度盐渍土相比,中度盐渍土土壤的容重值要略大。  2、不同调控措施对滨海农田盐渍土土壤碳氮的影响  优化调控管理措施均实现了对土壤养分的良好调控。两组试验各处理土壤有机碳的含量均显著高于CK,其中OF+S与S增加最多,OF次之,CK则增加最少。NF并没有显著提高土壤的有机碳水平,S处理在整体上优于OF,免耕可以促进有机碳在土壤中的累积。各处理土壤有机碳含量随着土层深度的增加逐渐减小,其中在0-10 cm和10-20 cm土层处下降幅度较小,但在20 cm以下,有机碳含量降幅比较明显。两组试验各处理土壤微生物生物量碳的含量均显著高于对照,其中OF+S与S微生物生物量碳含量最高,OF次之,CK则增加最少。秸秆还田处理在整体上优于有机肥处理。从两组试验的对比中可以看出,中度盐渍土土壤中微生物生物量碳的含量和增加值要高于轻度盐渍土。  与轻度盐渍土相比,中度盐渍土各处理土壤的全氮含量略低。各优化调控措施下土壤的全氮含量均显著高于CK,在轻度盐渍土中,S与OF+S全氮含量最高,NF增加值最高;在中度盐渍土中,OF+S和NF全氮含量最高。CK的增加最少。NF在整体上优于OF和S。土壤中微生物生物量氮含量在作物收获后有不同程度的增加。在整个试验期内,各优化调控措施下土壤的微生物生物量氮含量均显著高于CK,其中OF+S与NF含量最高,NF增加值最高。CK的土壤微生物生物量氮含量增加最少。NF在整体上优于OF和S。  3、不同调控措施对滨海农田盐渍土土壤呼吸的影响  两组试验中各处理土壤CO2释放量表现为夏季较高,而冬季较低。在夏玉米种植期间,随着作物的生长以及温度的升高,土壤CO2的释放通量不断增加,并在8月中上旬达到最大值。随后呈现下降的趋势,并在作物收获后达到最低值。土壤CO2释放量的最低值出现在12月底至次年2月初的冬季。中度盐渍土各处理土壤CO2平均释放量要低于轻度盐渍土。玉米种植季各处理土壤CO2平均释放量高于小麦种植季。与CK相比,施用有机肥和秸秆还田增加了土壤呼吸的强度,其中OF+S释放量最高,其次是S和OF,而NT的平均释放量则为最低。在两季作物整个生育期内,NF并没有明显增加土壤呼吸强度。  各处理根际CO2释放量均表现为玉米种植季释放量较高,而小麦种植季较低。在作物种植期间,在幼苗期根际CO2的释放通量较低,随着作物的生长,释放通量不断增加,在随后的拔节期迅速升高,并在成熟期达到最大值。与对照相比,秸秆还田和有机肥的施用增加了根际呼吸的强度,其中OF+S释放量最高,其次是S和OF处理,而NT的平均释放量则为最低。在作物苗期,根际呼吸所占的比例较低,随着拔节期作物的快速生长,根际呼吸逐渐增强,在灌浆期达到最大后开始下降。  轻度盐渍土壤代谢熵高于中度盐渍土。在轻度盐渍土中,玉米季OF+S最高,小麦季S最高;NT在不同收获季节始终最低。在中度盐渍土中,玉米季OF+S始终最高,NT的土壤代谢熵最低,小麦季NF则最低,而CK始终较高。  4、不同调控措施下盐渍农田系统土壤碳平衡  轻度和中度盐渍土中OF+S和S处理对作物的促进作用优于其他处理,增产率较高,基本接近于研究区域内脱盐土同期产量的平均水平。而NT和NF对增加作物的生物量表现不明显。施用有机肥和秸秆还田明显提高了作物植株地上部和地下部的生物量,从而增加了植株各部分对碳的固定。而NT并没有显著增加作物的固定碳量。OF+S与S的作物总固定碳量在玉米季和小麦季分别增加较高。NT增加较低,同时,增施氮肥并没有显著提高作物的固碳能力。  在两季作物种植结束后,各处理的碳输入均高于碳输出,并且总固碳量与总释放量的比值均大于1,说明各处理均为碳净输入,表现出较强的碳汇特征。各优化调控措施下土壤的碳净输入均显著高于CK。NT的碳净输入也相对较高,表明免耕能使土壤积累更多的有机碳而排放更少的CO2。NF与CK相比增加了土壤中碳的净输入,但与其他单项管理措施相比效果不明显。两组试验中各处理的生态系统净生产力均为正值,说明滨海盐渍农田生态系统是大气的碳汇,其中施用有机肥和秸秆还田处理的NEP值较高。轻度盐渍土中NEP的值要高于中度盐渍土。  5、不同调控措施对滨海盐渍农田地力提升与固碳效应评价  各优化调控措施有效地提升了滨海盐渍农田的土壤质量,其中施用有机肥和秸秆还田,尤其是二者混合使用在很大程度上提升了滨海盐渍农田的地力水平,改善了土壤质量,促进盐碱农业的高效利用。在滨海盐渍农田采取不同的调控管理措施后,土壤的有机碳含量、固碳速率与潜力均有所增加。中度盐渍土土壤的固碳速率与固碳潜力不及轻度盐渍土。  秸秆还田与施用有机肥为滨海滩涂农田土壤盐分和养分调控的最优处理,在一定程度上可有效地改善土壤的质量状况,因此,本文建议考虑将施用有机肥和秸秆还田措施在苏北滨海农田区域推广应用,以期达到既能提高盐渍农田生态系统的固碳潜力,又能提升盐渍土壤的改良效果和作物生产量的目的。
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