不同秸秆还田方式对坡耕地土壤CO2与N2O排放的影响

来源 :河南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wang218
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近年来,温室效应引起的全球变暖,海平面上升和极端天气的出现等问题已经日益威胁到人类的生存和发展。温室气体排放是造成温室效应的一个重要原因,而农田土壤是温室气体重要的排放源,同时农田生态系统也是受人为干扰最强烈的陆地生态系统,各种农业措施都会对温室气体排放产生重要影响。秸秆还田作为一种重要的保护性农业措施,正在越来越多的被应用于农业生产中。目前已有较多关于保护性耕作措施对土壤温室气体排放的研究,但对侵蚀坡耕地农田的温室气体排放研究还不够深入,尤其缺乏对不同秸秆还田方式引起的坡地温室气体排放空间异质性的研究。土壤呼吸作为构成陆地生态系统碳循环的一个重要部分,每年释放的CO2量约为80-100 Pg,成为仅次于光合作用的第二大碳通量。农田生态系统的土壤呼吸是土壤碳排放最重要组成部分之一,因此深入了解农田土壤呼吸的影响因素及其控制机制,对我们准确估算碳收支、制定全球气候变化和温室气体减排措施具有重要的指导意义。黄土高原在我国是水土流失最严重的区域之一,也是我国农业历史最为悠久的地区,该地区为雨养型为主的农业生产区,降雨分布不均、土壤质地疏松、生产力低下。保护性耕作技术是针对传统耕作弊端而发展起来的一项节水抗旱、保肥增收的新技术,通过秸秆覆盖还田可改变农田土壤温度、土壤水分和土壤微生物活性,从而影响土壤CO2排放量和土壤有机体含量。本论文以豫西黄土高原典型雨养农田坡耕地为研究对象,通过野外原位测定和室内模拟相结合的方法、系统分析了不同秸秆还田方式对坡耕地农田土壤温度、土壤水分、土壤CO2和N2O排放及土壤活性有机碳含量的影响,以期为评价不同秸秆还田方式对农田土壤温室气体排放的影响提供理论依据,主要研究结果如下:(1)不同秸秆还田方式对土壤呼吸的影响不同秸秆还田方式处理对土壤呼吸有较大的影响,秸秆还田与常规耕作处理相比,明显促进了土壤呼吸作用,特别是在温度水分较高时段表现更为明显,而秸秆覆盖与常规耕作处理间全年土壤CO2累积排放量没有明显差异;不同处理的不同坡位间土壤呼吸也存在明显差异,都表现为坡下>坡中>坡上,秸秆的输入使土壤呼吸空间异质性程度增强;土壤温度与土壤呼吸存在极显著的指数相关关系,土壤水分与土壤呼吸存在极显著的线性相关关系,而秸秆覆盖处理下的土壤温度、土壤水分与土壤呼吸之间的相关性更为显著;与秸秆还田和常规耕作处理相比,秸秆覆盖处理对土壤温度表现出促进和抑制的双重作用。不同秸秆还田方式下土壤活性有机碳含量也存在差异,随着秸秆的施入,可显著更加土壤活性有机碳含量,尤其是在土壤温度和水分较高时段;不同处理下土壤活性有机碳含量也存在空间异质性,不同坡位表现为坡下>坡中>坡上。(2)不同秸秆组分的添加对土壤N2O排放的影响通过室内培养实验,研究玉米秸秆不同构件及按比例混合添加对土壤N2O排放的影响。实验设置无枯落物土壤对照(CK)及四种枯落物添加处理:茎+土壤(CKS)、叶+土壤(CKL)、鞘+土壤(CKLS)、混合枯落物(茎:叶:鞘=5:3:2)+土壤(CKM)。研究结果表明,培养初期添加枯落物对土壤N2O产生激发作用,培养6d之后趋于稳定,但各添加枯落物处理高于对照;培养结束各添加不同构件及混合枯落物土壤N2O累积排放量都显著增加(p<0.05),添加茎和混合枯落物土壤N2O排放量显著高于添加叶和鞘枯落物(p<0.05)。枯落物混合对土壤N2O排放的影响在培养前期(10-28d)有一定的促进作用,培养后期不同枯落物之间无相互作用。培养结束后各枯落物全氮含量显著高于初始值,C/N显著低于初始值(p<0.05)。枯落物混合培养结束后剩余质量实测值低于预测值,全氮含量实测值高于预测值,枯落物碳氮比实测值低于预测值,土壤N2O累积排放量差异不显著,表明枯落物混合有利于枯落物分解和氮累积,但是对N2O累积排放影响不大。CKM(土壤+混合)>CKL(土壤+叶)>CKLS(土壤+鞘)。土壤N2O累积排放量的49%-87%是在枯落物添加的培养初期(1-6d),土壤N2O的排放与枯落物初始氮含量呈正比,与枯落物初始C/N呈反比;混合枯落物的添加与各组分枯落物相比在培养初期对土壤N2O排放有抑制作用,对枯落物的分解有显著的促进作用。(3)秸秆不同组分的添加对土壤有机碳矿化及土壤活性有机碳含量的影响不同组分及混合枯落物添加都明显促进土壤有机碳矿化,培养结束后土壤累积矿化量分别为CK处理的2.88倍(CKS),2.13倍(CKL),2.84倍(CKLS)和3.04倍(CKM)。各添加枯落物处理土壤有机碳矿化整体可分为快速分解阶段(1-28d)和缓慢分解阶段(28d至培养结束)。枯落物混合对土壤有机碳矿化有明显促进作用,培养结束土壤有机碳矿化累积排放量实测值显著高于预测值,且促进作用主要是由培养初期快速分解阶段导致的。培养结束后,各添加枯落物有机碳含量变化不大,全氮含量显著增加,茎、叶、鞘和混合枯落物分别比培养前增加42%、41%、108%和80%。C/N显著降低,茎、叶、鞘和混合枯落物分别为培养前的72%,68%,47%和39%。混合枯落物剩余质量和C/N预测值明显高于实测值,全氮含量预测值明显低于实测值。培养结束后CKS处理土壤微生物碳含量明显高于其他几种处理,其它几种处理差异不显著;添加枯落物处理土壤微生物量氮明显降低,相应的土壤微生物量C/N增大,CKS,CKL和CKM处理与CK处理差异达到显著水平。土壤可溶性有机碳(DOC)含量CKLS和CKM处理明显高于其他三种处理,CKS与CKL处理与对照差异不显著。
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