生物炭对黑土团聚体稳定性的影响机制

来源 :南京信息工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lingling850502
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
东北黑土区在我国商品粮领域中处于不可替代的地位,也是我国的大粮仓。距今为止,土壤保水能力下降,有机质减少,团聚体结构退化严重,直接威胁粮食持续增产。生物炭作为新型土壤改良剂,性质稳定不易分解,在土壤退化修复方面有着广阔的前景。本试验选取2011年中科院海伦实验站建立的生物炭还田培肥土壤长期定位试验的2个处理:传统农田施氮磷钾化肥(CK)和传统农田施用氮磷钾配施生物炭(BC),每个处理3次重复。研究生物炭对黑土团聚体粒径分布和稳定性、不同粒级团聚体和密度组分的有机质含量、各组分有机质结构以及细菌群落结构的影响,深入揭示黑土团聚体的稳定性及其机制,旨在为生物炭改良东北黑土提供理论基础。本研究主要结论如下:(1)生物炭增加了0.5~1mm粒级团聚体含量,促进了<0.25mm粒级团聚体向大团聚体团聚化,提高了团聚体稳定性生物炭使0.5~1mm粒级大团聚体含量显著增加50.47%,而0.053~0.25mm和<0.053mm粒级团聚体含量分别降低了24.43%和19.95%,促进了小团聚体向大团聚体团聚化。土壤密度组分中轻组含量增加,有利于该组分储存有机质。生物炭显著提高了平均重量直径、几何平均直径和大于0.25mm粒级团聚体含量,降低了分形维数,提高了黑土团聚体稳定性。相关性分析表明施加生物炭提高黑土团聚体稳定性应该注重0.5~1mm、0.053~0.25mm和<0.053mm这三个粒级团聚体含量的变化。(2)生物炭增加了土壤有机质、全氮含量和C/N,增强了团聚体稳定性生物炭提高了全土的有机质、全氮含量和C/N,<1mm粒级各团聚体有机质含量、全氮含量和碳氮比均显著增加,同时提高了土壤团聚体0.5~1mm粒级的碳氮贡献率,降低了<0.25mm粒级贡献率。逐步回归分析表明生物炭促进了碳氮养分向大团聚体转移,对提高大团聚体的土壤固碳以及有机碳氮的再分配有重要意义。生物炭显著增加了轻组有机质含量、全氮含量和碳氮比,促进了该组分的碳氮循环。生物炭通过提高土壤碳氮含量和阳离子交换量,间接促进了土壤团聚体稳定性的提高。(3)生物炭使原土和大团聚体有机质结构趋于脂肪化,微团聚体有机质稳定性提高生物炭增加了全土脂肪族-CH、醇酚-OH和多糖C-O的相对丰度,减少了芳香族C=C和羰基C=O,-CH/C=C和-CH/C=O比值升高。在>2mm粒级团聚体中,脂肪族-CH和醇酚-OH相对丰度增加,芳香族C=C和羰基C=O减少;在<0.25mm粒级中变化相反。由主成分分析可知,生物炭使全土和大团聚体中的有机质结构趋于脂肪化,同时促进了小粒级团聚体中有机质稳定性的提高。在密度组分中,生物炭增强了轻组有机质活性,有利于加快土壤有机质的周转更新。(4)生物炭增加放线菌门和芽孢单菌门相对丰度,降低β和γ-变形菌纲相对丰度,促进了团聚体的稳定生物炭在门、纲和属水平上均改变了细菌群落多样性和丰富度。放线菌门和芽孢单菌门相对丰度分别提高了57.61%和20.93%,促进了团聚体形成和稳定性的提高。生物炭增强了硝化细菌属的活性,增加了土壤中的氮有效性。土壤中β和γ-变形菌纲的相对丰度分别显著降低48.59%和182.21%,对提高土壤的固氮能力有重要作用。生物炭显著增加了放线菌属的相对丰度,促进放线菌在碳循环过程中分解有机物。生物炭对土壤细菌群落结构的长期效应是由其对土壤p H、有机碳、全氮以及C/N的改变而间接驱动。综上所述,生物炭通过影响土壤理化性质和细菌群落丰度来共同提高团聚体稳定性,综合揭示了生物炭对黑土团聚体稳定性的影响机制。土壤团聚体稳定性的增强有助于土壤整体功能的提升和促进生态修复进程,施加生物炭是东北土壤改良的有效措施,可在修复传统农田中推广使用。
其他文献
环境空气颗粒物的源成分谱不仅可以反映颗粒物中的元素浓度及其污染程度,还可以为颗粒物的源解析提供必要的成分数据,是防治大气颗粒物污染的重要依据。开放源扬尘(包括道路扬尘、施工扬尘和土壤扬尘)是城市大气颗粒物最重要的贡献者之一,其携带的有毒金属等污染物对人类健康具有潜在威胁,因此不同种类的开放源颗粒物的化学成分、污染物来源和健康风险值得研究。本研究在中国东部重点城市南京共采集了多种典型的开放源扬尘,包
学位
为了探明褐飞虱虫源地的水稻物候期变化对中国华南、西南稻区褐飞虱年内首次迁入峰(简称首迁峰)的影响,更好地监测预警中国褐飞虱种群的早期迁入和为害,本文利用中国褐飞虱逐日灯诱数据,统计了2001-2019年中国华南和西南稻区历年褐飞虱最早、平均、最晚首迁峰的发生期,逆推了各首迁峰的迁飞轨迹和主要虫源区;结合同期中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution Imaging Spectror
学位
为了揭示东北地区作物籽粒品质对大气CO2浓度和温度升高的响应,于2019年在中国科学院海伦农业生态试验站气候变化模拟平台开展大田试验。试验采用OTC裂区设计,主区设置对照a Ta CO2(温度为试验区正常气温,CO2浓度值为400μmol mol-1)、增温e Ta CO2(温度为试验区正常气温值+2℃,CO2浓度值为400μmol mol-1),温度和CO2浓度复合增加e Te CO2(温度为试
学位
贵州是暴雨洪涝灾害多发频发区,主要是由于降水异常偏多、强度过大以及贵州特殊地形下降水累积效应引发的,近年来随着极端天气气候事件的不断加剧,贵州局地暴雨引发的灾害程度逐年增加。暴雨灾害风险评估作为一项基础性研究工作,越来越受到政府及公众的重视,科学的评估贵州暴雨灾害风险,对政府科学决策暴雨灾害防御工作和公众科学避灾具有十分重要的意义。本文利用1991-2020年贵州84气象站逐日降水数据,结合社会经
学位
水稻是中国乃至世界重要的粮食作物,水稻物候发育的准确模拟对改善稻田管理、预防水稻气象灾害和保障我国粮食安全具有重要意义。ORYZA2000模型以积温学说为基础,即假设水稻完成某个物候发育阶段需要一定的有效热量(Effective Heat),然后通过累计逐日热效应判断何时完成发育阶段和模拟发育进程。然而,有效热量的计算依赖温度影响函数,该函数的定义和参数值的确定很大程度上决定了模型的模拟精度。本研
学位
总初级生产力(Gross Primary Productivity,GPP)、蒸散(Evapotranspiration,ET)是碳水循环的重要组成部分,水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)将碳循环和水循环紧密结合,是评价碳水循环和植被用水状况的重要指标。GPP、ET和WUE的变化特征与影响因子存在明显的区域特征,对气候变化的响应也存在区域差异。淮河流域是我国重要的农业
学位
全球气候变化和人为的农业管理措施对农田土壤碳库产生了重要影响。增强农田的固碳能力,推动秸秆还田是推进实现农业双碳事业的重要途径。然而,关于增温和秸秆还田及其复合处理下的农田土壤碳平衡的响应研究中还缺乏对土壤碳平衡过程中各项的分析和定量估算。为此,本研究以2019年11月~2021年10月南京信息工程大学农业气象实验站的原位观测数据,基于土壤呼吸及土壤温湿度、作物叶片SPAD和株高等潜在影响因素,研
学位
背景大气远离局地排放源,其污染主要来自区域污染输送,能够有效地揭示采样点所在大区域范围内的人类活动对大气成分的影响。对我国背景大气已有的研究缺乏对大气颗粒物碳质组分及其有机组分的组成特征、浓度和来源解析方面相关的研究报道。本研究选取了5个由中国气象局建成的区域大气本底站:龙凤山、上甸子、瓦里关、金沙和临安进行同步观测,提供了不同区域背景大气中碳质气溶胶和有机化合物浓度和组成特征等相关数据,并对碳质
学位
稻田是甲烷(CH4)重要的排放源之一,约占全球农业生态系统CH4排放量的30%。微生物介导的甲烷好氧氧化是控制稻田CH4排放的重要途径。目前大气中二氧化碳(CO2)浓度已经从工业革命前的280μL L-1急剧上升至413.93μL L-1。持续升高的CO2会通过生物和非生物因素(如土壤碳输入和无机氮含量等的改变)间接对甲烷氧化菌产生影响。然而目前国内外关于稻田甲烷氧化过程对大气CO2浓度升高的响应
学位
祁连山国家公园是保障我国西北部地区生态平衡的天然屏障,同时也是第一批国家公园体制试点区之一。水热要素作为贯穿祁连山陆地生态系统演化过程中的两大控制因子,决定了研究区生态环境的本底格局,也影响着区域山地-绿洲-荒漠耦合系统的良性循环与可持续发展。基于此,以多源数据为输入构建标准化降水蒸散指数、遥感生态环境指数以及耦合协调模型,研究祁连山国家公园生态环境演变,并探讨研究区水热状况与生态环境耦合协调关系
学位