寒地旱作秸秆还田腐解规律及土壤CO_2排放的研究

【摘要】：土壤呼吸是全球陆地生态系统碳循环的重要环节,是全球气候变化的关键生态过程,而陆地生态系统中农田生态系统占有重要的地位。秸秆还田后可有效减少农田秸秆露天焚烧,并且秸秆腐解后大量营养元素可释放到土壤中,维持土壤养分平衡,同时秸秆还田对农田固碳减排起着积极作用,促进农业可持续的发展。本试验针对东北寒地旱作农田生态条件,采用尼龙网袋法研究了还田秸秆埋入垄行和覆盖地表两种处理方式下,大豆和玉米秸秆还田后的腐解规律及其养分的释放特征,并以大豆-玉米-玉米轮作农田为研究对象,设置了五种耕作措施(覆盖少耕、覆盖免耕、留茬少耕、留茬免耕和翻耕),采用静态箱法研究了五种耕作措施下玉米农田土壤CO2排放的季节规律,分析了温度、水分、秸秆覆盖对土壤CO2排放的影响,估算了各耕作措施下的农田归还碳量与土壤CO2排放碳的差值。结果表明:还田的大豆和玉米秸秆腐解率变化规律均表现为还田第一年腐解最快,腐解率可达38.31%~60.63%,第二年腐解率达65.81%~86.27%,第三年腐解率达81.96%~92.67%,秸秆还田第一年中,以5月至8月腐解最快,第二年月份间没表现出规律性。埋入垄行方式的大豆秸秆还田第一年、第二年、第三年腐解率分别较覆盖地表方式高25.82%、20.46%、9.50%;埋入垄行方式的玉米秸秆还田第一年、第二年、第三年腐解率分别较覆盖地表方式高22.10%、22.83%、9.74%。还田大豆和玉米秸秆中营养元素释放率大小均为:KCPN;秸秆还田一年后,大豆秸秆埋入垄行和覆盖地表处理C、N、P、K累积释放量分别为66.43%和58.31%、32.64%和30.32%、48.36%和41.67%、89.72%和72.06%;玉米秸秆埋入垄行和覆盖地表处理C、N、P、K释放量分别为57.57%和36.87%、44.04%和23.56%、68.86%和47.05%、95.06%和80.43%。还田秸秆经三年腐解后,大豆秸秆埋入垄行和覆盖地表处理C、N、P、K累积释放量分别为92.44%和83.16%、87.40%和77.66%、93.49%和87.52%、99.07%和94.48%;玉米秸秆埋入垄行和覆盖地表处理C、N、P、K累积释放量分别为91.39%和82.06%、89.43%和76.82%、92.87%和83.32%、99.13%和96.64%。大豆秸秆中纤维素分解率高于半纤维素、木质素,而玉米的半纤维素分解率高于纤维、木质素;大豆秸秆和玉米秸秆中木质素含量都有一个先增加后减少的过程,三年腐解后大豆秸秆木质素分解率高于玉米秸秆。秸秆还田一年后,大豆和玉米秸秆纤维素、半纤维、木质素分解率分别达到45.98%~71.55%、50.12%~73.76%、15.78%~35.55%。经三年腐解后大豆和玉米秸秆纤维素、半纤维、木质素分解率分别达到82.32%~95.42%、85.85%~94.91%、60.57%~91.38%。五种耕作处理的土壤CO2排放受季节变化明显,CO2通量的最小值出现在观测初期(4月)和观测末期(11月),在夏季(6、7、8月)CO2排放通量在2a中都是处于较高的水平。2a平均的土壤CO2排放最大通量和2a平均的土壤CO2排放平均通量大小顺序均为:NTSMTSCTMTNT,秸秆还田可以明显增加土壤CO2排放。土壤CO2排放通量与土壤温度指数方程、二次方程模拟效果良好。土层温度与土壤CO2排放通量拟合后R2大小为:20cm15cm10cm5cm,说明土壤20cm的温度能够更好的解释温度与土壤CO2排放通量的关系,指数方程拟合效果较二次方程好。试验中表层土壤(5cm)体积含水量与各处理CO2排放通量相关性分析的结果显示,MTS、NTS和CT的CO2排放通量与表层土壤水分关系显著,但MT和NT处理的CO2排放通量与表层土壤水分关系不显著。两年试验,秸秆覆盖少耕和覆盖免耕处理的还田碳较土壤CO2排放碳量分别多4495kg C·hm-2和4093kg C·hm-2,留茬少耕、留茬免耕和翻耕处理的还田碳较土壤CO2排放碳量分别少801kg C·hm-2、611 kg C·hm-2和1109 kg C·hm-2。 【关键词】：秸秆还田 养分释放 土壤CO2排放 土壤碳平衡
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S141.4
【目录】：

• 摘要8-10
• 英文摘要10-13
• 1 前言13-20
• 1.1 目的与意义13-14
• 1.2 国内外研究动态14-20
• 1.2.1 秸秆还田研究现状14
• 1.2.2 秸秆腐解特征及其影响因素14-15
• 1.2.3 土壤CO_2排放研究方法15-16
• 1.2.4 土壤CO_2排放的影响因子16-18
• 1.2.5 土壤CO_2排放与碳平衡18-20
• 2 材料与方法20-23
• 2.1 试验区概况20
• 2.2 试验处理20-21
• 2.2.1 秸秆腐解试验20
• 2.2.2 农田土壤CO_2排放试验20-21
• 2.3 测定方法21-22
• 2.3.1 秸秆养分的测定21
• 2.3.2 土壤速效养分的测定21
• 2.3.3 土壤CO_2排放通量测定21-22
• 2.3.4 温度、水分测定22
• 2.4 数据统计分析22-23
• 3 结果分析23-61
• 3.1 还田秸秆残余物和养分变化动态23-46
• 3.1.1 还田秸秆残余物变化动态23-26
• 3.1.2 还田秸秆碳素释放动态26-29
• 3.1.3 还田秸秆氮素释放动态29-32
• 3.1.4 还田秸秆磷素释放动态32-34
• 3.1.5 还田秸秆钾素释放动态34-37
• 3.1.6 还田秸秆中纤维素、半纤维素、木质素的变化动态37-46
• 3.2 农田土壤CO_2排放规律46-57
• 3.2.1 农田CO_2排放日变化及季节变化规律46-49
• 3.2.2 农田CO_2排放与温度的关系49-56
• 3.2.3 农田CO_2排放与水分的关系56-57
• 3.3 秸秆还田对土壤CO_2排放总量的影响57-59
• 3.3.1 农田土壤CO_2排放总量估算57-58
• 3.3.2 还田秸秆对农田土壤CO_2排放的贡献58-59
• 3.4 秸秆还田对农田土壤碳平衡的影响59-61
• 3.4.1 秸秆还田对土壤还田碳量的影响59-60
• 3.4.2 秸秆还田对土壤还田碳与CO_2排放碳差值的影响60-61
• 4 讨论61-65
• 4.1 秸秆还田养分释放特点61-62
• 4.2 土壤CO_2排放的日变化62
• 4.3 土壤CO_2排放的季节变化62-63
• 4.4 秸秆还田下土壤CO_2排放的影响因素63
• 4.5 农田土壤碳平衡63-65
• 5 结论65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-75
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文75

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

氮肥与秸秆还田对陕西关中灌区冬小麦农田CO_2排放的影响    王少杰;高鹏程;林文;杨宪龙;梁婷;同延安;

水稻秸秆腐解规律及养分释放特征    罗文丽;周柳强;谭宏伟;李伏生;

连续全量秸秆还田与氮肥用量对农田土壤养分的影响    汪军;王德建;张刚;王灿;

长期施肥对华北平原农田土壤呼吸及碳平衡的影响    牛灵安;郝晋珉;张宝忠;牛新胜;吕振宇;

不同水稻栽培模式下小麦秸秆腐解特征及对土壤生物学特性和养分状况的影响    武际;郭熙盛;鲁剑巍;万水霞;王允青;许征宇;张晓玲;

不同灌溉方式冬小麦农田生态系统碳平衡研究    牛海生;李大平;张娜;郝维维;徐文修;张娜;张洋;赵有来;胡春辉;

耕作方式对玉米秸秆腐解影响的研究    张宇;陈阜;张海林;陈继康;

作物冠层内二氧化碳源、流研究的现状与展望    杜宝华

小麦和玉米秸秆腐解特点及对土壤中碳、氮含量的影响    南雄雄;田霄鸿;张琳;游东海;吴玉红;曹玉贤;

气象因子对麦田土壤呼吸速率影响的通径分析    江晓东;李永秀;

UV-B辐射增强对大麦田土壤呼吸的影响    张富存;江晓东;

苜蓿草地土壤呼吸及其对环境响应的研究    庞莹莹;邓波;张英俊;杨世超;马学敏;刘蒙;

草地生态系统温室气体排放机理及影响因素    陈先江;王彦荣;侯扶江;

土壤温、湿度对长白山阔叶红松林不同土壤层呼吸速率的影响    张晓静;关德新;吴家兵;王安志;袁凤辉;

松嫩平原典型黑土分布区土壤呼吸研究    刘国栋;杨柯;崔玉军;李瑛;

科尔沁沙地土壤呼吸空间分布及其变化特征研究    柴汉魁;冯金朝;景元霞;

(土娄)土剖面CO_2释放通量的变异特征    夏发生;王益权;刘军;徐海;

温度和土壤水分对祁连山青海云杉林土壤呼吸的影响    彭家中;常宗强;冯起;

亚热带单季稻区紫云英不同翻压量下有机碳和养分释放特征    王飞;林诚;李清华;何春梅;林新坚;李昱;

影响土壤呼吸速率的气象因子的通径分析    江晓东;李增嘉;李永秀;

秸秆还田在盐渍土改良中的研究进展与前景分析    吴从稳;陈小兵;金海珠;孙运朋;颜坤;张立华;

黄土高原农业土地利用对土壤呼吸与有机碳贮量的影响    陈先江

城市不同植被类型土壤呼吸与微生物量碳研究    张鸽香

黄土高原半干旱区两典型森林群落土壤呼吸动态特征研究    时伟宇

黄土高原草地与农田系统土壤呼吸及碳平衡    李旭东

农田土壤空气CO_2动态和土壤——大气界面CO_2释放的研究    戴万宏

内蒙古锡林河流域草原群落土壤呼吸的时空变异及其影响固子研究    陈全胜

中国农田土壤碳氮变化及氮素对稻麦作物固碳效益的影响    孙文娟

北亚热带次生栎林与火炬松人工林土壤碳动态研究    王国兵

三种相思树人工林凋落物养分归还功能及碳平衡研究    潘辉

不同生态系统土壤呼吸与环境因子的关系研究    李洪建

秸秆还田条件下土壤活性有机碳、氮与作物生长间关系动态研究    陈浩

有机培肥对渭北旱塬农田土壤环境及冬小麦生长的影响    卫婷

豆科绿肥—冬小麦轮作提高小麦产量和营养元素含量的效应与土壤机制    杨宁

重金属污染及污染秸秆施用对土壤质量影响的研究    高秀丽

秸秆还田条件水肥耦合对水稻生长及土壤总氮流失的影响    陈立冬

不同耕作方式与秸秆还田方式对稻麦轮作农田土壤养分及碳库的影响    张四伟

有机物料对酿酒葡萄园土壤改良培肥效应及合理施用技术研究    郭洁

黄泥田有机培肥效应及机理研究    荣勤雷

秸秆还田对植烟土壤理化性质及生物学特性影响研究    薄国栋

紫色土氮素初级转化速率与氮去向的关系及其调控措施研究    杨佳嘉

不同还田方式作物秸秆腐解特征研究    王允青;郭熙盛;

草地生态系统碳循环研究进展    钟华平,樊江文,于贵瑞,韩彬,胡中民,岳燕珍,梁飚

草地农业生态系统中的碳循环研究动态    林慧龙,王军,徐震,陈钟

不同还田方式下大豆秸秆腐解特征研究    匡恩俊;

草地生态系统土壤呼吸研究进展    刘立新,董云社,齐玉春

土壤碳储量减少:中国农业之隐患──中美农业生态系统碳循环对比研究    李长生

耕作措施对陕西耕作土壤碳储量的影响模拟    张凡;李长生;王政;

国际地球科学发展态势    孙成权,曲建升

我国农田土壤碳库演变研究:全球变化和国家粮食安全    潘根兴,赵其国

新疆滴灌春小麦需水规律初步研究    王振华;王克全;葛宇;何新林;

不同温湿度条件下土壤有机质和秸秆分解规律与模拟    孙承运

农田条件下麦秸的生物分解过程及分析    李云乐

玉米秸秆腐解过程物质组成及胡敏酸的动态变化Ⅰ.物质组成的动态变化    王旭东,于天富,陈多仁,殷宪强

粪肥腐解过程中不同溶性腐殖质态铜、锌变化及其结合竞争    刘帅;卢丽兰;张俊峰;刁世勇;王旭东;

农田不同肥力条件下玉米秸秆腐解效果    王旭东;陈鲜妮;王彩霞;田霄鸿;吴发启;

蓝藻自然腐解特性研究    赵悬悬;朱光灿;许丽娟;吕锡武;

常温条件一种速腐剂对玉米秸秆的腐解效果    杜金钟;孙美然;赵志兰;邢素丽;

植物物料的化学组成和腐解条件对新形成腐殖质的影响    程励励,文启孝,吴顺令,徐宁

植物残体腐解物能态特征及其与组分的关系    陈思根,张一平,白锦鳞,李艳霞

植物残体腐解过程腐解物热解特征的研究    白锦鳞,张一平,陈思根,杜建军,李叙勇,杜建平

玉米秸秆腐解过程的红外光谱研究    吴景贵，席时权，曾广赋，汪冬梅,姜岩，王明辉

复合污染旱田黄土中还田秸秆动态腐解的光谱学特性    范春辉;张颖超;许吉婷;王家宏;

粪肥腐解过程铜锌的形态分布及其竞争关系    王旭东;卢丽兰;

不同用量速腐剂对玉米秸秆的腐解效果    杜金钟;孙美然;赵志兰;邢素丽;

气候和土壤类型对秸秆长期腐解过程中秸秆组成与微生物群落结构协同演变的影响    孙波;王晓玥;蒋瑀霁;汪峰;

有机物料不同腐解期胡敏酸的性质变化    王旭东;胡田田;陈多仁;张一平;

不同水氮条件下不同微生物腐解剂对玉米秸秆腐解效果研究    王凌;郝桂琴;何玲;耿暖;茹淑华;孙世友;张国印;

烤烟秸秆快速腐解还田    省土壤肥料工作站供稿

秸秆还田五注意    王信

秸秆还田“五注意”    薛志成

秸秆还田和施氮量对寒地水稻生长及土壤养分的影响    王麒

秸秆还田的土壤有机碳周转特征    王金洲

水稻秸秆还田腐解规律及土壤养分特性的研究    闫超

牛粪有机肥培肥土壤的机理及不同作物的激发效应    孟安华

培养条件下小麦及玉米秸秆在土壤中的腐解特性研究    Shaukat Ali Abro

大蒜秸秆腐解物化感作用研究及化感物质鉴定    韩旭

秸秆腐解菌剂和微生物产电过程对稻田土壤温室气体排放的影响    蔡旅程

水生植物腐解—生长—水质的耦合关系研究    马月

秸秆腐解液对玉米幼苗根际土壤生态微环境的影响    乔天长

寒地旱作秸秆还田腐解规律及土壤CO_2排放的研究    李中韬

不同还田模式下黄土高原旱作农田秸秆腐解特征及养分释放规律研究    岳丹

还田麦秸腐解动态及其与施氮的关系    路平

广西主要作物秸秆腐解特征研究    罗文丽

植物残体腐解过程物质组成与能量变化特征    赵聪

水稻与小麦两种秸秆及其组分在淹水土壤中腐解进程的差异    徐一然

不同作物残体在不同土壤中的腐解和养分释放速率研究    邵丽