不同秸稈還田方式對坡耕地土壤CO2與N2O排放的影響.pdf

1、近年來,溫室效應(yīng)引起的全球變暖,海平面上升和極端天氣的出現(xiàn)等問題已經(jīng)日益威脅到人類的生存和發(fā)展。溫室氣體排放是造成溫室效應(yīng)的一個(gè)重要原因,而農(nóng)田土壤是溫室氣體重要的排放源,同時(shí)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)也是受人為干擾最強(qiáng)烈的陸地生態(tài)系統(tǒng),各種農(nóng)業(yè)措施都會對溫室氣體排放產(chǎn)生重要影響。秸稈還田作為一種重要的保護(hù)性農(nóng)業(yè)措施,正在越來越多的被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。目前已有較多關(guān)于保護(hù)性耕作措施對土壤溫室氣體排放的研究,但對侵蝕坡耕地農(nóng)田的溫室氣體排放研究還不夠深

2、入,尤其缺乏對不同秸稈還田方式引起的坡地溫室氣體排放空間異質(zhì)性的研究。
　　土壤呼吸作為構(gòu)成陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的一個(gè)重要部分,每年釋放的CO2量約為80-100 Pg,成為僅次于光合作用的第二大碳通量。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的土壤呼吸是土壤碳排放最重要組成部分之一,因此深入了解農(nóng)田土壤呼吸的影響因素及其控制機(jī)制,對我們準(zhǔn)確估算碳收支、制定全球氣候變化和溫室氣體減排措施具有重要的指導(dǎo)意義。
　　黃土高原在我國是水土流失最嚴(yán)重的區(qū)域之一,

3、也是我國農(nóng)業(yè)歷史最為悠久的地區(qū),該地區(qū)為雨養(yǎng)型為主的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū),降雨分布不均、土壤質(zhì)地疏松、生產(chǎn)力低下。保護(hù)性耕作技術(shù)是針對傳統(tǒng)耕作弊端而發(fā)展起來的一項(xiàng)節(jié)水抗旱、保肥增收的新技術(shù),通過秸稈覆蓋還田可改變農(nóng)田土壤溫度、土壤水分和土壤微生物活性,從而影響土壤CO2排放量和土壤有機(jī)體含量。本論文以豫西黃土高原典型雨養(yǎng)農(nóng)田坡耕地為研究對象,通過野外原位測定和室內(nèi)模擬相結(jié)合的方法、系統(tǒng)分析了不同秸稈還田方式對坡耕地農(nóng)田土壤溫度、土壤水分、土壤CO

4、2和N2O排放及土壤活性有機(jī)碳含量的影響,以期為評價(jià)不同秸稈還田方式對農(nóng)田土壤溫室氣體排放的影響提供理論依據(jù),主要研究結(jié)果如下:
　　(1)不同秸稈還田方式對土壤呼吸的影響
　　不同秸稈還田方式處理對土壤呼吸有較大的影響,秸稈還田與常規(guī)耕作處理相比,明顯促進(jìn)了土壤呼吸作用,特別是在溫度水分較高時(shí)段表現(xiàn)更為明顯,而秸稈覆蓋與常規(guī)耕作處理間全年土壤CO2累積排放量沒有明顯差異;不同處理的不同坡位間土壤呼吸也存在明顯差異,都表現(xiàn)為

5、坡下＞坡中＞坡上,秸稈的輸入使土壤呼吸空間異質(zhì)性程度增強(qiáng);土壤溫度與土壤呼吸存在極顯著的指數(shù)相關(guān)關(guān)系,土壤水分與土壤呼吸存在極顯著的線性相關(guān)關(guān)系,而秸稈覆蓋處理下的土壤溫度、土壤水分與土壤呼吸之間的相關(guān)性更為顯著;與秸稈還田和常規(guī)耕作處理相比,秸稈覆蓋處理對土壤溫度表現(xiàn)出促進(jìn)和抑制的雙重作用。不同秸稈還田方式下土壤活性有機(jī)碳含量也存在差異,隨著秸稈的施入,可顯著更加土壤活性有機(jī)碳含量,尤其是在土壤溫度和水分較高時(shí)段;不同處理下土壤活性有

6、機(jī)碳含量也存在空間異質(zhì)性,不同坡位表現(xiàn)為坡下＞坡中＞坡上。
　　(2)不同秸稈組分的添加對土壤N2O排放的影響
　　通過室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn),研究玉米秸稈不同構(gòu)件及按比例混合添加對土壤N2O排放的影響。實(shí)驗(yàn)設(shè)置無枯落物土壤對照(CK)及四種枯落物添加處理:莖+土壤(CKS)、葉+土壤(CKL)、鞘+土壤(CKLS)、混合枯落物(莖∶葉∶鞘=5∶3∶2)+土壤(CKM)。研究結(jié)果表明,培養(yǎng)初期添加枯落物對土壤N2O產(chǎn)生激發(fā)作用,培養(yǎng)6

7、d之后趨于穩(wěn)定,但各添加枯落物處理高于對照;培養(yǎng)結(jié)束各添加不同構(gòu)件及混合枯落物土壤N2O累積排放量都顯著增加(p＜0.05),添加莖和混合枯落物土壤N2O排放量顯著高于添加葉和鞘枯落物(p＜0.05)。枯落物混合對土壤N2O排放的影響在培養(yǎng)前期(10-28d)有一定的促進(jìn)作用,培養(yǎng)后期不同枯落物之間無相互作用。培養(yǎng)結(jié)束后各枯落物全氮含量顯著高于初始值,C/N顯著低于初始值(p＜0.05)?？萋湮锘旌吓囵B(yǎng)結(jié)束后剩余質(zhì)量實(shí)測值低于預(yù)測值,全

8、氮含量實(shí)測值高于預(yù)測值,枯落物碳氮比實(shí)測值低于預(yù)測值,土壤N2O累積排放量差異不顯著,表明枯落物混合有利于枯落物分解和氮累積,但是對N2O累積排放影響不大。CKM(土壤+混合)＞CKL(土壤+葉)＞CKLS(土壤+鞘)。土壤N2O累積排放量的49％-87％是在枯落物添加的培養(yǎng)初期(1-6d),土壤N2O的排放與枯落物初始氮含量呈正比,與枯落物初始C/N呈反比;混合枯落物的添加與各組分枯落物相比在培養(yǎng)初期對土壤N2O排放有抑制作用,對枯落

9、物的分解有顯著的促進(jìn)作用。
　　(3)秸稈不同組分的添加對土壤有機(jī)碳礦化及土壤活性有機(jī)碳含量的影響
　　不同組分及混合枯落物添加都明顯促進(jìn)土壤有機(jī)碳礦化,培養(yǎng)結(jié)束后土壤累積礦化量分別為CK處理的2.88倍(CKS),2.13倍(CKL),2.84倍(CKLS)和3.04倍(CKM)。各添加枯落物處理土壤有機(jī)碳礦化整體可分為快速分解階段(1-28d)和緩慢分解階段(28d至培養(yǎng)結(jié)束)。枯落物混合對土壤有機(jī)碳礦化有明顯促進(jìn)作用,

10、培養(yǎng)結(jié)束土壤有機(jī)碳礦化累積排放量實(shí)測值顯著高于預(yù)測值,且促進(jìn)作用主要是由培養(yǎng)初期快速分解階段導(dǎo)致的。培養(yǎng)結(jié)束后,各添加枯落物有機(jī)碳含量變化不大,全氮含量顯著增加,莖、葉、鞘和混合枯落物分別比培養(yǎng)前增加42％、41％、108％和80％。C/N顯著降低,莖、葉、鞘和混合枯落物分別為培養(yǎng)前的72％,68％,47％和39％?；旌峡萋湮锸Ｓ噘|(zhì)量和C/N預(yù)測值明顯高于實(shí)測值,全氮含量預(yù)測值明顯低于實(shí)測值。培養(yǎng)結(jié)束后CKS處理土壤微生物碳含量明顯高于