施氮水平下土壤呼吸及土壤生化性質(zhì)的季節(jié)性變化.pdf

1、土壤呼吸作為陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的一個重要組成部分，對大氣CO2濃度有巨大影響。華北平原是我國主要糧食產(chǎn)區(qū)之一，氮肥過量施用的現(xiàn)象在華北平原普遍存在，這不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。本論文在華北平原冬小麥-夏玉米輪作體系下，設(shè)置了四個施氮水平：N0、120、180和240 kg?ha-1(分別記為N0、N12、N18和N24)。研究了施氮對土壤呼吸、土壤生化性質(zhì)及產(chǎn)量的影響，并揭示了氮肥影響土壤呼吸的機(jī)制，最后提出了合理的施氮量，為優(yōu)化華北

2、地區(qū)農(nóng)田施氮管理措施，實現(xiàn)土壤固碳減排、培肥土壤提供理論依據(jù)。主要結(jié)論概括如下：
　　（1）施氮能夠顯著增強(qiáng)土壤總呼吸速率，且此影響隨著施氮年限的增長而增加。N12、N18和N24處理的生長季平均土壤總呼吸分別較N0提高了19％、23%和29%。
　?。?）土壤異養(yǎng)呼吸對土壤總呼吸的貢獻(xiàn)率高于土壤自養(yǎng)呼吸。在整個測定過程中，N0、N12、N18和N24處理土壤自養(yǎng)呼吸對土壤總呼吸貢獻(xiàn)率的平均值分別為39%、40%、44%和4

3、5%。這同時表明施氮能通過影響作物根系量進(jìn)而提高土壤自養(yǎng)呼吸占總呼吸的比例。
　?。?）土壤溫度和含水量是影響土壤呼吸的重要環(huán)境因素。所有施氮處理的土壤溫度都與土壤呼吸之間存在顯著的指數(shù)關(guān)系，土壤溫度能夠解釋74%的土壤呼吸變化，各處理Q10值的變化范圍是1.49-2.68。土壤含水量在適宜范圍內(nèi)時與土壤呼吸無顯著相關(guān)關(guān)系，當(dāng)土壤水分超出適宜范圍時則會顯著抑制土壤呼吸。土壤溫度和含水量對土壤呼吸的共同作用顯著，二者可以解釋67%的

4、土壤呼吸變化。
　　（4）施氮可以通過改變土壤酶活性進(jìn)而影響土壤呼吸。在2013-2014年冬小麥和夏玉米生長季，N24處理顯著降低了土壤纖維素酶活性，土壤纖維素酶活性與土壤呼吸間的負(fù)相關(guān)關(guān)系達(dá)到顯著水平。在2014年夏玉米生長季，施氮能夠顯著增加土壤β-葡萄糖苷酶和木聚糖酶活性，土壤β-葡萄糖苷酶和木聚糖酶活性與土壤呼吸間呈顯著正相關(guān)關(guān)系。
　?。?）施氮能夠顯著增加土壤易提取球囊霉素含量以增強(qiáng)土壤呼吸速率。在2013-2

5、014年冬小麥生長季，N12、N18和N24分別比N0提高了9%、9%和20%。在2014年夏玉米生長季，施氮量同樣能夠顯著增加土壤易提取球囊霉素含量，N0、N12、N18和N24處理分別為0.33 mg?g-1、0.36 mg?g-1、0.40 mg?g-1和0.46 mg?g-1。在2013-2014年冬小麥和夏玉米生長季，球囊霉素含量都與土壤呼吸呈顯著正相關(guān)關(guān)系。
　?。?）施氮通過顯著增加土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量的方式促進(jìn)作

6、物生長，進(jìn)而提高土壤呼吸速率。在2013-2014年冬小麥生長季，施氮能顯著增加土壤銨態(tài)氮含量，N12、N18和N24處理分別較N0提高了17%、24%和38%。在土壤硝態(tài)氮含量方面，同樣表現(xiàn)為N24>N18>N12>N0。在2014年夏玉米生長季，施氮對土壤銨態(tài)氮含量無顯著性影響。但土壤硝態(tài)氮含量卻隨著施氮水平的增加而增加，與 N0相比，N12、N18和N24處理分別提高了153%、161%和232%。在2013-2014年冬小麥-夏

7、玉米生長季，土壤呼吸與土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。
　?。?）適量施氮顯著提高土壤有機(jī)碳和全氮含量，但當(dāng)施氮量超過N180 kg?ha-1時，土壤全氮含量顯著下降。在2013-2014年冬小麥生長季，N12、N18和N24的土壤有機(jī)碳含量分別比N0提高了9.64%、9.64%和9.99%，在2014年夏玉米生長季，相較于N0處理，N12、N18和N24分別提高了5.03%、6.26%和7.38%。在2013-2014年

8、冬小麥生長季，N18和N24處理的土壤全氮含量顯著高于N0和N12處理。在2014年夏玉米生長季，N18處理的土壤全氮含量顯著高于N0和N12處理，但N24處理相較于N18處理出現(xiàn)了顯著的下降。
　?。?）作物產(chǎn)量隨施氮水平升高而增加，當(dāng)施氮量為N180 kg?ha-1時，氮肥農(nóng)學(xué)利用率較高。2013-2014年周年產(chǎn)量隨施氮水平的增加而顯著提高，相較于N0處理，N12、N18和N24分別提高了20%、24%和29%。在2014-