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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  
【摘要】: 本文通过小麦秸秆和风干土样在不同温度、湿度和土壤碳氮比条件下的混合培养,模拟秸秆还田条件下土壤有机质和秸秆分解。测定秸秆和土壤有机质分解过程中CO_2释放量、土壤微生物量和土壤无机氮含量变化,探讨土壤有机质和秸秆分解的规律。应用现有模型,解释试验结论,获取模型参数,分析模型参数敏感性,为更好地模拟土壤碳氮循环提供参考。 主要结论如下: 温度和湿度影响土壤有机质和秸秆分解,培养83天,温度35℃和土壤相对含水量100%条件下,50%的秸秆碳分解,形成CO_2释放;土壤有机质分解CO_2累计释放量达893.5mg kg~(-1)。土壤相对含水量在30%-100%之间,温度在15℃-35℃之间,温湿度效应是正效应。培养初期土壤微生物量迅速增加,土壤有机质分解,形成的土壤微生物量碳最大为453.3mgkg~(-1),加入秸秆处理最大微生物量可达800mgkg~(-1)以上。小麦秸秆分解固持无机氮,培养末净矿化氮仍达-8mgkg~(-1)。土壤有机质分解,土壤无机氮增加,培养期间土壤有机氮最大矿化量达37.1mgkg~(-1)。 土壤有机质和秸秆分解的温度、湿度效应函数。采用Johnsson等(1987)提出的温度效应函数,小麦秸秆分解的Q_(10)为1.23。土壤有机质分解的Q_(10)为1.34。且小麦秸秆分解的温度效应采用该函数优于土壤有机质。土壤有机质分解的温度效应采用Gaussian函数,能够更好地描述温度对土壤有机质分解的影响。小麦秸秆分解的湿度效应适于采用Quemada等(1997)提出的函数。土壤有机质分解湿度效应适于采用Johnsson等(1987)提出的函数。 施用氮肥影响土壤有机质和秸秆分解的氮素转化。施用氮肥形成的土壤微生物碳氮比降低,土壤微生物氮含量增加,肥料氮被固持到土壤微生物体。本文试验中施肥后最大固持纯氮达16.8mg kg~(-1),约为加入氮肥的1/3;同时秸秆还田,固持的无机氮达30.0mg kg~(-1)。本文试验结果表明,施用氮肥对土壤有机质和秸秆分解释放的CO_2量没有显著影响,施用氮肥显著增加土壤微生物固持无机氮数量。 土壤有机质和秸秆分解的模拟。借鉴现有模型分析小麦秸秆和土壤有机质分解,单组分一级动力学模型可以较好地拟合试验数据;双组分模型具有更好的拟合精度。借鉴Nicolardot等(2001)提出的模型,模拟土壤有机质和秸秆分解,能够解释和模拟试验结论,如施用氮肥后土壤对肥料氮的固持、秸秆分解对土壤无机氮的固持、土壤供氮特性与土壤微生物周转的相关性等。参数敏感性分析表明土壤有机质和秸秆分解过程中,土壤氮素转化对土壤微生物碳氮比敏感,土壤供氮能力对于土壤微生物分解速率敏感。


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