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《华中农业大学》 2011年
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三峡库区不同土地利用方式下土壤N_2O排放研究

林杉  
【摘要】:全球气候变暖和臭氧层破坏是当今备受关注的两大全球环境问题,大气中氧化亚氮(N20)浓度升高与其密切相关。农业土壤是大气N20的主要排放源并越来越受到人们的重视。本研究以我国三峡库区农田生态系统为对象,研究了旱地、水改旱、菜地、果园、林地等几种不同土地利用方式下土壤N20的排放特征及其主要影响因子;探讨了不同农业利用方式对土壤可溶性有机碳氮、微生物生物量碳氮的影响及其与土壤N20的排放的关系;分析了土壤水分、可溶性有机碳氮、微生物生物量碳氮之间的耦合作用对土壤N20排放的影响;利用室内培养试验和田间小区试验探讨了大气氮沉降和添加外源碳氮对土壤N20排放影响。主要研究结果如下: 1.不同土地利用方式下土壤的N20年排放总量从高到低分别为菜地(4.01kg·hm-2·a-1)、水改旱(2.39kg·hm-2·a-1)、果园(2.20kg·hm-2·a-1)、旱地(0.62kg·hm-2-a-1)、林地(0.15kg·hm-2.a-1)。不同土地利用方式下土壤N20排放与氮肥施用量有关,随着氮肥施用量的增加N20排放量也随之增加。 2.土壤N20排放通量呈现明显的季节性变化特征,温度高、降雨量大的湿季显著高于干季;N20排放通量与相对应的土壤温度、大气温度的变化趋势基本一致。 3.不同利用方式下土壤N20排放量与土壤硝态氮含量均呈显著正相关关系(R2范围为0.10-0.74,P0.05);而只有林地和菜地土壤N20排放通量与铵态氮含量呈显著关系。土壤硝态氮对N20排放影响显著。 4.旱地和林地土壤N20排放通量与可溶性有机碳含量呈极显著线性正相关关系,表明可溶性有机碳含量是这两种土地利用方式下N20排放的重要控制因子。果园和林地的土壤C02与N20排放呈极显著的线性关系。 5.土地利用方式对土壤的微生物生物量碳、微生物生物量氮、可溶性有机氮和微生物商有显著影响。菜地、果园和水改旱的微生物生物量碳、微生物生物量氮、可溶性有机氮含量和微生物商显著高于林地。土壤可溶性有机碳氮、微生物生物量碳氮含量和微生物商较高的菜地、果园和水改旱,其N20排放也较高;而可溶性有机氮、微生物生物量碳氮含量和微生物商最低的林地,相应的N20排放也最低。受人类活动影响较弱的林地土壤的微生物生物量碳和可溶性有机氮含量与N20排放通量呈显著的正相关性,微生物商对N20的排放有一定的影响。 6.氮沉降对不同利用方式下土壤N20排放的研究表明,氮沉降对林地和旱地土壤N2O排放影响较大,林地土壤中N2O累积排放量占氮沉降量0.61%~1.44%。氮沉降促进N2O的排放,主要是由于氮的输入引起土壤中的微生物生物量碳、微生物生物量氮和硝态氮含量的变化。 7.植物残体碳氮的输入可显著促进N2O的排放,未施用植物残体的对照处理N2O累积排放量仅为0.55kg·hm-2,而施用不同植物残体的处理N2O累积排放量为1.05~3.02 kg.hm-2。不同植物残体处理之间N2O排放量存在显著差异,与所施用的植物残体C:N比呈极显著的对数负相关关系,低C:N比处理具有较高的微生物生物量碳和可溶性有机碳含量,从而更有利于N2O较高排放。因此,合理选择秸秆施用量和秸秆种类可有效地降低N2O排放量。 8.室内培养试验表明,不同肥料在不同水分条件下对黄棕壤和紫色土N2O排放的影响存在较大差异。在高水分条件下氮肥处理和氮肥配施有机物均显著促进黄棕壤N2O排放;低水分条件下,仅施氮肥对N2O排放影响不显著,而氮肥配施有机物则显著促进N2O排放。而紫色土中,除高水分条件下低氮配施有机物处理外,氮肥处理和氮肥配施有机物均显著促进N2O排放。N2O累积排放量与土壤可溶性有机碳消耗量呈极显著线性关系。可溶性有机碳和可溶性有机氮对N2O排放有显著影响,且可溶性有机碳对N2O排放的影响程度受土壤水分含量控制。 综上所述,不同土地利用方式下土壤的N2O排放有明显差异,主要受氮肥施用量控制,菜地、水改旱和果园由于氮肥施用量较高,土壤中的可溶性有机碳氮、微生物生物量碳氮含量和微生物商亦较高,相应地N2O排放量也较高。不同植物残体的施用对N2O排放也有显著影响,低C:N比植物残体造成土壤中的微生物生物量碳和可溶性有机碳含量较高,土壤N2O排放量也较高。因此,适当降低氮肥施用量,合理选择作物秸秆,对于维持农田地力和降低温室气体排放具有十分重要的实践意义。
【学位授予单位】:华中农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:S153

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