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《西北大学》 2018年
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秸秆与地膜覆盖条件下旱作玉米农田土壤碳氮组分生长季动态

毛海兰  
【摘要】:土壤有机碳(Soil Organic Carbon)和土壤全氮(Soil Total Nitrogen)是表征农田土壤质量和肥力的核心指标,其质量和数量会影响耕地的生产力与稳定性,其动态变化会影响土壤质量和作物产量。近年来,秸秆和地膜覆盖技术因其良好的增温保水作用在我国北方旱作农业区得到广泛应用,其对土壤碳、氮库的影响也颇受关注。本研究基于长期田间定位试验,以黄土旱塬春玉米农田土壤为研究对象,比较分析了长期秸秆和地膜覆盖条件下黄土高原旱塬区土壤有机碳、全氮及其组分在春玉米生长季的动态变化特征,旨在探讨旱作农田不同碳氮组分对地表覆盖的季节性响应规律,加深对农田土壤碳、氮循环过程的理解。春玉米覆盖种植试验设3个处理:全生育期9000 kg/hm2秸秆覆盖(SM)、全生育期地膜覆盖(PM)、无覆盖对照(CK)。于2016年春玉米播种施肥前(4月8日)、苗期(5月17日)、拔节期(6月17日)、大喇叭口-抽雄期(7月17日)、灌浆期(8月17日)及收获期(9月17日)采集各小区0~40 cm土样。测定指标包括土壤总有机碳(SOC)、土壤全氮(STN)、土壤矿质氮(Nitrate Nitrogen and Ammonium Nitrogen)、土壤微生物量碳/氮(Microbial Biamass Carbon and Nitrogen)、潜在可矿化碳/氮(Potentially Mineralizable Carbon and Nitrogen)及颗粒有机碳/氮(Particulate Organic Carbon and Nitrogen)。土壤有机碳及其组分的生长季动态研究结果表明:(1)秸秆和地膜覆盖下土壤有机碳及其各组分含量在玉米生长期间总体呈苗期下降、拔节期上升、大喇叭口—抽雄期下降、灌浆和收获期回升的变化趋势。(2)与不覆盖对照相比,秸秆覆盖在大部分作物生育期均显著提高了土壤有机碳各组分含量,有助于培肥地力和土壤固碳;而地膜覆盖在作物生育后期导致土壤有机碳及各组分含量显著下降。(3)秸秆覆盖下0~10cm土壤颗粒有机碳对总有机碳变化具有重要贡献,地膜覆盖后0~40 cm土壤有机碳变化可能主要来自于潜在可矿化碳和颗粒有机碳,而土壤微生物量碳相对含量在不同处理间差异不大。(4)对照和地膜覆盖处理0~40 cm土壤潜在可矿化碳和颗粒有机碳的相对含量在大喇叭口-抽雄期均有显著下降,而秸秆覆盖下两种组分的相对含量则保持平稳,表明秸秆覆盖对生育后期0~40 cm土壤潜在可矿化碳和颗粒有机碳有重要的补给作用。(5)各碳组分与土壤有机碳均呈极显著正相关关系(P0.01),土壤颗粒有机碳和微生物量碳对土壤碳库的动态响应更加灵敏。微生物量碳与潜在矿化碳极显著正相关(P0.01)。土壤全氮及其组分的生长季动态研究结果表明:(1)除硝态氮和铵态氮在苗期上升之外,秸秆和地膜覆盖下土壤全氮及其组分含量在春玉米生育期基本呈苗期下降、拔节期上升、大喇叭口—抽雄期下降、灌浆和收获期回升的变化趋势;(2)与对照相比,秸秆覆盖提高了大多数生育时期0~40 cm土层全氮和硝态氮含量及0~20 cm土层铵态氮含量,提高了几乎各生育时期0~40 cm土层微生物量氮、潜在可矿化氮及颗粒有机氮含量;(3)地膜覆盖较对照提高了大多数生育时期0~40 cm土层硝态氮和0~20 cm土层铵态氮含量,降低了作物生育后期0~20 cm土层全氮和0~40 cm土层颗粒有机氮含量,降低了大多数时期0~40 cm土层微生物量氮和10~20 cm土层潜在可矿化氮含量。(4)除了地膜覆盖下20~40 cm土层颗粒有机氮相对含量在作物不同生育期差异不显著外,秸秆和地膜覆盖下其余土层微生物量氮、潜在可矿化氮、颗粒有机氮对土壤全氮的动态均有重要贡献。(5)各活性有机氮组分与土壤全氮均呈极显著正相关关系(P0.01),土壤颗粒有机氮与微生物量氮对土壤全氮动态的响应更加敏感。微生物量氮与潜在可矿化氮呈极显著正相关(P0.01),硝态氮和铵态氮均与微生物量氮和潜在矿化氮极显著正相关(P0.01),硝态氮与铵态氮极显著正相关(P0.01)。总之,黄土高原的春玉米田秸秆覆盖具有明显的提升土壤碳氮组分含量的作用,有利于提升旱作农田土壤肥力和碳氮固定水平,促进作物高产。地膜覆盖则会降低作物生育后期土壤碳氮组分含量,降低土壤肥力;同时其会显著提高土壤硝态氮水平,增加旱作农田氮素淋溶风险。
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