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《西北农林科技大学》 2002年
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农田土壤空气CO_2动态和土壤——大气界面CO_2释放的研究

戴万宏  
【摘要】: 温室效应气体的产生与释放导致气候变暖,已是当前世界最受人们关注的问题之一。其中,上壤呼吸释放CO_2是大气温室气体CO_2的重要来源,也是描述土壤生物活性和土壤肥力的重要指标。本文通过田间定位监测和室内模拟实验系统研究了黄土高原陕西关十地区不同培肥措施下农田 土的CO_2动态变化、释放状况及其影响因素,运用动力学和热力学原理探讨描述了土壤释放CO_2过程,估算了(土娄)土表面CO_2释放量,并初步研究了土壤CO_2浓度对作物生长的影响,以企揭示不同培肥措施对土壤空气质量的影响规律以及环境效应,为调控农田土壤CO_2动态和释放状况,改善大气环境质量和促使农业生产可持续发展提供理论依据。通过分析与讨论得到如下结论: 1.不同培肥措施长期实施明显地影响农田土壤含水量、温度、容重和有机质含量;土壤培肥对有机质的影响在耕层表现最为明显,随着土层加深,培肥的影响减小,45cm以下土层有机质含量几乎没有受到培肥措施的影响。 2.(土娄)土上壤空气中CO_2浓度和地面CO_2释放通量都有明显日变化和季节变化。日变化趋势为8:00-16:00呈上升趋势,16:00达日最高,16:00-20:00呈下降趋势,日变化与土壤及近地面温度日变化规律基本一致,但相对于温度变化滞后约2小时左右;研究年份中上壤CO_2浓度季节变化表现出了三峰两谷一平台的形状,5月和9月份为全年最高,冬季最低,春季由于春寒的影响土壤CO_2浓度出现一峰一谷,夏季表现出相对较高上壤CO_2浓度长时间持续的特征;地面CO_2释放通量季节变化受温度、水分和灾害性气候因素的制约较为复杂,夏季CO_2释放量是冬季的4.37-7.42倍。土壤50cm剖面上CO_2浓度呈现上层低、下层高的特征。 3.田间监测结果发现,土壤含水量、温度和培肥措施明显影响土壤CO_2浓度和土面CO_2释放通量,三者之间有明显的交互作用。土壤CO_2浓度或土面CO_2释放通量与温度关系最为密切,而与含水量关系次之;温度可以说明CO_2释放通量变异的27-46%,含水量只能说明<10%的CO_2释放通量变异;培肥措施对土壤CO_2浓度的影响因季节和土壤层次而不同,施肥增加了土面CO_2释放量,有机无机配合施用增加量较大。 4.土壤CO_2浓度与含水量或温度的关系可以用二次多项式较好描述;土面CO_2释放通量与温度或水分的关系可以较好的用幂函数或二次多项式描述;利用10cm土温通过二次多项式模型可以较好预测土壤CO_2浓度。 5.CK、VP、秸杆和厩肥培肥措施下土壤CO_2浓度年平均值分别为0.5319%、0.6043%、0.5393%和0.5935%,土面CO_2年释放量分别为13569、15631、17638和16441 kgCO_2hm~(-2)y~(-1)。不同培肥措施之间差异非常明显。 6.室内土壤扰动和干湿交替处理可以导致明显激发效应和CO_2激发释放,土壤CO_2激发释放服从一级反应动力学;土壤有机质含量、容重和团聚体大小明显影响土 壤CO。释放状;n: 7.短刃忖大养中土壤释放O);过程是由*。激发释放(一级动力学)和土壤固有呼 吸(零级动力学)两个过程相互叠加组成的,可以用两库叠加模型很好的加以描述, 也可以笼比川一级动力学模型描述; 8.温度。水分和培肥措施问时明显地影响土壤呼吸释放C();状况及其动力学参 数;试验条川叫‘,土壤*〕。释放速率和累积释放量随温度升高而增大,随含水量增大 而增大。坝;L缸学拟合得出,C儿样放地。年或累积释放量与温度和含水量之问的关系 可以用含有大fll项的耦合模型描述。一级动力学模型底物库A。与含水量呈工线性关 系,与温度旱拎数或二次函数关系,一级速率常数k随温度升高呈指数或二次函数关 系减小,随大水量增加线性降低:两库叠加模型中土壤固有CO。释放速率a和激发释 放底物量八‘-。含水量呈正线性关系,与温度呈指数关系;培肥措施对土壤呼吸及其 动力学模型多数影响的大小顺序为:秸杆>厩肥>NP>CK。 9.因子效应分析表明,温度对土壤COC释放及其动力学模型参数的影响明显大 于水分,二者只有明显交互作用:温度、水分和培肥措施对土壤*。释放及其动力学 的影响也具有复杂的三因素交互作用。 l().热力个,研究表明,10OC-30℃范围内,可以用 Ar。h。nius方程和 Q;。值描述土 壤呼吸的温汝7#应;上呼吸活化能为62.30—69.94 KJmol‘,Q;。值为2.33一2.53; 培肥措施和水分明显影响土壤呼吸的活化能和 Q;。值;但单独用 Q;。值或Arrhenius活 化能描述旦有仲形温度效应的上壤咛吸是不太合适的,两者结合起来可以较好说明土 壤呼吸的汛甩计厄,双曲线温度效应汀IXt虽然不能给出温度效应的理论解释,但能够 很好地描还1八¥呼吸释放CO。过程的温fV效应,土呼吸最佳温度为52.3UC-76.3“C。 11.盆浓试验表明,上壤 CO。浓度对小麦和玉米生长的影响不同。玉米对土壤 CO; 浓度变化比较敏感,尤以根系最为敏感,至少上壤CO;浓度在超过2.4y0的情况下就会 明显抑制上术主长:试验条件下,土壤CO;浓度对小麦生长没有明显影响。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:S152

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【引证文献】
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7 佟小刚;长期施肥下我国典型农田土壤有机碳库变化特征[D];中国农业科学院;2008年
8 高志岭;冬小麦/夏玉米轮作体系农田土壤N_2O排放和CH_4吸收特征[D];中国农业大学;2004年
9 王少锋;汞矿化带土壤/大气界面汞交换通量研究[D];中国科学院研究生院(地球化学研究所);2006年
10 高军;长江三角洲典型污染农田土壤多氯联苯分布、微生物效应和生物修复研究[D];浙江大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张程诚;调节土壤酸度对西洋参生境、品质及土壤微生物环境的影响[D];吉林农业大学;2008年
2 龚娴;南昌市周边农田土壤中多环芳烃的测定方法、分布特征和源解析[D];南昌大学;2010年
3 王元元;丛枝菌根真菌在四川主要农田土壤中分布特点的研究[D];四川农业大学;2005年
4 刘连杰;不同土类农田土壤N_2O释放及其影响因素[D];西北农林科技大学;2008年
5 张育林;关中地区农田土壤疲劳状况研究[D];西北农林科技大学;2010年
6 李波;江苏省主要公路两侧农田土壤及农产品重金属污染状况研究[D];南京农业大学;2005年
7 钟均超;长白山区西洋参、人参农田土栽培技术研究[D];延边大学;2007年
8 李虎;黄淮海平原农田土壤CO_2和N_2O释放及区域模拟评价研究[D];中国农业科学院;2006年
9 刘晨;北京郊区农田土壤中滴滴涕和六六六地球化学特征研究[D];中国地质大学(北京);2008年
10 邱黎敏;农田土壤中含氯有机污染物残留调查及其生态风险[D];浙江大学;2006年
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