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《甘肃农业大学》 2018年
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不同管理措施下陇中黄土高原旱作农田土壤生态化学计量学特征研究

武均  
【摘要】:为探明不同管理措施下陇中黄土高原旱作农田土壤生态化学计量学特征及其影响机制,依托设置于陇中黄土高原雨养农业区的耕作措施、生物质炭不同添加水平以及氮素不同添加水平三种土壤管理措施试验,通过分析耕作、秸秆添加、氮素添加水平、生物质炭添加水平等管理模式以及土壤有机碳、土壤碳组分、土壤全量和有效养分(氮、磷)、微生物量碳氮磷、生态酶活性对土壤碳氮磷、微生物量碳氮磷、生态酶活性化学计量学特征的影响,以揭示不同管理措施下农田土壤碳氮磷、微生物量碳氮磷和生态酶活性化学计量学特征及其影响机制,以期为该区农田土壤固碳、减排,提升土壤肥力,促进作物增产的相关研究奠定理论基础,并为适于该区农业可持续发展、环境友好、提升土壤肥力的土壤管理措施的筛选提供技术支撑,主要结论如下:1.土壤生态化学计量学特征对管理措施的响应方式不同。(1)耕作管理模式下,添加秸秆对土壤和微生物量碳氮比、碳磷比以及生态酶活性化学计量学特征的提升效应最高。(2)生物质炭添加处理下,在0-20cm土层,B50水平下土壤C:N、C:P最高;B30水平对土壤微生物量、生态酶活性化学计量学特征的提升效果最优。(3)氮素不同添加水平下,N0水平下土壤C:N最高,土壤N:P为N157.5水平下的最高,而N105水平下土壤C:P、土壤微生物量C:N和C:P、(NAG+LAP):AP最高。2.微生物量、生态酶活性化学计量学特征对土壤化学计量学特征的变化具有不同程度的响应。耕作管理模式下,添加秸秆和无秸秆添加下土壤微生物量、生态酶活性化学计量比随土壤化学计量比的变化呈比例型变化(除无秸秆添加下微生物量氮磷比),符合“Constant propotional”模型。生物质炭添加管理模式下MBN:MBP、βG:AP和(NAG+LAP):AP符合“Constant propotional”模型,而MBC:MBN、MBC:MBP和βG:(NAG+LAP)则具有一定的约束比例,同时也受土壤化学计量比的影响。氮素添加管理模式下,MBC:MBN、βG:(NAG+LAP)和βG:AP符合“Constant propotional”模型,而MBC:MBP、MBN:MBP和(NAG+LAP):AP则具有一定的约束比例,同时也受土壤化学计量比的影响。3.不同管理措施下,土壤生态化学计量学特征与土壤养分有效性间的反馈方式不同。耕作措施和生物质炭添加两种土壤管理方式下,土壤C:N、C:P和微生物量C:N、C:P、N:P以及βG:(NAG+LAP)、βG:AP、(NAG+LAP):AP越高,则土壤养分有效性越高。而土壤N:P越高,则土壤养分有效性越低。在氮素添加管理模式下,土壤C:N、微生物量C:N、βG:(NAG+LAP)、βG:AP越低,则土壤养分有效性越高。土壤C:P、N:P和微生物量C:P、N:P以及(NAG+LAP):AP越高,则土壤养分有效性越高。4.管理方式调控土壤生态化学计量学特征的机制不同。(1)耕作管理模式下,土壤有机碳是调节C:N、βG:(NAG+LAP)的主控因子;全磷是调节土壤C:P、N:P、βG:AP和(NAG+LAP):AP的主控因子。土壤矿质结合态有机碳和全氮分别是调节微生物量C:N、C:P和N:P的主控因子。(2)生物质炭添加处理下,土壤有机碳是调节土壤C:N和C:P的主控因子;土壤全氮是调节土壤N:P、微生物量C:N和N:P、βG:(NAG+LAP)和(NAG+LAP):AP的主控因子;土壤全磷是调节微生物量C:P、βG:AP的主控因子。(3)氮素添加管理模式下,土壤有机碳是调节土壤C:P、微生物量C:N和C:P、βG:(NAG+LAP)的主控因子;土壤全氮是调节土壤C:N和N:P、微生物量N:P、(NAG+LAP):AP的主控因子;土壤全磷是βG:AP的主控因子。综上所述,农田生态系统受人为因素影响很大,致使农田生态系统具有复杂、多样的特征。不同管理措施对农田土壤碳氮磷、微生物量碳氮磷、生态酶活性及其生态化学计量学特征的影响程度与作用方式均不同,土壤生态化学计量学特征与土壤养分有效性间的互馈方式也有所不同。
【学位授予单位】:甘肃农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:S151.9

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