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《中国农业科学院》 2012年
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不同用地方式下土壤碳氮动态特征及其生物学机制研究

寇太记  
【摘要】:农田管理措施影响农田土壤碳源汇效应。系统研究东北雨养农区不同用地方式下土壤的碳氮库动态特征及稳定机制,对土壤固碳潜力估算和耕地生产力培育技术研究具有重要意义。本文以耕作、种植和土壤肥力培育长期定位试验和春玉米的耕作-密度-肥料综合试验为研究平台,从有机碳和全氮的含量,有机碳的物理、化学和微生物学保护机制,以及作物根茬有机物料输入量等入手,深入研究了不同管理措施对农田1m土体中有机碳和全氮的影响。综合评价了黑土有机碳库对管理模式的响应特征,并结合作物产量筛选了适宜的固碳增氮技术。详细结果如下:耕作模式长期试验表明,相比常规翻耕,灭茬有助于1m土体固碳而免耕利于表聚固碳,灭茬显著降低土壤全氮达13.5%以上,而免耕处理全氮则无显著差异。免耕耕层和灭茬1m土壤的C/N比显著增加,利于相应土层有机碳的矿化减缓与富集。灭茬比免耕更有助于土壤固碳,却不利于土壤固氮。 种植方式长期试验表明,合理耕种比休耕有助于更多土壤碳氮积累。休耕和农作处理分别以大团聚体和小团聚体为主,农作较休耕维持了一个较大的稳定碳库。配施有机粪肥,玉米连作比玉-豆轮作和大豆连作更有助于1m土壤固碳增氮。相比其它三种模式,玉米连作增加了土壤中稳定的有机碳库,但其所具有的最大的不稳定有机碳库又极易遭受环境变化影响。 土壤肥力培育长期试验表明,施用有机肥提高了0-40cm土体的碳氮积累,施无机肥或秸杆还田增碳效果不显著但利于增氮。施肥使土壤易氧化有机碳增加,其中秸秆腐熟和秸秆直接还田增幅较大。有机肥与秸秆还田增加了土壤团聚体结合碳含量,但有机碳库稳定性下降。秸秆腐熟施用是土壤固碳和提高农业生产力的较好措施,秸杆还田或单施化肥效果差。 春玉米耕密肥综合试验表明,玉米产量与0-60cm土体内根茬生物量呈显著二次函数关系,玉米产量可用于估测根茬残留量。中耕起垄耕作对根茬残留量及其在土体内的分布受降水因素制约;密植可促进根茬数量;增大施肥量通常将增加根系生物量。适宜的种植密度与施肥水平,既获得了高产又增大了进入土壤的根茬有机物料数量,促进土壤固碳。
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