干湿交替驱动下土壤微生物量及N_2O变化规律

【摘要】：土壤干燥复湿后会影响土壤氮的矿化，干湿交替对氮素形态转化的影响已成为全球气候背景下陆地生态系统氮循环的一个研究热点。宁夏青铜峡灌区是我国重要的粮食生产基地，年均降水量约200mm，年蒸发量约2000mm，灌水是作物产量的主要制约因素。高频次灌水和强度蒸发显著影响了灌区土壤干湿交替模式，淹水–干燥–复湿润过程改变了土壤环境和有机物之间的相互作用从而影响了土壤有效氮的转化。论文选择青铜峡灌区具有代表性的稻田为研究对象，研究干旱半干旱灌区稻田在干湿交替驱动下土壤环境因子、土壤微生物量碳氮、N_2O排放通量的变化规律，研究结果对促进生态脆弱带灌区农田土壤氮素关键过程的深入认识有重要科学意义。本文的主要研究结果如下： （1）土壤淹水-干燥-复湿过程对土壤氧化还原电位（Eh）、电导率等环境因子有显著影响，对土壤表层0～15cm温度变化的影响不明显。稻田土壤灌溉之后电导率升高，而土壤Eh下降，即土壤处于还原状态；落干烤田的过程中，土壤电导率下降，土壤Eh升高，表明土壤通气状况良好。电导率与Eh成负相关关系，土壤EC、Eh均与土壤温度相关性不明显。 （2）在土壤落干即含水量降低过程中土壤微生物量碳、氮趋于降低，在土壤干旱后复湿润过程中土壤微生物量碳、氮迅速上升，并在灌溉之后第2～6d达到最大值，土壤落干和干燥后复湿成了主控因子，氮肥和灌溉处理对土壤微生物量碳、氮的影响明显削弱。0～15cm和15～30cm表层土壤中的土壤微生物量碳、氮，在不同施氮处理和不同灌溉处理间差异性均不显著（p0.05）。 （3）在长时间落干晒田之后强降雨会显著提高0～15cm的土壤微生物量碳和0～15cm、15～30cm的土壤微生物量氮（p0.01），但是对15～30cm的土壤微生物量碳没有显著影响（p0.05）。土壤硝态氮含量与土壤微生物量碳具有相关性（p0.05），但只有在处理N270W1500时关系明显，其他处理的土壤硝态氮含量与土壤微生物量碳和土壤微生物量氮相关性均不显著。 （4）移栽后泡田（干燥-淹水）过程促进了传统施肥措施下N_2O的排放通量（p0.05），常规施肥且配施有机肥处理显著提高了N_2O的总排放量。各施肥处理与不施肥相比，N_2O排放量显著增强，两个施肥量处理（N270与N216）N_2O排放通量差异性不显著。水稻生育期不同施肥处理N_2O季节排放量为1.46～4.16kg/hm2. （5）对各处理N_2O排放通量与硝态氮含量做相关性分析得出，只有处理N216W1500的N_2O排放通量与硝态氮含量相关性显著，其他处理的N_2O排放通量与表层土壤硝态氮含量之间的相关性不显著。水稻整个生育期内，由于土壤水分和氮素投入等因素的影响对稻田土壤N_2O排放影响较大，掩盖了温度对N_2O的影响。