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《中国农业科学院》 2019年
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地膜覆盖对旱作春玉米田碳平衡影响的研究

殷涛  
【摘要】:农田生态系统碳库不仅是全球碳库中最活跃的部分,还是受人类活动干扰最频繁的碳库,对维持全球碳平衡具有重要作用。目前,地膜覆盖被认为是提升旱区耕地生产力最有效的措施之一,同时地膜覆盖对农田生态系统碳平衡有着重要影响。因此,明确地膜覆盖对农田生态系统碳平衡的影响具有重要理论意义。本文以中国北方旱作春玉米农田为研究对象,开展了地膜覆盖对旱作春玉米田生态系统碳平衡影响的研究。分析了地膜覆盖对旱作春玉米田土壤碳排放、土壤碳组分和水气热状况的影响以及三者之间的相关关系;揭示了膜土间二氧化碳(CO_2)的固定以及土壤微生物的响应机制;明确了地膜覆盖对旱作春玉米田碳平衡的影响。本研究取得的主要结论如下:(1)地膜覆盖提高了表层土壤温度、土壤水分含量和土壤CO_2浓度。与裸地处理相比,覆膜处理的0-15 cm土层土壤温度显著提高了3.4%,0-40 cm土层土壤储水量显著提高了6.1%,0-30 cm土层CO_2浓度显著提高了7.3%。地膜覆盖对不同土层的土壤碳组分影响程度不同,与裸地处理相比,覆膜处理的5-10 cm和10-20 cm土层中土壤有机碳含量(SOC)分别显著提高了7.7%和16.5%,5-10 cm土层中的土壤微生物量碳含量(SMBC)显著提高了9.9%,但对其他层次的土壤碳组分的含量没有显著影响。(2)地膜覆盖提高了玉米生育期的土壤自养呼吸(R_a),从而增加了全年土壤呼吸(R_s)。在玉米生育期,覆膜处理显著增加了玉米生育期R_s和R_a,分别比裸地处理高37.2%和78.7%,但对土壤异养呼吸(R_h)没有显著影响。在休闲期,与裸地处理相比,覆膜处理对R_s、R_a和R_h均没有显著影响。(3)土壤碳组分、土壤温度、土壤水分含量和土壤CO_2浓度与R_s、R_a和R_h的相关程度不同。覆膜处理下,与R_s最相关的土壤碳组分为土壤总碳(STC);裸地处理下,与R_s最相关的土壤碳组分为SMBC。覆膜处理下,土壤温度和R_s的相关程度要高于土壤水分和R_s的相关程度;而裸地处理下,土壤水分和R_s的相关程度要高于土壤温度和R_s的相关程度。(4)地膜覆盖条件下膜土间CO_2可以被土壤的SOC、土壤颗粒有机碳(SPOC)、SMBC和土壤无机碳(SIC)所固定。CO_2被SIC固定的量与土壤本底SPOC、SIC、SOC和SMBC的含量均呈现正相关关系,其中与SOC和SMBC的含量呈现显著正相关。CO_2被SOC固定的量与土壤本底SOC和SMBC含量呈现出负相关关系,与本底SPOC和SIC含量呈现正相关关系。(5)地膜覆盖条件下膜土间CO_2显著改变了土壤细菌群落结构。相对丰度的结果显示,在属水平上,添加CO_2处理增加了Steroidobacter、Gaiella、H16、Nitrospira和RB41菌属的相对丰度。同时,RDA结果显示CO_2浓度与Pseudarthrobacter、Sphingomonas、H16、Steroidobacter、Gaiella、Nitrospira和RB41属均表现为正相关关系。(6)地膜覆盖显著提高了净初级生产力(NPP),其中收获部分碳、秸秆碳、根部碳和凋落物碳的量,分别比裸地处理高16.9%、14.7%、16.5%和6.8%。同时,地膜覆盖降低了土壤异养呼吸(R_h)全年累计排放量,比裸地处理低2.7%;提高了地膜覆盖的净生态系统生产力(NEP),比裸地处理高26.3%。但由于秸秆的移出和地膜覆盖增加了农业投入碳排放量,最终使地膜覆盖农田生态系统净碳平衡(NECB)和农田系统净碳平衡(NCB)为负值,即表现为碳源效应。
【学位授予单位】:中国农业科学院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:S513

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