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基于最小限制水分范围评价不同耕作方式下农田黑土有机碳固定

陈学文  
【摘要】:本文以吉林省德惠市中层黑土上进行的保护性耕作长期定位试验小区土壤为研究对象,对比分析保护性耕作和常规耕作下的土壤物理特性、土壤有机碳含量(Soil organic carbon, SOC)、SOC矿化速率、土壤CO_2释放速率,通过最小限制水分范围(Least limiting water range, LLWR)相关参数的灵敏度分析和修正,分析影响黑土LLWR的土壤物理要素,进而利用LLWR评价不同耕作方式下土壤物理性状对黑土有机碳的影响。主要研究结论如下: (1)通过灵敏度分析,确定了计算黑土LLWR所需的限定值即Ψ_(fc)=0.033MPa,Ψ_(wp)=1.5MPa,afp=20%,SR=3MPa,得到了上下限值的决定参数,改进了LLWR的计算方法,创建了分层法的计算方式。 (2)通过LLWR值与土壤物理要素的相关分析,得出土壤容重、硬度、孔隙度尤其是次大孔隙对LLWR影响较大的结论;尝试利用次大孔隙替代土壤容重计算LLWR,并且与利用土壤容重计算的LLWR值进行了对比分析。 (3)不同耕作方式对土壤物理特性的影响表现为免耕与秋翻相比增大了耕层0-20cm的土壤容重,增加了表层土壤硬度,对土壤硬度的影响主要表现在2.5-17.5cm深度之间,冻融前后土壤硬度变化显著(p0.05)。不同含水量条件下,冻融前后不同耕作和轮作方式的土壤硬度变化幅度介于47.2%-100.9%之间,而在相同含水量情况下变化幅度则为16.1%-44.1%。免耕减小了土壤总孔隙度,增大了0-5cm和20-30cm的100μm大孔隙,减小了耕层5-20cm的100-30μm次大孔隙,两种处理不同深度的中孔隙和微孔隙数量相近。不同耕作方式对不同粒级的土壤粒度均没有显著影响(p0.05)。 (4)免耕较秋翻显著增加了表层0-5cm的SOC含量,表下层SOC含量小于秋翻。免耕处理SOC分层率大于秋翻。采用等质量方法计算的SOC储量(0-30cm)免耕小于秋翻,采用等深度方法计算两种耕作处理的SOC储量(0-30cm)没有明显差异。 (5)不同耕作方式下土壤CO_2通量表现出了明显的季节性变化规律。相同轮作方式下免耕SOC矿化速率低于秋翻,然而在相同耕作方式下,玉米-大豆轮作的SOC矿化速率明显高于玉米连作(p0.05)。 (6)LLWR与SOC矿化速率、土壤CO_2释放速率均呈正相关,利用次大孔隙替代土壤容重计算的LLWR可以更灵敏的反映土壤的固碳能力。 (7)土壤物理要素中容重、硬度、孔隙度对黑土有机碳固定的影响程度较大,土壤容重、硬度增加、次大孔隙减小会导致LLWR变小。修正后的LLWR数值变化可以更加客观判断哪种耕作方式利于农田黑土有机碳的固定。


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