發(fā)布時間：2020-11-03 03:57

　　 農(nóng)田土壤有機碳是土壤肥力的核心,也是全球碳循環(huán)的重要組成部分。土壤團聚體對有機碳的物理保護是土壤固碳的重要機制之一。關(guān)于施肥對土壤有機碳及團聚體分布的研究已經(jīng)較多,但土壤團聚體內(nèi)部微生物的分布及有機碳礦化特征仍不清楚。此外,我國冬小麥-夏玉米一年兩作輪作體系,具有高量施肥的農(nóng)田管理特點,而高碳氮投入農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤團聚體有機碳固定機制報道較少,高量碳氮投入主要分配在團聚體中哪個組分,是否穩(wěn)定還不清楚。本文以10年田間定位高量施肥試驗為基礎(chǔ),系統(tǒng)研究農(nóng)田土壤團聚體中碳氮分布特征、有機碳組分分布規(guī)律、微生物群落結(jié)構(gòu)及有機碳礦化規(guī)律,試圖從團聚體尺度揭示高碳氮投入農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤有機碳的固定及穩(wěn)定機制,闡明微生物群落在其中的作用機制,為全面理解土壤固碳機制補充數(shù)據(jù),為制定合理可行的養(yǎng)分管理措施提供技術(shù)支持。試驗區(qū)位于山西運城市,土壤類型為壤質(zhì)褐土。田間施肥試驗開始于2007年,取樣時間為2016年3月,試驗共分為7個處理:(1)CK,不施肥,(2)F,單施高量氮磷化肥,(3)S,單施玉米秸稈,(4)M,單施有機肥,(5)SF,玉米秸稈+高量化肥,(6)MF,有機肥+高量化肥,(7)SMF,玉米秸稈+有機肥+高量化肥。采用干篩法或得三種團聚體:2mm級別團聚體,0.25-2 mm級別團聚體和0.25 mm界別團聚體。利用顆粒密度方法對土壤團聚體內(nèi)部有機碳進行分組;利用磷脂脂肪酸法(PLFA)測定土壤團聚體內(nèi)部微生物群落結(jié)構(gòu);利用熒光微型板酶檢測技術(shù)測定與碳氮循環(huán)相關(guān)的土壤酶活性;利用124天的室內(nèi)培養(yǎng)試驗分析土壤團聚體有機碳的礦化特征。得到具體結(jié)果如下:(1)高碳氮投入的有機無機配施處理顯著提高了土壤表層有機碳及全氮含量,并促進了土壤大團聚體的形成,提高團聚體內(nèi)有機碳及全氮含量。單獨施用高量化肥并不能提高土壤有機碳及全氮含量,高碳氮投入的秸稈或有機肥配施化肥處理顯著提高土壤碳氮含量,以SMF處理下的碳氮含量最高。干篩法表明,施肥方式對土壤干篩團聚體質(zhì)量分布的影響較小,黃土高原東部平原區(qū)堿性壤質(zhì)褐土干篩團聚體的主要膠結(jié)物質(zhì)為CaCO3。0.25-2 mm大團聚體儲存了超過50%有機碳和全氮,對土壤碳氮含量有決定作用。有機無機配施提高了所有粒級團聚體中有機碳及全氮含量,在0.25-2 mm提高幅度最大。濕篩法表明,對于水穩(wěn)性團聚體,有機無機配施提高了土壤有機質(zhì)含量,進而促進了水穩(wěn)性大團聚體的形成。有機無機配施顯著提高0.053 mm各級別水穩(wěn)性團聚體內(nèi)有機碳含量,對2 mm大團聚體的提高幅度最大。(2)高碳氮投入的有機無機配施處理不同程度提高了土壤團聚體中游離輕組顆粒有機碳,閉蓄態(tài)顆粒有機碳,53 μm重組有機碳和53 μm粘粉粒有機碳,其中對游離輕組顆粒有機碳的提高幅度最大。所有有機質(zhì)組分中,游離輕組顆粒有機碳對施肥最為敏感,能較好地反映長期施肥下土壤有機碳的變化,而53 μm重組組分受施肥影響最小,是團聚體中較為穩(wěn)定的有機碳庫。大團聚體中游離輕組和閉蓄態(tài)顆粒有機碳所占比例較高,而微團聚體中53 μm重組有機碳和53 μm粘粉粒有機碳所占比例較高,這符合經(jīng)典的“團聚體等級模型”。有機肥或秸稈的施入提高了游離輕組顆粒有機碳,閉蓄態(tài)顆粒有機碳和53 μm重組有機碳所占比例,同時降低了53 μm粘粉粒有機碳比例。閉蓄態(tài)顆粒有機碳占0.25-2mm級別團聚體有機碳的42%,說明高碳氮投入農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)下土壤有機碳主要以0.25-2 mm大團聚體中閉蓄態(tài)顆粒有機碳的形式存在。(3)高碳氮投入的有機無機配施提高了土壤團聚體微域空間內(nèi)微生物群落豐度及碳氮循環(huán)相關(guān)的酶活性。0.25-2 mm團聚體是微生物群落數(shù)量最多和胞外酶活性最高的粒級。微生物PLFA總量,革蘭氏陽性細菌,革蘭氏陰性細菌,放線菌,腐生真菌,AMF群落豐度及β-木糖苷酶,乙酰氨基葡糖苷酶及亮氨酸氨肽酶的酶活性均在0.25-2 mm團聚體中最高。有機無機配施方式提高了所有團聚體中微生物各群落豐度,對群落組成的影響較小。有機無機配施也顯著提高了團聚體各粒級內(nèi)的土壤酶活性,對乙酰氨基葡糖苷酶活性的提高幅度最大。施用玉米秸稈可顯著提高β-木糖苷酶的活性。有機碳及全氮含量是影響團聚體微域空間內(nèi)微生物群落結(jié)構(gòu)及酶活性的主要因素。在2 mm大團聚體內(nèi),對微生物群落含量與酶活性影響最大的密度組分為游離輕組顆粒有機碳和閉蓄態(tài)顆粒有機碳;在0.25-2 mm大團聚體內(nèi),主要因素為閉蓄態(tài)顆粒有機碳;在0.25 mm微團聚體內(nèi),對微生物群落結(jié)構(gòu)影響最大的組分為閉蓄態(tài)有機碳,對酶活性影響最大的組分為53 μm重組有機碳。(4)高碳氮投入的有機無機配施可顯著提高土壤團聚體的有機碳礦化量,且對0.25-2 mm團聚體提高幅度最大。土壤團聚體有機碳礦化速率在培養(yǎng)前期快速下降,后期相對穩(wěn)定。有機無機配施下雖然由于礦化作用損失的有機碳較多,但碳損失量占有機碳的比例較小,有利于有機碳的累積。土壤團聚體有機碳和微生物群落數(shù)量及酶活性是影響土壤團聚體有機碳礦化的主要原因。閉蓄態(tài)顆粒有機碳是土壤大團聚體礦化有機碳的主要來源,53 μm粘粉粒是微團聚體中有機碳礦化的主要來源。0.25-2 mm大團聚體是微生物進行礦化分解最活躍的場所,微生物利用閉蓄態(tài)顆粒有機碳作為主要碳源進行礦化分解,提高了有機碳的周轉(zhuǎn)速率。綜上所述,高碳氮投入的有機無機配施可提高農(nóng)田土壤有機碳水平,提高的有機碳主要以閉蓄態(tài)顆粒有機碳形式存在于0.25-2 mm大團聚體中,這部分有機碳并不穩(wěn)定,在頻繁耕作下,易被微生物礦化分解。這為評價集約化農(nóng)業(yè)管理方式下施肥的長期固碳效應(yīng)提供了新的依據(jù)。
【學位單位】：中國農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：S153.6;S154.3
【部分圖文】：

中國農(nóng)業(yè)大學博士學位論文?第一章引言??投入農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)下土壤團聚體有機碳的分布特征；測定干篩團聚體中的微生物群落結(jié)構(gòu)及４種??與碳氮循環(huán)相關(guān)的酶活性，來研宄土壤團聚體微生物群落結(jié)構(gòu)與酶活性對高量施肥的響應(yīng)機制；??對干篩團聚體進行礦化培養(yǎng)試驗，并利用混合雙庫一級動力學模型對土壤礦化進行模擬，得到團??聚體有機碳庫的轉(zhuǎn)化速率，從而研究團聚體有機碳的穩(wěn)定性，結(jié)合微生物特性來分析團聚體內(nèi)有??機碳礦化的微生物作用機制。通過對以上４個方面的研究，以期揭示高硪氮投入農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土??壤團聚體有機碳的固碳機制。??

中國農(nóng)業(yè)大學博士學位論文?第二章材料與方法??２．４．４?土壤顆粒密度分級方法??采用改進的?Ｙａｍａｓｈｉｔａ?ｅｔ?ａｌ?（２００５）和?Ｓｌｅｕｔｅｌ?ｅｔ?ａｌ?（２００６）的方法（圖?３－１）：稱取?５?ｇ?風干??后的干篩團聚體，放入在５０?ｍｌ離心管中，加入２５?ｍ丨的密度為１．６?ｇ?ｃｍ—３聚輿酸鈉（Ｓｏｄｉｕｍ??ｐｏｌｙｔｕｎｇｓｔａｔｅ?ｓｏｌｕｔｉｏｎ，?ＳＰＴ）溶液中，用手輕輕上下顛倒１０次。用１０?ｍｌ?ＳＰＴ將附著在離心管帽??和管壁的物質(zhì)沖入管內(nèi)。將樣品在放于離心機中，４０００?ｒｍｐ在２０°Ｃ下離心ｌｈ。將上部懸濁液從??離心管中輕輕倒出，在０．４５?ｎｍ尼龍濾膜上進行真空抽濾，用去離子水洗除去ＳＰＴ，將濾膜轉(zhuǎn)移??到－？個小鋁盒，得到游離態(tài)顆粒有機質(zhì)（ｆＰＯＭ）組分。向盛有重組的離心管中加入２５ｍｌ密度為??２．０ｇｃｍ－３ＳＰＴ溶液，５粒直徑為５ｍｍ的玻璃珠，在６０ｒｍｐ往復(fù)震蕩１６ｈ，結(jié)束后將樣品在放于??離心機中，４０００?ｒｍｐ在２０°Ｃ下離心１?ｈ，上部懸濁液過０．４５?ｎｍ尼龍濾膜，得到閉蓄態(tài)顆粒有機??質(zhì)（ｏＰＯＭ）組分。剩下的重組，加入六偏磷酸鈉分解后過０．０５３?ｍｍ篩，得到重組Ｍ＞５３和礦質(zhì)??結(jié)合Ｍ＜５３組分。所有組分在４０°Ｃ下烘干，稱重，研磨，利用元素分析儀（ＥｌｅｍｅｎｔａｒＶａｒｉｏＭＡＣＲＯ，??Ｇｅｒｍａｎｙ）測定有機碳和全氣含量。??

３．３不同施肥方式對表層土壤團聚體質(zhì)量分布特性的影響??３．３．１?土壤團聚體質(zhì)量分布規(guī)律??利用干篩和濕篩兩種團聚體分組方法，土壤團聚體的回收率均高于９７％。圖３－１?（ａ）可以看??出，干篩團聚體以０．２５－２?ｍｍ粒級為主，占團聚體重量總量的５４％－５９％，?＜０．２５?ｍｘｎ粒級的微團??聚體含量最少，僅占團聚體總量的８％－２３％。不同施肥方式對＞２?ｍｍ和０．２５－２?ｍｍ粒級的干篩大??團聚體影響較小，僅對＜０．２５?ｍｍ的微團聚體有顯著影響。其中，ＭＦ處理下＜０．２５?ｍｍ粒級團聚??體含量最高，Ｓ處理下的含量最低。??從圖３－１?（ｂ）可以看出，水穩(wěn)性團聚體以０．０５３－０．２５?ｍｍ粒級為主，占團聚體質(zhì)量總置的??４２％－５２％，其次為＜０．０５３＿粒級，占團聚體總量的２３％－３８％，＞２＿的大團聚體含量最少，??僅占團聚體總量的２％－６％。不同施肥方式可顯著影響土壤水穩(wěn)性團聚體的質(zhì)量分布。與ＣＫ相比，??ＳＭＦ顯著促進＞２?ｍｍ粒級大團聚體的形成
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本文編號：2868058