复种与施氮对黄土高原农田土壤有机碳变化特征的影响

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1、分类号密级UDC单位代码10733甘肃农业大学博士学位论文复种与施氮对黄土高原农田土壤有机碳变化特征的影响Effectsofmultiplecroppingpatternsandnitrogenapplicationonchangingcharacteristicsofsoilorganiccarbon孙小花指导教师姓名牛俊义教授（甘肃农业大学甘肃兰州730070）学科专业名称作物栽培学与耕作学研究方向作物栽培与生态生理论文答辩日期2015年6月2日学位授予日期2015年6月答辩委员会主席李小刚教授评阅人胡承孝教授王同朝教授王振林教授2015年6月甘肃农业大学2015届博士学

2、位论文摘要本研究以我国黄土高原半干旱偏润区不同复种模式的农田耕层土壤（0～10cm、10～20cm、20～30cm）、农作物（大豆、马铃薯、玉米）为研究对象，通过田间试验和室内测定，分析颗粒有机碳、易氧化有机碳、土壤腐殖质碳（胡敏酸碳、富里酸碳）的动态变化，并结合不同作物植株碳代谢产物叶绿素、蔗糖及其代谢酶—蔗糖合成酶（SS）、蔗糖磷酸合成酶（SPS）等活性的动态变化，研究有机碳组分、植株碳代谢产物与产量的相关性，为当地农业生态系统产量效益和生态效益均衡发展提供理论依据。主要研究结果如下：1复种与施氮对土壤颗粒有机碳（POC）的影响冬油菜茬和冬小麦茬土壤POC在作物生长季内有

3、明显的波动性，因作物不同呈现出不同的变化趋势，大豆、马铃薯、玉米的农田POC积累量分别为1.83～2.16g/kg、1.31～2.80g/kg、1.47～2.23g/kg，大豆、马铃薯呈先降后升的变化趋势，玉米呈先升后降再升的变化趋势，3中作物农田POC的含量在整个生育期内整体都呈增加的趋势。冬小麦茬有利于大豆、马铃薯土壤POC的积累，而冬油菜茬利于玉米土壤POC的积累。冬小麦茬大豆、马铃薯土壤POC含量分别高出冬油菜茬0.02～0.29g/kg、0.13～0.69g/kg，冬油菜茬玉米土壤POC含量高出冬小麦茬0.01～0.23g/kg。冬油菜茬下复种大豆各施氮处理间土壤P

4、OC含量差异不显著（P＞0.05）；马铃薯播后60d，N0、N240处理土壤POC含量差异显著，其余处理间差异不显著；在玉米播后60d、100dN120处理与N0、N240处理差异显著(P<0.05)。冬小麦茬下在大豆播后20d、80dN240处理显著高于N0、N120处理；马铃薯播后80dN120处理显著低于N0、N240处理，其余生育期差异不显著；玉米各施氮处理差异不显著。复种马铃薯较大豆、玉米有利于土壤POC的积累。大豆、马铃薯土壤POC的积累量N120处理下高于N0、N240处理；玉米土壤POC的积累量N240处理下高于N0、N120处理。冬油菜茬、冬小麦茬中，大豆、

5、马铃薯、玉米各施氮处理中POC的含量和POC/TOC均表现为0～10cm＞10～20cm＞20～30cm。2复种与施氮对土壤易氧化有机碳（EOOC）的影响不同作物农田土壤EOOC含量动态变化趋势不同，大豆、马铃薯、玉米的农田EOOC积累量分别为0.45～1.06g/kg、0.41～0.98g/kg、0.44～1.07g/kg。大豆农田土壤EOOC呈升—降—升的变化趋势，马铃薯、玉米农田土壤EOOC含量呈相同的变化趋势，即从播后20d开始持续降低至播后100d（成熟期），大豆、马铃薯、玉米土壤EOOC的含量变幅分别为43.21～54.50%、34.87～44.70%、41.50

6、～57.55%。冬油菜茬复种大豆播后40dN240处理显I甘肃农业大学2015届博士学位论文著高于N0、N120处理，马铃薯和玉米在各施氮处理下土壤EOOC变化规律一致；冬小麦茬下大豆播后20dN0处理和N120、N240处理土壤EOOC含量差异显著，其余处理间差异不显著；马铃薯、玉米在冬小麦茬下其农田土壤EOOC的变化不大。复种大豆较马铃薯、玉米有利于土壤EOOC的积累。大豆、马铃薯土壤EOOC的积累量N120处理下高于N0、N240处理；玉米土壤EOOC的积累量N240处理下高于N0、N120处理。冬油菜茬、冬小麦茬中，大豆、马铃薯、玉米各施氮处理中EOOC的含量和EOO

7、C/TOC均表现为0～10cm＞10～20cm＞20～30cm。3复种与施氮对土壤腐殖质碳的影响大豆、马铃薯、玉米农田土壤腐殖质碳含量均表现为升—降—升的变化趋势，在两种前茬和三种施氮处理下表现出一致的变化规律。大豆、马铃薯、玉米农田土壤腐殖质总碳含量分别为2.50～4.13g/kg、1.60～3.85g/kg、2.25～3.82g/kg；胡敏酸碳含量分别为0.80～1.18g/kg、0.66～1.57g/kg、0.73～1.32g/kg；富里酸碳含量分别为1.55～2.91g/kg、0.82～2.35