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双季稻田稻草与豆科绿肥联合还田下土壤碳、氮转化特征

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英文缩略表

第一章 绪论

1.1 稻草还田与稻田绿肥的培肥效应

1.2 稻草、绿肥还田下的土壤碳效应

1.2.1 土壤活性有机碳

1.2.2 土壤碳矿化

1.2.3 土壤甲烷排放

1.3 稻草、绿肥还田下的土壤氮效应

1.3.1 土壤活性有机氮

1.3.2 土壤氮矿化

1.3.3 土壤氧化亚氮排放

1.4 稻草与豆科绿肥联合还田下的土壤碳、氮效应

1.5 研究内容、目的及技术路线

1.5.1 研究目的和内容

1.5.2 技术路线

第二章 稻草与绿肥联合还田下水稻产量及土壤肥力效应

2.1 前言

2.2 材料与方法

2.2.1 试验点概况及试验设计

2.2.2 样品采集与分析

2.2.3 数据分析

2.3 结果与分析

2.3.1 稻草还田对紫云英产草量和植株含氮量的影响

2.3.2 多年不同施肥处理对水稻产量的影响

2.3.3 多年不同施肥处理对土壤肥力的影响

2.3.4 多年不同施肥处理对土壤微生物量碳氮和可溶性有机碳氮的影响

2.4 讨论

2.4.1 不同有机物料还田对作物产量的影响

2.4.2 不同有机物料还田对土壤肥力的影响

2.5 小结

第三章 稻草与绿肥混施下土壤活性碳氮及温室气体排放特征

3.1 前言

3.2 材料与方法

3.2.1 试验材料

3.2.2 试验设计及实施

3.2.3 测定项目及方法

3.2.4 数据分析

3.3 结果与分析

3.3.1 不同施肥处理下的水稻产量及产量构成因素

3.3.2 不同施肥处理对土壤微生物量碳氮和可溶性碳氮的影响

3.3.3 不同施肥处理对温室气体排放特征的影响

3.3.4 土壤微生物量碳氮、可溶性有机碳氮以及无机氮问相关性分析

3.4 讨论

3.4.1 稻草绿肥联合添加对水稻产量及产量构成因素的影响

3.4.2 稻草绿肥联合添加对土壤微生物量碳氮、可溶性有机碳氮的影响

3.4.3 稻草绿肥联合添加对温室气体排放及排放强度的影响

3.5 小结

第四章 等量碳投入下稻草和绿肥混合添加对碳氮转化的影响

4.1 前言

4.2 材料与方法

4.2.1 土壤与植物材料

4.2.2 试验实施

4.2.3 样品采集及分析

4.2.4 数据分析

4.3 结果与分析

4.3.1 稻草和绿肥混合添加对可溶性有机碳氮的影响

4.3.2 稻草和绿肥混合添加对微生物量碳氮的影响

4.3.3 稻草和绿肥混合添加对矿化氮的影响

4.3.4 稻草和绿肥混合添加对温室气体排放的影响

4.3.5 稻草和绿肥混合添加对土壤碳氮库活性及碳氮损失的影响

4.4 讨论

4.4.1 等量碳投入下稻草和绿肥混合添加对土壤碳库活性的影响

4.4.2 等量碳投入下稻草和绿肥混合添加对土壤氮库活性的影响

4.4.3 等量碳投入下稻草和绿肥混合添加对土壤温室气体排放的影响

4.5 小结

第五章 等量氮投入下稻草和绿肥混合添加对碳氮转化的影响

5.1 前言

5.2 材料与方法

5.2.1 土壤与植物材料

5.2.2 试验实施

5.2.3 样品采集及分析

5.2.4 数据分析

5.2 结果与分析

5.2.1 稻草和绿肥混合添加对可溶性有机碳、氮的影响

5.2.2 稻草和绿肥混合添加对微生物量碳、氮的影响

5.2.3 稻草和绿肥混合添加对矿化氮的影响

5.2.4 稻草和绿肥混合添加对温室气体排放的影响

5.2.5 稻草和绿肥混合添加对碳、氮排放系数及温室效应的影响

5.2.6 土壤活性碳、氮与温室气体排放通量pearson相关性分析

5.3 讨论

5.3.1 等量氮投入下稻草和绿肥混合添加对土壤碳库活性的影响

5.3.2 等量氮投入下稻草和绿肥混合添加对土壤氮库活性的影响

5.3.3 等量氮投入下稻草和绿肥混合添加对土壤温室气体排放的影响

5.4 小结

6.1 全文结论

6.2 问题与展望

参考文献

致谢

作者简历

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摘要

稻草还田和冬种绿肥是我国南方稻田重要的培肥措施。因自身碳、氮组成所限,稻草和绿肥单独还田时有一定的局限性。近来,绿肥小组研发了稻草还田下种植利用绿肥技术,实现了稻草和绿肥同时还田。但有关稻草与绿肥联合还田下土壤碳、氮效应的研究欠缺。本文利用定位试验、盆栽试验及培养试验,研究了稻草与豆科绿肥联合还田下稻田生产与培肥效应、土壤碳氮转化及温室气体排放特征。田间小区试验设冬闲、稻草还田和不还田,冬种紫云英、稻草还田和不还田4个处理;盆栽试验设无肥、化肥、化肥配施绿肥、化肥配施稻草和化肥配施稻草绿肥混合物5处理;培养试验分别设等量碳和等量氮投入下的单独绿肥(C/N14∶1)、稻草(C/N63∶1)和稻草绿肥混合处理(C/N25∶1和35∶1)。主要结果如下:
  1.四年田间定位试验结果显示,稻草还田能够提高绿肥产草量及植株含氮量。与稻草、绿肥单独还田相比,稻草与绿肥联合还田增加双季稻四年平均产量,增幅为284.9 kg·hm-2和140.8kg·hm-2。土壤肥力角度来看,稻草、绿肥还田均提高土壤有机质(SOM)、微生物量碳、氮(MBC、MBN)含量,联合还田较稻草、绿肥单独施用土壤养分增幅更大,且养分提升更为全面。与CK相比,联合还田下,SOM增加了9.7%,全氮(TN)增加了10.2%, MBC和MBN增加了25.2%和36.6%,同时,土壤可溶性有机碳、氮(DOC、DON)、无机氮(IN)、有效钾和有效磷也显著提升。
  2.盆栽条件下,与单施化肥相比,化肥配施绿肥、化肥配施稻草绿肥混合物处理均显著增加水稻产量,增幅为13.2%和17.9%。同时,化肥配施稻草或绿肥的3个处理DOC平均增加了6.2%~8.9%,IN平均降低了4.5%~25.4%,CO2增排6.3%~18.2%,CH4增排45.5%~81.1%。化肥配施稻草绿肥混合物较化肥配施绿肥、化肥配施稻草处理显著增加水稻全生育期土壤MBC和MBN平均含量,降低化肥配施绿肥时土壤碳排放系数,同时维持较低的温室气体排放强度。
  3.等碳量投入下研究结果表明,添加稻草、绿肥均增加土壤DOC、MBC含量,促进CO2和CH4、抑制N2O释放。低C/N比(14,25和35)处理提高土壤DON、MBN及NH+-N、高C/N比(63)降低土壤MBN和NH+-N含量。土壤CH4排放通量随培养时间变化较大,单独绿肥还田时,在培养末期(80d后)土壤CH4排放通量最低。培养结束时,C/N比为35∶1时产生的温室气体引发的全球增温势(GWP)最高。培养期间,随着C/N比增加,土壤碳、氮损失率降低。
  4.等氮量投入培养试验结果显示,添加稻草、绿肥均增加土壤DOC、DON、MBC和MBN含量。DOC、DON含量与土壤CO2和CH4排放通量呈正相关、与N2O呈负相关,MBC和MBN含量与CO2排放通量呈负相关。随着C/N比增加,土壤CH4、CO2排放通量、GWP也随之增大。C/N比为14∶1和63∶1时土壤碳排放系数最高,但63∶1处理降低土壤氮的有效性及氮排放系数。
  综上可知,与稻草、绿肥单独应用相比,稻草与绿肥联合使用可提高作物产量、降低温室气体排放强度,并有利于平衡土壤碳氮活性与损失的关系。

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