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增温与UV-B增强对大豆-冬小麦轮作系统土壤碳氮交换及生物量的影响

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究进展

1.2.1 增温对农田生态系统的影响研究进展

1.2.2 UV-B增强对农田生态系统的影响研究进展

1.3 问题的提出

1.4 研究目的、研究内容

1.4.1 研究目的

1.4.2 研究内容

1.5 技术路线图

第二章 试验材料与研究方法

2.1 试验设计及材料

2.1.1 试验设计

2.1.2 试验材料

2.2 试验设计

2.2.1 增温与UV-B增强的处理及控制

2.2.2 采样箱及底座安装

2.2.3 气体样品的采集与分析

2.2.4 生物量测定

2.2.5 土壤温湿度及气温测定

2.3 统计方法

第三章 增温与UV-B增强对大豆田土壤CO和N2O排放的影影响

3.1 大豆田土壤温湿度变化

3.2 增温与UV-B增强对大豆田土壤CO2排放的影响

3.2.1 土壤CO2排放通量的生长季变化

3.2.2 土壤CO2平均排放通量

3.2.3 土壤CO2累积排放量

3.3 增温与UV-B增强对大豆田土壤呼吸温湿度敏感性的影响

3.3.1 温度敏感性

3.3.2 湿度敏感性

3.3.3 温湿度对大豆田土壤呼吸的交互影响

3.4 增温与UV-B增强对大豆田的土壤N2O排放的影响

3.4.1 土壤N2O排放通量的生长季变化

3.4.2 土壤N2O平均排放通量

3.4.3 土壤N2O累积排放量

3.5 增温与UV-B增强对大豆田土壤N2O排放与土壤温湿度关系的影响

3.5.1 温度敏感性

3.5.2 湿度敏感性

3.6 增温与UV-B增强对大豆收获生物量的影响

3.7 本章小结

3.7.1 增温与UV-B增强对大豆田土壤CO2排放的影响

3.7.2 增温与UV-B增强对大豆田土壤N2O排放的影响

3.7.3 增温与UV-B增强对大豆田收获生物量的影响

第四章 增温背景下UV-B增强对冬小麦田土壤CO2和N2O排放的影响

4.1 冬小麦田土壤温湿度变化

4.2 增温背景下UV-B增强对冬小麦田土壤CO2排放的影响

4.2.1 土壤CO2排放通量的生长季变化

4.2.2 土壤CO2平均排放通量

4.3 增温背景下UV-B增强对冬小麦田土壤CO2排放与土壤温湿度关系的影响

4.3.1 温度敏感性

4.3.2 湿度敏感性

4.4 增温背景下UV-B增强对冬小麦田土壤N2O排放的影响

4.4.1 土壤N2O排放通量的生长季变化

4.4.2 土壤N2O平均排放通量

4.4.3 土壤N2O累积排放量

4.5 增温背景下UV-B增强对冬小麦田土壤N2O排放与土壤温湿度关系的影响

4.5.1 温度敏感性

4.5.2 湿度敏感性

4.6 增温背景下UV-B增强对冬小麦收获生物量的影响

4.7 增温背景下UV-B增强与无增温背景下UV-B增强效应的对比

4.8 本章小结

4.8.1 增温背景下UV-B增强对冬小麦田土壤CO2排放的影响

4.8.2 增温背景下UV-B增强对冬小麦田土壤N2O排放的影响

4.8.3 增温背景下UV-B增强对冬小麦田收获生物量的影响

第五章 讨论

5.1 大豆与冬小麦生长季的增温处理对比

5.2 增温及UV-B增强对农田土壤CO2排放的影响分析

5.2.1 农田土壤CO2排放生长季变化的分析

5.2.2 农田土壤CO2排放量的分析

5.3增温及UV-B增强对农田土壤N2O排放的影响分析

5.3.1 农田土壤N2O排放的生长季变化的分析

5.3.2 农田土壤N2O排放量的分析

5.4 增温及UV-B增强对农田土壤CO2和N2O排放与土壤温湿度关系的影响分析

5.4.1 农田土壤CO2排放与土壤温湿度关系的分析

5.4.2 农田土壤N2O排放与土壤温湿度关系的分析

5.5 增温与UV-B增强对收获生物量的影响分析

第六章 结论与展望

6.1 全文结论

6.1.1 增温与UV-B增强对农田系统土壤CO2排放的影响

6.1.2 增温与UV-B增强对农田系统土壤N2O排放的影响

6.1.3 增温与UV-B增强对作物收获生物量的影响

6.2 研究特色与创新点

6.2.1 研究特色

6.2.2 创新点

6.3 研究展望

参考文献

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致谢

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摘要

全球变暖和因平流层臭氧损耗导致的地表紫外线B辐射增强是重大的环境问题,已引起各国政府和国际学术界的广泛关注。农田生态系统作为温室气体源汇的重要组成部分,定会受到气候变化的影响。本研究采用田间试验的方法,在田间的开顶箱内开展了大豆和冬小麦两个生长季的控制试验。大豆生长季设置4种处理:对照(CK)、UV-B辐射增强20%(U)、增温(T)、增温+UV-B辐射增强20%(UT),每种处理有3个重复;冬小麦生长季设置2种处理:对照(CK)、UV-B辐射增强20%(U),每种处理设3个重复。使用红外线辐射加热管实现增温,利用UV-B辐射灯管进行UV-B辐射增强,采用静态箱-气相色谱法测定土壤CO2和N2O排放通量。初步探讨了增温背景下UV-B辐射增强对农田土壤CO2和N2O排放的影响,为客观评估区域农田生态系统土壤温室气体排放趋势提供依据。
  研究结果表明:在大豆生长季,增温与UV-B增强没有改变大豆田土壤CO2排放的季节性变化模式。与CK相比,U、T、UT没有显著改变大豆田的土壤CO2排放通量;在三叶-分枝期,U比UT显著增加了土壤CO2排放通量,增温会降低三叶-分枝期的土壤CO2排放通量。U、T、UT的土壤呼吸与土壤温度存在显著的正指数关系,U、T、UT在一定程度上能增加大豆田土壤呼吸的温度敏感性;土壤呼吸与土壤湿度没有显著的指数相关性。
  在大豆生长季,UV-B辐射增强改变了三叶-分枝期的土壤N2O排放的季节性变化模式。与CK相比,T在三叶-分枝期、开花-结荚期以及全生育期显著降低了土壤N2O排放通量;U在开花-结荚期和全生育期显著降低了土壤N2O排放通量;UT则在三叶-分枝期和全生育期显著降低了土壤N2O排放通量。CK与U的土壤N2O排放与土壤温度存在显著的正指数关系,而T与UT的土壤N2O排放与土壤温度没有显著的指数关系,U、T、UT在一定程度上降低了大豆田土壤N2O排放的温度敏感性;土壤N2O排放与土壤湿度有显著的指数关系。
  在大豆生长季,与CK相比,U极显著降低了大豆收获期地上部分生物量和总生物量;T显著降低了地上部分生物量;UT显著降低了地上部分生物量和总生物量。U、T、UT对地下部分生物量没有显著影响。
  在冬小麦生长季,增温背景下UV-B增强没有改变冬小麦田土壤CO2排放的季节性变化模式。与CK相比,U在返青期显著增加了冬小麦田的土壤CO2排放。CK与U的土壤呼吸与土壤温度均存在极显著的正指数相关关系,U在增温背景下会在一定程度上降低土壤呼吸的温度敏感性;CK与U的土壤呼吸与土壤湿度有显著的正指数相关关系。
  在冬小麦生长季,增温背景下UV-B辐射增强没有改变冬小麦田的土壤N2O排放的季节性变化模式。与CK相比,U在返青期显著增加了土壤N2O排放通量,在拔节-孕穗期显著降低了土壤N2O排放通量。CK与U的土壤N2O排放与土壤温度无显著的指数相关关系。CK的土壤N2O排放与土壤湿度有显著的正指数相关关系,U的土壤N2O排放与土壤湿度则无显著的指数关系。
  在冬小麦生长季,与CK相比,U极显著降低了冬小麦收获期地上部分和地下部分以及总生物量。

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