干旱区不同管理措施下绿洲棉田土壤呼吸及碳平衡研究

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1、分类号：密级：公开学号：2010207011单位代码：10759石河子大学博士学位论文干旱区不同管理措施下绿洲棉田土壤呼吸及碳平衡研究学位申请人张前兵指导教师张旺锋教授申请学位门类级别农学博士学科、专业名称作物栽培学与耕作学研究方向绿洲生态与农业可持续发展所在学院农学院中国·新疆·石河子2013年6月Studiesonsoilrespirationandcarbonbalanceunderdifferentmanagementpracticesincottonfieldofoasisinaridr

2、egionADissertationSubmittedtoShiheziUniversityInPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofAgricultureByZhangQian-bing(CropCultivationandFarmingSystem）DissertationSupervisor:Prof.ZhangWang-fengJune,2013摘要土壤呼吸作用是陆地生态系统中土壤和大气之间CO2交换的主要组成成分

3、，在全球的碳循环中扮演着重要的角色。农田生态系统土壤与大气之间的温室气体交换及碳循环过程受不同农业管理措施的强烈影响。新疆作为我国重要的干旱区，同时也是我国最重要的商品棉产区。进入21世纪以来，新疆农业生产技术发生较大变革，膜下滴灌农业节水技术大面积推广应用，农作物施肥量的逐渐增加，长期实施作物秸秆还田等技术，使干旱区绿洲农作物生产水平大幅度提高的同时，也导致干旱区绿洲农田生态系统土壤碳的分配格局与过程发生变化。基于以上这些现象，本文从土壤呼吸速率的角度入手，通过对棉花整个生育期农田土壤呼吸速率进

4、行田间的原位测定，探讨不同农业管理措施对干旱区绿洲农田生态系统土壤呼吸作用、土壤呼吸各组分变化、土壤有机碳（SOC）、土壤微生物量碳（MBC）以及土壤碳库平衡的影响，了解不同农田管理措施对土壤碳通量、碳平衡的影响机理，并分析不同农业管理措施下棉田土壤有机碳含量与土壤碳排放量之间的关系，以期为干旱区绿洲农田安排合理的农田管理措施及制定农业低碳栽培技术，进而提升干旱区绿洲农田土壤的质量及固碳潜力。主要的研究内容和结果如下：1.研究了不同管理措施对土壤呼吸速率动态变化的影响。结果表明，不同管理措施下，干

5、旱区绿洲棉田土壤呼吸速率季节变化特征明显，峰值出现在7月中旬，最小值出现在10月中旬；土壤呼吸速率日变化呈单峰曲线变化趋势，盛花期在15:00—17:00达到峰值，盛铃期均在15:00达到峰值，均于凌晨04:00降到最低。10cm地温与土壤呼吸速率呈极显著（P<0.01）正相关关系。不同农业管理措施下棉田土壤呼吸速率的矫正系数在09:00—13:00接近于1，说明这一时间段的土壤呼吸速率最能代表一天的平均土壤呼吸速率。灌溉处理间平均土壤呼吸速率为常规漫灌显著小于膜下滴灌，施肥处理间各处理平均土壤呼

6、吸速率为NPK

7、提高区域农田土壤呼吸作用研究的准确性。3.研究了不同管理措施对土壤呼吸各组分贡献的影响。结果表明，膜下滴灌条件下各施肥处理根系呼吸对土壤呼吸的贡献率为36.38%—58.74%，常规漫灌条件下为33.73%—52.03%；铃期根系呼吸贡献率最高，整个生育期根系呼吸平均贡献率膜下滴灌和常规漫灌方式下分别为48.05%和44.31%。4.研究了不同棉田管理措施对土壤碳排放、有机碳含量及碳平衡的影响。结果表明，棉花生育期间，不同管理措施下，膜下滴灌土壤碳排放量大于常规漫灌，施肥处理间为（NPK+OM）>

8、OM>CK>NPK，秸秆还田处理间为秸秆还田＞秸秆不还田。不Ⅰ同管理措施下，棉田土壤有机碳含量呈表层最高、随土层深度增加而降低的分布趋势；灌溉处理间棉田0—40cm土层土壤有机碳含量为常规漫灌>膜下滴灌，施肥处理间为（NPK+OM）>OM>NPK>CK，秸秆还田处理间为秸秆还田>秸秆不还田。分析表明，棉花生育期，棉田土壤碳排放量与不同层次土壤有机碳含量呈正相关，与20—40cm土层土壤有机碳含量的相关性较好。不同管理措施下，农田土壤均表现为碳汇，但碳汇强度不同。农田土壤碳汇强度灌溉