气候变化对土壤养分的时空变异性研究
摘要：在当前的气候变化情景下，基于T-FACE（Temperature-free air carbon dioxide enrichment）平台升高温度和CO2浓度，设置了四个处理：CK(常规温度和CO2浓度)、C（常规温度和升高CO2浓度）、CT（身高温度和CO2浓度）、T（升高温度和常规CO2）。并分别在小麦四个不同的生育期（播种期、越冬期、分蘖期、成熟期）采集不同层次的土壤样品（耕作层0-14cm、犁底层14-33cm、潴育层33-59cm、潜育层59-80cm），分析大气CO2浓度升高和温度升高对农田土壤养分含量及有效性的影响。结果表明：小麦在越冬期CO2浓度升高的条件下，常规或升高温度可使潴育层土壤中硝态氮含量出现下降趋势；在越冬期除T处理外，其余三个处理耕作层土壤硝态氮含量要高于播种期。越冬期的四种处理中，CK处理条件下硝态氮含量增加最为显著。在升高温度和CO2浓度的交互作用下，越冬期和分蘖期耕作层土壤的铵态氮含量明显低于常规CO2浓度和温度处理，且在不同土壤层次中未表现出明显的上升或下降趋势；铵态氮含量在小麦整个生长期相对稳定，但CT、C、T三种不同条件处理下，小麦成熟区铵态氮明显增加，且升高温度处理下的增加趋势更为显著；在小麦整个生长期内，C处理下铵态氮表现出先上升-后下降的趋势，而CK、CT和T处理则表现出上升—下降—上升的趋势。无论是在何种处理条件下，小麦全生育期土壤耕作层硝态氮和铵态氮的含量均呈现正相关，但在小麦不同生长期，其相关程度也受到不同温度和CO2浓度处理的影响；在小麦全生育期CK处理的速效磷含量明显高于其它处理。且在播种期、越冬期和分蘖期，CK处理与CT和T处理速效磷含量具有显著性差异。而在成熟期CK处理仅与C处理具有显著性差异。
目录
摘要2
关键词2
Abstract2
Key words3
引言3
2 试验设计4
2.1 研究区概况 4
2.2 研究方法 4
2.2.1 TFACE平台设计4
2.2.2 土壤样品的采集4
2.2.3分析测试及数据处理4
3 结果与讨论5
3.1 模拟气候变化对土壤氮素的影响5
3.1.1 氮
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
素在土壤中的化学行为5
3.1.2 模拟气候变化土壤硝态氮的空间变异 5
3.1.3 模拟气候变化土壤耕作层硝态氮的时间变异7
3.1.4 模拟气候变化对土壤铵态氮的影响7
3.2 模拟气候变化土壤硝态氮和铵态氮的关系9
3.3 模拟气候变化对土壤速效磷的影响10
3.3.1 模拟气候变化土壤速效磷的空间变异10
3.3.2 模拟气候变化土壤速效磷的时间变异11
4 结论12
5 结论13
致谢 13
参考文献14
气候变化对土壤养分的时空变异性研究
引言
气候变化主要包括气候变暖、氮沉降量增加以及大气CO2浓度升高等方面的变化,由此带来的一系列生态及环境问题已成为当前研究的重要议题[1]。政府间气候变化委员会指出，农业生产将受到气候变化的严重制约，特别是降水变化和水资源短缺情况下，农业的生产能力将被严重削弱。土壤条件（水分和养分状况等）和气候条件（包括温度、降水、风速和大气CO2浓度等）能够显著影响农业生产的各个环节。土壤养分（N、P）作为植物生长发育必需营养元素，是提高农业生产的前提条件。张勇等在模拟气候变化条件下，通过研究发现在冬小麦的生育期间, CO2浓度升高降低了耕作层土壤中NH4+N含量，但增加了土壤速效磷的含量[2]。王其兵等[3]认为气候变暖将提高草原草甸土壤氮素的净矿化速率。Robinson等[4]发现土壤温度的升高会增强土壤氮素的硝化、反硝化以及矿化作用。
太湖地区是我国重要的粮食生产基地，长期以来，氮肥的施用量一直保持着较高水平[5]。随着农业的持续发展和集约化程度的不断提高，化学氮肥的施用量还在逐年上升，年均施氮量高达366kghm2,远超出发达国家水平 [5,6]。过量的氮肥施用对该区地面水和浅层地下水都有着不同程度的氮素污染[7]。
因此，研究气候变化对太湖地区土壤养分时空变异的影响对保护农业生态系统和提高农业生产具有重要意义。目前，针对气候变化对土壤养分影响研究主要集中在区域尺度上，而对不同层次土壤养分的变异情况研究较少。同时，由于农田土地利用方式及种植作物种类的差异也会对土壤养分的动态变化产生影响。因此，本研究通过模拟气候变化的条件，升高温度和CO2浓度，同时综合考虑了冬小麦对养分的吸收以及土壤中养分的释放作用，研究各个层次土壤的N、P含量的动态变化和不同形态养分元素相互间的交互影响，揭示了气候变化农田养分的变化规律。研究结果可为研究区合理施肥、减少不必要的养分流失，改善农业面源污染的现状和农田养分管理提供科学依据。
2.试验设计
1研究区概况
研究区位于江苏省常熟市白茆镇（31°30ˊN,120°33ˊE），地处太湖流域，属亚热带季风气候，全年温和湿润，四季分明，年均降水量 11001200 mm，年平均气温16 ℃，年平均日照时数超过 2000h，无霜期达 230d。本研究以太湖地区典型的水稻土乌栅土为研究对象，该土壤主要由湖积物和长江冲积母质发育而成，土质粘重，耕作层为壤质粘土，犁底层为粘壤土，潴育层为粘土。试验田长期采用稻麦轮作的耕作制度，每年610月为水稻种植期，11月至次年5月为小麦种植期。
2.2研究方法
2.2.1 TFACE平台设计 试验平台于2010年7月开始建设，2011 年 7 月开始运行。TFACE 圈设计为正八角形，平台共设 12 个处理圈，直径为8m, 有效面积约42m2。通过 TFACE 圈周围的管道向圈中心喷射纯CO2气体, 电脑控制圈内CO2浓度,使其全生育期平均CO2浓度保持在比正常大气 CO2浓度高 200μL?L1。大气CO2浓度设两个水平：常规CO2浓度（375μL?L1）和升高CO2浓度至500μL?L1；温度设常规温度和高于常规2℃ 两个水平。共四种处理：CK（常规CO2浓度和温度）、C（升高CO2浓度和常规温度）、CT（升高CO2浓度和温度）和T（常规CO2 浓度和升高温度），每个处理设置3次重复，处理随机排列，同时由红外灯照射，升高圈内温度。
2.2.2土壤样品的采集 在试验区挖掘并观测土壤剖面，并按照发生层划分为四层：耕作层（014 cm），犁底层（1433 cm），潴育层（3359 cm）和潜育层（5990 cm）。在20132014年小麦季的不同生育期：播种期（2013.11.2）、越冬期（2014.1.10）、分蘖期（2014.3.30）、成熟期（2014.6.3）采集不同层次的土壤样品。采用直径5 cm土钻在每个采样点的中心及东西南北四个方向约30 cm处各采一个点，将5个点混合均匀作为一个土样。样品经自然风干，去除石块和残根等杂物，磨碎后过1mm和0.25 mm筛，用四分法取约300 g作为待测样品。
2.2.3土壤样品分析及数据处理 土壤容重的测定：环刀法；土壤质地分析：吸管法；土壤孔隙度：根据土壤容重和比重进行计算而得； 土壤pH值的测定：酸度计法；土壤有机质的测定：重铬酸钾容量法；土壤硝态氮的测定：CaSO4浸提—紫外光度法；土壤铵态氮的测定：KCl浸提—蒸馏法；土壤有效磷的测定：0.5 molL1 pH8.5 NaHCO3浸提磷钼蓝比色法。
表1 供试土壤性质
Table 1 The properties of soil sample
深度 有机质 容重 饱和导水率 孔隙度 机械组成
层次 (cm) pH (g/kg) (g/cm3) (cm/s) (%) （g/kg）
目录
摘要2
关键词2
Abstract2
Key words3
引言3
2 试验设计4
2.1 研究区概况 4
2.2 研究方法 4
2.2.1 TFACE平台设计4
2.2.2 土壤样品的采集4
2.2.3分析测试及数据处理4
3 结果与讨论5
3.1 模拟气候变化对土壤氮素的影响5
3.1.1 氮
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
素在土壤中的化学行为5
3.1.2 模拟气候变化土壤硝态氮的空间变异 5
3.1.3 模拟气候变化土壤耕作层硝态氮的时间变异7
3.1.4 模拟气候变化对土壤铵态氮的影响7
3.2 模拟气候变化土壤硝态氮和铵态氮的关系9
3.3 模拟气候变化对土壤速效磷的影响10
3.3.1 模拟气候变化土壤速效磷的空间变异10
3.3.2 模拟气候变化土壤速效磷的时间变异11
4 结论12
5 结论13
致谢 13
参考文献14
气候变化对土壤养分的时空变异性研究
引言
气候变化主要包括气候变暖、氮沉降量增加以及大气CO2浓度升高等方面的变化,由此带来的一系列生态及环境问题已成为当前研究的重要议题[1]。政府间气候变化委员会指出，农业生产将受到气候变化的严重制约，特别是降水变化和水资源短缺情况下，农业的生产能力将被严重削弱。土壤条件（水分和养分状况等）和气候条件（包括温度、降水、风速和大气CO2浓度等）能够显著影响农业生产的各个环节。土壤养分（N、P）作为植物生长发育必需营养元素，是提高农业生产的前提条件。张勇等在模拟气候变化条件下，通过研究发现在冬小麦的生育期间, CO2浓度升高降低了耕作层土壤中NH4+N含量，但增加了土壤速效磷的含量[2]。王其兵等[3]认为气候变暖将提高草原草甸土壤氮素的净矿化速率。Robinson等[4]发现土壤温度的升高会增强土壤氮素的硝化、反硝化以及矿化作用。
太湖地区是我国重要的粮食生产基地，长期以来，氮肥的施用量一直保持着较高水平[5]。随着农业的持续发展和集约化程度的不断提高，化学氮肥的施用量还在逐年上升，年均施氮量高达366kghm2,远超出发达国家水平 [5,6]。过量的氮肥施用对该区地面水和浅层地下水都有着不同程度的氮素污染[7]。
因此，研究气候变化对太湖地区土壤养分时空变异的影响对保护农业生态系统和提高农业生产具有重要意义。目前，针对气候变化对土壤养分影响研究主要集中在区域尺度上，而对不同层次土壤养分的变异情况研究较少。同时，由于农田土地利用方式及种植作物种类的差异也会对土壤养分的动态变化产生影响。因此，本研究通过模拟气候变化的条件，升高温度和CO2浓度，同时综合考虑了冬小麦对养分的吸收以及土壤中养分的释放作用，研究各个层次土壤的N、P含量的动态变化和不同形态养分元素相互间的交互影响，揭示了气候变化农田养分的变化规律。研究结果可为研究区合理施肥、减少不必要的养分流失，改善农业面源污染的现状和农田养分管理提供科学依据。
2.试验设计
1研究区概况
研究区位于江苏省常熟市白茆镇（31°30ˊN,120°33ˊE），地处太湖流域，属亚热带季风气候，全年温和湿润，四季分明，年均降水量 11001200 mm，年平均气温16 ℃，年平均日照时数超过 2000h，无霜期达 230d。本研究以太湖地区典型的水稻土乌栅土为研究对象，该土壤主要由湖积物和长江冲积母质发育而成，土质粘重，耕作层为壤质粘土，犁底层为粘壤土，潴育层为粘土。试验田长期采用稻麦轮作的耕作制度，每年610月为水稻种植期，11月至次年5月为小麦种植期。
2.2研究方法
2.2.1 TFACE平台设计 试验平台于2010年7月开始建设，2011 年 7 月开始运行。TFACE 圈设计为正八角形，平台共设 12 个处理圈，直径为8m, 有效面积约42m2。通过 TFACE 圈周围的管道向圈中心喷射纯CO2气体, 电脑控制圈内CO2浓度,使其全生育期平均CO2浓度保持在比正常大气 CO2浓度高 200μL?L1。大气CO2浓度设两个水平：常规CO2浓度（375μL?L1）和升高CO2浓度至500μL?L1；温度设常规温度和高于常规2℃ 两个水平。共四种处理：CK（常规CO2浓度和温度）、C（升高CO2浓度和常规温度）、CT（升高CO2浓度和温度）和T（常规CO2 浓度和升高温度），每个处理设置3次重复，处理随机排列，同时由红外灯照射，升高圈内温度。
2.2.2土壤样品的采集 在试验区挖掘并观测土壤剖面，并按照发生层划分为四层：耕作层（014 cm），犁底层（1433 cm），潴育层（3359 cm）和潜育层（5990 cm）。在20132014年小麦季的不同生育期：播种期（2013.11.2）、越冬期（2014.1.10）、分蘖期（2014.3.30）、成熟期（2014.6.3）采集不同层次的土壤样品。采用直径5 cm土钻在每个采样点的中心及东西南北四个方向约30 cm处各采一个点，将5个点混合均匀作为一个土样。样品经自然风干，去除石块和残根等杂物，磨碎后过1mm和0.25 mm筛，用四分法取约300 g作为待测样品。
2.2.3土壤样品分析及数据处理 土壤容重的测定：环刀法；土壤质地分析：吸管法；土壤孔隙度：根据土壤容重和比重进行计算而得； 土壤pH值的测定：酸度计法；土壤有机质的测定：重铬酸钾容量法；土壤硝态氮的测定：CaSO4浸提—紫外光度法；土壤铵态氮的测定：KCl浸提—蒸馏法；土壤有效磷的测定：0.5 molL1 pH8.5 NaHCO3浸提磷钼蓝比色法。
表1 供试土壤性质
Table 1 The properties of soil sample
深度 有机质 容重 饱和导水率 孔隙度 机械组成
层次 (cm) pH (g/kg) (g/cm3) (cm/s) (%) （g/kg）
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/hxyhj/493.html
