有机种植方式下农田土壤有机碳动态模拟研究

【摘要】本文基于全球变化的大背景,采用模型模拟的研究方法,对有机种植方式下农田土壤固碳特性与潜力进行了研究。分别通过培养试验、田间根袋法试验和定位试验重点探讨了：1.三种常用有机肥料的分解特性、易分解比例及其对土壤有机碳矿化的影响；2.农田土壤有机碳模型(Soil-C模型)在有机种植中参数的确定、验证和应用：3.利用Soil-C模型定量分析有机种植中肥料的最佳施用方式和施用比例。培养试验以商品有机肥(SP)、油菜饼肥(BF)和秸秆堆肥(DF)三种不同种类有机肥为供试材料,采用土壤呼吸瓶法进行90天恒温培养,结果表明：三种有机肥的分解特性差异极大,油菜饼肥与秸秆堆肥在培养前25d分解速率呈现快速升高后又快速下降的变化规律,其中C/N最低的油菜饼肥更加明显,而C/N最高的商品有机肥分解速率很低；三种有机肥料处理的土壤有机碳累积矿化量存在极显著差异(P<0.01),大小顺序依次为油菜饼肥处理>秸秆堆肥处理>商品有机肥处理；培养结果运用Soil-C模型进行拟合,获得一级动力学分解速率常数K1=0.019、K2=0.97×10-3和Ks=0.80×10-3(d-1),同时计算出商品有机肥、油菜饼肥和秸秆堆肥的C02-C矿化率F(C)分别为0.22、0.57和0.47。比对实验测定数据与模型模拟数据表明,当商品有机肥与油菜饼肥混合比例为2：1时,就能极显著提高商品有机肥的分解率(P<0.01)；而秸秆堆肥与油菜饼肥1：1混合时,亦能极显著提高秸秆堆肥的分解率(P<0.01)。尽管在培养试验中,利用Soil-C模型能对土壤有机碳的矿化过程作出较为准确的定量描述,但要想证实该模型在有机种植中的适用性,获取三种有机肥料易分解比F的准确计算方式,还需通过田间根袋法试验结果加以验证。从田间根袋法试验结果中可以看出：三种有机肥的分解变化规律与培养试验结果相似。其中,春、秋两季露地地块试验结果表明,温度等环境因素对有机肥的分解产生显著性影响。秋季试验结果与春季相比,表现为前期分解较快,而后期分解较慢。大棚试验则证明了三种有机肥料在温度较低的冬季,分解速率均变得十分缓慢,但随着翌年春天温度的明显回升,分解速率明显升高,随之再次变得缓慢。大棚试验前半年,商品有机肥、油菜饼肥、秸秆堆肥的分解率,分别占各自全年分解率的70%、91%、80%,可见半年时间,足以充分反映有机肥料分解的动态变化规律。将三种有机肥料的有机碳损失率F(w)、C02-C矿化率F(C)、和春、秋两季露地试验的实际分解率F(S)、F(A)进行比较分析,三种肥料的F(w)值均与它们的实际分解率较为接近,因此F(w)更能代表三种有机肥料的易分解比例F。运用Soil-C模型模拟三种肥料的有机碳剩余量变化结果与实际测定结果进行数据分析,二者显著相关。由此表明,Soil-C模型能较好地模拟有机种植中的土壤有机碳动态变化规律。最后,有机、常规农田土壤定位监测结果表明,有机种植方式因其大量施用有机肥和合理的农田管理措施,无论是有机种植10年(OR地块)还是有机种植7年(ZH地块),分别与监测初期相比,其土壤微生物量C和土壤有机质含量均显著性增加；然而常规种植虽然在监测初期,两项指标显著增加,但随后的几年却无显著性变化。利用Soil-C模型对有机种植方式OR地块和ZH地块的土壤有机碳进行模拟,模拟值与长期定位监测值仍然具有很高的相关性。利用Soil-C模型判别三种施肥方式的优劣,结果表明,油菜饼肥与商品有机肥配施较单一施用商品有机肥其土壤有机碳含量无显著性差异,但前者的肥效更高。
【作者】汪张懿；
【导师】宗良纲；
【作者基本信息】南京农业大学，环境科学，2013，硕士
【关键词】有机肥料；有机碳分解；土壤固碳；Soil-C模型；有机农业；

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