增温对大豆叶片及根系分解的影响

论文总字数：14974字

目 录

摘要………………………………………………………………………Ⅰ

ABSTRACT…………………………………………………………………Ⅱ

1引言………………………………………………………………………1

2实验与方法………………………………………………………………2

2.1取样地点情况介绍…………………………………………………………………………2

2.2试验设计……………………………………………………………………………………2

　　　　2.2.1大豆秸秆的增温处理………………………………………………………………2

　　　　2.2.2大豆叶片及根系的样品采集………………………………………………………2

　　　　2.2.3土壤样品采集………………………………………………………………………2

　　　　2.2.4预培养………………………………………………………………………………3

2.3土壤呼吸速率测定…………………………………………………………………………3

　　　　2.3.1测定方法……………………………………………………………………………3

　　　　2.3.2数据处理方法………………………………………………………………………3

2.4测定土壤的酶活性…………………………………………………………………………4

　　　　2.4.1土壤脲酶活性………………………………………………………………………4

　　　　2.4.2土壤转化酶活性……………………………………………………………………4

2.4.3土壤过氧化氢酶活性………………………………………………………………4

　　2.5数据分析……………………………………………………………………………………5

3结果与分析………………………………………………………………5

3.1土壤呼吸速率的时间变异性………………………………………………………………5

3.2大豆根或叶添加量对土壤累积CO₂排放量的影响………………………………………6

3.3不同处理后根或叶的分解系数……………………………………………………………6

3.4影响大豆叶片及根系分解的内在机制……………………………………………………7

　　3.4.1对脲酶活性的影响…………………………………………………………………7

　　3.4.2对转化酶活性的影响………………………………………………………………7

　　3.4.3对过氧化氢酶活性的影响…………………………………………………………7

3.5土壤CO₂排放量与酶活性的关系分析……………………………………………………8

4讨论……………………………………………………………………10

　　4.1增温后大豆叶片及根系分解累积CO2排放量的变化……………………………………10

4.2增温后大豆叶片及根系分解土壤酶活性的变化………………………………………10

4.3土壤酶活性和大豆叶片及根系分解系数与土壤CO₂排放量的关系…………………10

5结论……………………………………………………………………11

参考文献…………………………………………………………………11

致谢………………………………………………………………………13

增温对大豆叶片及根系分解的影响

高梅

，China

Abstract：In order to investigate the effects of experimental warming on the decomposition course of soybean roots and leaves，we set the randomized trails to observe the decomposition course of soybean roots and leaves under warming and control treatments．Soil respiration rate was measured by using the SoilBOx-FMS(from Miller，America)．And Activities of urease，invertase and catalase was also measured． Result showed that compared with control treatments，the soil CO₂ accumulative emissions of soybean roots and leaves under warming treatments were significantly higher， which indicated that the soil CO₂ accumulative emissions significantly increased during the decomposition course of soybean roots and leaves under warming treatments； and the soil CO₂ accumulative emissions were increased with the increase of incubation time．The decomposition coefficient of soybean roots and leaves under warming treatments was significantly higher than control treatments．Further investigation indicated that warming has greater acceleration on the soil CO₂ accumulative emissions during the decomposition course of soybean roots and leaves．The soil CO₂ accumulative emissions increase logarithmically with the increased soil enzymatic activity．Enzymatic activity was a good indicator of the magnitude of the soil CO₂ accumulative emissions and the decomposition course of soybean roots and leaves．

Key words：experimental warming；straw decomposition；greenhouse gases；soil respiration；enzymatic activity

1引言

我国是农业大国，也是秸秆大国。据农业部门发布的研究报告可知，2015年我国主要农作物（如玉米、小麦、大豆等）秸秆总产量约为10.4亿吨，秸秆资源总量位居世界第一 ^[1]。秸秆还田是目前各国普遍采取的秸秆资源利用方法之一，在增加土壤肥力、增加农作物产量产的同时，还能从根源上杜绝焚烧秸秆等措施造成的大气污染等环境问题。可以说，秸秆还田综合再利用的前景十分明朗。

秸秆在农田土壤中的分解过程主要包括秸秆的矿化和腐殖质化：一是秸秆的一些碳被矿化分解，从而释放CO₂；二是一些碳在降解微生物的作用下被转化、分解形成腐殖质^[2]。大量研究表明，在全球变暖背景下，秸秆大量还田将会对农田土壤CO₂、CH₄和N₂O等温室气体排放产生重要影响；同时，对土壤呼吸也产生重要影响^[3-9]。反过来，秸秆还田对土壤呼吸和温室气体（CO₂、CH₄和N₂O）排放产生重要影响，这又将造成全球气温升高，从而形成恶性循环。

土壤呼吸排放CO₂到大气环境中的过程是陆地有机碳库输入大气碳库的重要环节，土壤呼吸是自然界碳循环中不可或缺的组成部分。研究结果显示，环境与陆地交换CO₂总量的25%是从土壤中释放出来的^[10]。气候变暖将会影响土壤的呼吸速率，而这可能会进一步刺激全球气温的升高^[16]。因此，即使是土壤呼吸速率发生微弱的变化都会较大的影响大气中CO₂等温室气体的浓度以及碳元素在土壤中的累积速率，进而使地球气候变暖的进程加快或减慢^[11]。影响土壤呼吸作用强度的主要因素有三个方面：(1)土壤中有机物质的数量及矿化速率；(2)土壤微生物类群的数量及活性；(3)土壤动植物的呼吸作用等^[13]。在本实验中，我们主要讨论土壤温度这一因子对土壤呼吸作用的影响机制。许多研究表明，一方面温度升高能直接改变土壤呼吸速率，另一方面温度升高也能通过影响土壤水分、盐分和理化性质等非生物因子以及光合作用、凋落物等生物因子从而间接改变土壤呼吸^[14]。酶活性作为土壤呼吸的温度敏感性的影响因素之一，如果温度升高引起土壤酶活性变化，这将势必导致土壤呼吸的温度敏感性的改变。许多学者发现，在排除其他因素影响的情况下，随着温度的升高土壤呼吸的温度敏感性呈下降趋势^[15-16]。农田排放到大气环境中的CH₄，大部分是土壤有机物被厌氧微生物转化分解的产物；排放的N₂0主要是在微生物作用下进行的硝化与反硝化作用的产物^[13]。

秸秆还田实现固碳的主要方法是增加对土壤碳库的积累量。在不同的环境条件下，能在土壤碳库中积累的还田秸秆量仅占总量的8%~35.7% ^[17]。在以往关于土壤固碳减排措施有效作用的研究显示，全面实行秸秆还田的前提下，如果还田秸秆的总量为4.39亿吨，那么土壤固碳量为42.23TgCa^-1。但按一百年时间内的全球增温潜势来算，秸秆还田同时带来的温室气体泄露能抵消该情景土壤固碳量的15%^[13]。

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