两种农田土壤轻、重组CO2和N2O排放及其对温度升高的响应

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CO2和N2O是重要的温室气体,土壤是其主要的排放源之一。土壤有机质的矿化分解过程排放CO2和N2O,因此土壤的水热条件、有机质的组成成分及其与土壤矿质结合程度等均影响其矿化分解,从而影响CO2和N2O排放。农田受人类活动影响剧烈,农田土壤有机质不仅是土壤肥力的象征,更对粮食生产起举足轻重的作用。深入理解农田土壤有机质的分解过程,及未来全球变暖背景下的变化趋势,为采取合理的农田土壤管理措施增加固碳、减少温室气体排放具有重要的意义。  农田土壤有机质主要由作物秸秆、根系及有机肥等投入土壤后,经过长时间的分解和转化形成。农田旱作和水作、耕作年限、肥料投入等均影响土壤有机质的形成和分解。为研究的方便,土壤有机质常按密度分组法区分为轻组和重组有机质。以往对土壤轻、重组有机质矿化分解的研究多基于某一特定温度下开展,而对于温度变化对各组分CO2和N2O排放的影响还不多见。  为探讨农田土壤不同组分的CO2和N2O排放及其对温度变化的响应,本研究在4个温度水平(5℃、15℃、25℃、35℃)下,分别对山东平邑旱耕土和湖南桃江水稻土的轻、重组及全土进行了63天的培养实验,并计算了各组分的CO2和N2O排放量及其温度敏感性(Q10)。结果表明:  (1)研究采集的旱耕土和水稻土均属于偏酸性土壤。无论是旱耕土还是水稻土,土壤呼吸(单位质量有机碳的CO2排放量,CO2-C·g-1C)表现为:全土高于轻组和重组。旱耕土重组呼吸高于轻组,水稻土重组和轻组的呼吸在5℃-25℃温度水平下无显著差异,但35℃下重组高于轻组。  (2)在不同温度水平下,旱耕土轻组累积呼吸量(CO2-C排放量)占初始碳的比例为0.3%-2.8%,重组为0.4%-3.7%;水稻土轻组和重组累积呼吸量占初始碳的比例分别为0.4%-3.0%和0.3%-3.8%;旱耕土全土累积呼吸量占初始碳的比例为0.6%-7.0%,高于水稻土的0.7%-5.3%。  (3)旱耕土和水稻土轻组的N2O排放(单位质量全氮的N2O排放量,N2O-N·g-1N)均高于重组。15℃时旱耕土轻组的N2O累积排放高于全土,而其他温度下则全土最高;水稻土轻组总体高于全土,仅在35℃下低于全土。水稻土和旱耕土重组均低于轻组和全土。  (4)全土及轻、重组CO2和N2O排放的温度敏感性Q10均随培养时间延长而降低,水稻土重组CO2排放的Q10高于轻组。在5℃-25℃温度水平下,旱耕土全土CO2排放的Q10显著高于水稻土,但在25℃-35℃下低于水稻土。水稻土轻组N2O排放的温度敏感性Q10总体高于旱耕土。  本研究结果意味着,当旱耕土和水稻土均属于偏酸性土壤时,旱耕土有机质矿化强度高于水稻土,且对温度变化的响应总体比水稻土敏感。
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