长期稻虾共作对稻田土壤碳、氮矿化及温室气体排放特征影响研究

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稻虾共作模式是一种水稻种植结合小龙虾养殖的综合种养模式,相比水稻单作能够提高稻田资源利用率,稻虾共作能够对土壤理化性质产生影响且随着共作年限延长土壤本身其碳、氮矿化特征和温室气体排放特征可能也会发生改变,因此本研究拟通过不同稻虾共作年土壤(8y、15y)和水稻单作土壤对比,采用室内生物培养法,对不同共作年限的稻虾田土壤的碳、氮矿化和温室气体排放特征开展研究,并通过土壤碳、氮矿化动力模型拟合以期为长期稻虾共作理论研究提供数据支撑和田间施肥措施提供参考。本研究结论如下:1、稻虾共作对比水稻单作能够显著增加土壤全氮、有机碳、速效磷、速效钾、硝态氮和铵态氮含量,随着共作年限延长土壤全氮、有机碳、硝态氮和铵态氮含量均会显著增加。不同培养时期土壤有机碳矿化速率均表现为稻虾共作高于水稻单作,且随着共作年限延长而上升。土壤有机碳矿化速率随培养时间呈现出先快速猛烈,后缓慢平稳的趋势。土壤有机碳矿化主要发生在培养的前7天。且不同时期矿化速率均表现为随含水量提高呈先升高后降低的趋势(60%含水量>90%含水量>30%含水量)。2、土壤有机碳累积矿化量表现为稻虾共作显著高于水稻单作,且随着共作年限延长而上升,在不同含水量水平下表现为60%含水量显著高于90%含水量,整体随含水量提高呈先升高后降低的趋势(60%含水量>90%含水量>30%含水量)。土壤潜在可矿化有机碳表现为稻虾共作显著高于水稻单作,且随共作年限延长而上升。在不同含水量水平下,表现为随含水量提高呈先升高后降低的趋势(60%含水量>90%含水量>30%含水量)。在低含水量和高含水水平下(30%和90%含水量)共作年限的延长土壤潜在可矿化有机碳表现出显著差异。土壤有机碳矿化速率常数在中含水量(60%含水量)水平下表现为稻虾共作显著高于水稻单作,且随共作年限延长显著上升,在不同含水量水平下表现为,中含水量(60%含水量)显著高于低含水量和高含水量(30%和90%含水量)。土壤有机碳半转周期变化规律与土壤有机碳矿化速率常数相反。3、铵态氮和硝态氮累积量主要集中在培养的前7天。土壤净氨化速率表现为稻虾共作显著高于水稻单作,且随共作年限延长而显著上升,在不同含水量水平下,表现为随含水量提高呈先升高后降低的趋势(60%含水量>90%含水量>30%含水量)。整个培养期间土壤净氨化速率均对土壤净矿化速率的贡献率均超过90%。土壤潜在可矿化有机氮量表现为稻虾共作显著高于水稻单作,且随共作年限延长而显著上升,随含水量提高呈先显著升高后显著降低的趋势(60%含水量>90%含水量>30%含水量)土壤有机氮矿化速率常数在高含水量(90%含水量)水平下表现为稻虾共作显著高于水稻单作,且随共作年限延长显著上升。4、土壤CH4排放呈现出负排放或0排放趋势,N2O排放集中在培养的前5天,CH4累积排放量呈负值,表现为对CH4的吸收,N2O累积排放量表现为稻虾共作显著高于水稻单作,且随着共作年限延长而显著上升,不同含水量对N2O累积排放量的影响均表现出随含水量提高呈先升高后降低的趋势(60%含水量>90%含水量>30%含水量)。CO2的变化趋势同土壤有机碳矿化累积矿化量的变化一致。土壤全球增温潜势表现为稻虾共作显著高于水稻单作,且随共作年限延长而显著上升,随含水量提高呈先显著升高后降低的趋势(60%含水量>90%含水量>30%含水量)。综上所述长期稻虾共作能够显著提高土壤肥力,有利于土壤碳、氮矿化、但会显著增加全球增温潜势,在60%含水量水平下最适合土壤碳、氮矿化,同时也会增加全球增温潜势,因此在实际大田操作中对于长期稻虾共作土壤可以在一定程度上减少肥料的施入。
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