秸秆还田对小麦根际和菌丝际碳氮转化与温室气体排放的影响

作     者：吴永成 

作者单位：南京农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李凤民;杨海水

授予年度：2022年

学科分类：083001[工学-环境科学] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 09[农学] 090101[农学-作物栽培学与耕作学] 0901[农学-作物学] 

主      题：秸秆还田 根际 AMF菌丝际 碳氮转化 温室气体 

摘      要：我国是世界上粮食生产大国,作物秸秆资源十分丰富。如何高效资源化利用作物秸秆,不仅可以进一步提高农业生产力,同时也可以避免因秸秆焚烧带来的环境污染等问题。其中,秸秆原位还田作为简单有效的秸秆资源化利用措施被广泛采用,秸秆还田之后可以增加有机质输入、改变土壤碳、氮转化关键过程,有利于土壤固碳培肥;但同时也有研究表明,秸秆还田会增加农田土壤温室气体排放,可能会抵消其潜在的全球变暖减缓效应。目前,关于秸秆还田所引起的土壤碳、氮转化和温室气体排放的研究,主要集中于秸秆输入所引发的总体土壤生态过程,而对农田土壤中作物根系和共生丛枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF）在土壤生态过程中的作用缺乏足够的重视。本文以长江下游稻麦轮作农田为对象,依托“秸秆还田长期（11年）定位实验,采用裂区实验设计,秸秆还田方式为主区:免耕不还田（秸秆移除,浅旋5 cm）、旋耕还田（秸秆全量粉碎,还田深度15 cm）、沟埋还田（整杆全量集中沟埋,还田深度25 cm,于沟埋第8年处取样）;根际分隔方式为副区:将根际分离装置埋入0-20cm土壤中,分别使用孔径为0.45 um（阻止根系和菌丝穿过,-R-A）、30 um（通过AMF菌丝而阻止根系,-R+A）和1600 um的尼龙膜（可以同时透过根系和AMF菌丝,+R+A）,监测根际和菌丝际效应,研究秸秆还田调控土壤碳、氮素转化与温室气体排放等生态过程中根际和共生AMF菌丝际的作用,为稻麦农田生态管理提供科学依据。 主要结果如下: 1.秸秆还田对小麦根际和菌丝际土壤碳转化的影响 秸秆还田处理可以显著影响小麦根际和AMF菌丝际有机碳含量。与免耕不还田（NT-NS）相比,秸秆还田（RT-SR、DB-SR）在小麦开花期、成熟期降低AMF菌丝际有机碳含量,却显著增加根际有机碳含量。其中,在小麦成熟期促进AMF菌丝际活性有机碳分解,抑制根际活性有机碳分解;在小麦开花期、成熟期,同样促进AMF菌丝际惰性有机碳分解,抑制根际惰性有机碳分解。秸秆还田（RT-SR、DB-SR）在小麦开花期增加根际和AMF菌丝际微生物量碳,而在小麦成熟期,降低根际和AMF菌丝际微生物量碳。秸秆还田（RT-SR、DB-SR）增加根际纤维素酶活性,而对AMF菌丝际纤维素酶活性无显著影响。秸秆还田（RT-SR、DB-SR）在开花期促进AMF菌丝际多酚氧化酶、过氧化物酶活性,成熟期降低AMF菌丝际多酚氧化酶活性,而小麦成熟期无论秸秆是否还田,根际和AMF菌丝际过氧化物酶活性都增加。秸秆还田对根际和AMF菌丝际甲烷氧化活性无显著影响,即无论秸秆是否还田,AMF菌丝际都显著降低甲烷氧化活性,而根际增加甲烷氧化活性。在小麦开花期时,秸秆还田促进AMF菌丝际有机碳矿化速率;无论秸秆是否还田,根际在开花期都降低有机碳矿化速率。 2.秸秆还田对小麦根际和菌丝际土壤氮转化的影响 秸秆还田对小麦根际和AMF菌丝际铵态氮、硝态氮含量无显著影响。在开花期,根际和AMF菌丝际铵态氮含量都有所降低,二者无显著差异;在成熟期,AMF菌丝际铵态氮含量降幅高于根际,说明AMF菌丝花后可能偏好吸收铵态氮。在小麦开花期、成熟期,根际和AMF菌丝际硝态氮含量均降低;相比较开花期,成熟期各处理均显示根际和AMF菌丝际硝态氮含量有明显下降。秸秆还田（RT-SR、DB-SR）显著促进根际硝化酶、蛋白酶活性,而降低AMF菌丝际硝化酶、蛋白酶活性。各处理均表明,根际和AMF菌丝际促进反硝化酶活性,秸秆还田（RT-SR、DB-SR）主要于开花期促进AMF菌丝际反硝化酶活性,而在成熟期时促进根际反硝化酶活性。在小麦开花期时,根际和AMF菌丝际微生物量氮都呈增加趋势,但在小麦成熟期时,AMF菌丝际微生物量氮呈降低趋势,根际微生物量氮呈增加趋势,并且成熟期时,秸秆还田（RT-SR、DB-SR）降低AMF菌丝际微生物量氮。秸秆是否还田对AMF菌丝际有机氮矿化速率无显著影响,却有助于根际有机氮矿化速率的提高。 3.秸秆还田对小麦根际和菌丝际温室气体排放的影响 秸秆还田对小麦根际和AMF菌丝际温室气体排放产生显著影响。在小麦整个生育期中,秸秆还田（RT-SR、DB-SR）均促进根际和AMF菌丝际CO排放通量和总量,特别在开花期之后显著提高AMF菌丝际CO排放通量。根际在CO排放总量中的贡献要高于AMF菌丝际。在小麦开花期之前,所有处理根际CO排放通量都高于AMF菌丝际;而在开花期之后,AMF菌丝际CO排放通量要高于根际。小麦整个生育期内,稻茬麦田都表现为CH吸收汇。所有处理AMF菌丝际都增加CH排放通量、排放总量,即抑制CH氧化吸收;而根际均减少CH排放通量、排放总量,即促进CH氧化吸收。其中,秸秆还田（RT-SR、DB-SR）促进小麦根际和菌丝际CH排放通量,即秸秆