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膜下秸秆条带还田措施对黄土高原春玉米农田土壤碳氮过程和温室气体排放的影响及其机制

批准号:
32071980
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
秦晓梁
依托单位:
学科分类:
耕作学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
秦晓梁

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
秸秆还田措施是解决黄土高原地膜农田土壤有机质含量和氮素利用效率偏低问题的重要举措,同时对减少温室气体排放具有重要作用。然而,当前覆膜玉米农田秸秆被大量废弃,覆膜条件下秸秆还田技术及其基础研究有待加强。鉴于此,本项目将秸秆条带还田技术与秋季全膜双垄沟播技术有机结合,基于多年定位试验,利用13C 和15N 同位素双标、静态箱-气相色谱法和宏转录组测序等技术,1)系统研究不同秸秆还田年限下土壤碳氮库存和组分变化,及N2O、CH4、CO2排放,探明长期秸秆条带还田下土壤碳氮固持和温室气体排放的演变规律;2)示踪秸秆碳氮在土壤团聚体中的转化、残留和去向,阐明新添加秸秆碳氮转化过程及其对土壤碳氮固持和温室气体排放的影响机制;3)深入研究土壤和团聚体中微生物群落差异,进一步明晰秸秆条带还田调控覆膜农田关键碳氮过程的微生物响应机制。以期为黄土高原覆膜农田秸秆的科学利用和土壤碳氮的优化管理提供依据。
英文摘要
Straw returning is an important tillage measure to solve the problem of low soil organic matter content and nitrogen use efficiency in film-mulched farmland on the Loess Plateau, and plays an important role in reducing greenhouse gas emissions. However, at present, a large number of maize straws are discarded in plastic mulching fields, and the technology and basic research of straw returning under plastic mulching need to be strengthened. Long term experiments is established with combining the ditch buried straw return technology into the ridge-furrow plastic mulching technology in autumn. Based on this long term experiment, 13C and 15N tracer, sequencing and other techniques are used in this project, (1) The carbon and nitrogen storage in soil aggregates and gas emission (N2O、CH4、CO2) will be systematically studied under different years after straw returning, to explore the evolution law of soil carbon, nitrogen retention and greenhouse gas emission with long term straw strip returning in film-mulched farmland; (2) The content of straw carbon and nitrogen in soil aggregates and its destination was traced, aiming to clarify the transformation process of newly added straw carbon and nitrogen and its effect mechanism on carbon and nitrogen retention and greenhouse gas emission; (3) The structure and function of soil microbial community will be deeply studied, to reveal the response of microbial community to the process of carbon and nitrogen after straw strip returning to field in film-mulched farmland. The results of this project will provide a basis for rational application of straw and optimization of soil carbon and nitrogen management in film-mulched farmland.
农田碳氮过程是土壤增碳保氮、温室气体减排和提高养分利用效率的重要基础与可能的解决途径。研究长期秸秆还田措施下土壤碳氮过程和温室气体排放的微生物响应机制具有重要的生产指导意义。本项目基于秸秆条带还田技术与秋季全膜双垄沟播技术有机结合的多年定位试验,取得以下主要结果:1)短期还田和长期还田主要通过显著增加土壤中的活性有机碳氮组分和稳定有机碳氮组分来提高总有机碳/全氮含量,从而固定土壤中的碳氮。并且持续秸秆还田措施能整体提高0-20cm和20-40cm土层中不同粒径的有机碳、颗粒有机碳和矿物结合态有机碳等碳组分,以及全氮、铵态氮和颗粒有机氮含量,来提高相应土层全土的碳氮组分含量。长期秸秆还田措施能有效增加玉米产量及产量稳定性,提高氮素利用效率,此外虽然温室气体(CO2、CH4和N2O)排放量有所增加,但显著降低了旱作农田净温室效应和温室气体排放强度。2)秸秆还田处理显著增加玉米各器官及总肥料15N回收率,使总肥料15N回收率显著增加27.0-28.9%。通过示踪秸秆氮在土壤中的转化、残留和去向,结果显示新添加秸秆氮在土壤中的残留效率和土壤残留氮来自秸秆释放氮的比例在秸秆腐解360天时达到最大值。新添加秸秆腐解过程中覆膜农田的细菌微生物及细菌微生物与温室气体和碳氮组分的关系呈动态变化规律,秸秆的添加增加了不同腐解期的土壤微生物多样性,同时改变了细菌群落组成,刺激了参与秸秆腐解和碳氮循环相关的菌群的增加,进而影响了土壤碳氮组分含量和温室气体排放。3)秸秆条带还田对覆膜农田碳氮过程的调控和调节碳氮循环和秸秆腐解的微生物菌群密切相关。秸秆条带还田显著增加了不同团聚体粒径水平下土壤微生物多样性,富集了共营养种群,减少了寡营养种群,并显著增加了大团聚体与小团聚体中细菌群落的相互作用,促进了各粒径团聚体下参与半纤维素、纤维素和淀粉降解的与碳降解相关的功能基因的增加,并抑制了硝化作用和硝酸盐还原途径,同时促进了氮固定和反硝化作用途径。
品种更替进程中冬小麦根系改良对不同来源氮素吸收利用的影响及根际微生物响应机制
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    53万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    秦晓梁
  • 依托单位:
不同耕作方式下全膜双垄沟播玉米农田氮素转化与气态损失的效应与机制
  • 批准号:
    31701384
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    秦晓梁
  • 依托单位:
国内基金
海外基金