不同灌水控制下限设施土壤CO2排放特征及其影响因素的研究

来源 :沈阳农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jakieli
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随着农业技术的推广,膜下滴灌逐渐成为设施蔬菜栽培中的主要灌溉方式,但由于缺乏科学的灌溉指导,菜农只能根据经验进行灌溉,导致其灌水量和灌溉次数具有一定的随机性。而土壤水分状况不仅会影响土壤CO2的排放,还会影响土壤理化性质和土壤微生物群落及活性。因此,本研究以连续7年不同灌水控制下限20 kPa(DI20)、30 kPa(DI30)和40 kPa(DI40)灌溉的设施蔬菜土壤为研究对象,采用LI-8100A土壤碳通量自动测定仪和高通量测序技术,对土壤CO2排放特征、土壤细菌群落结构和基本理化性质进行研究,并探讨三者之间的关系,以期为科学评价设施土壤质量、调控土壤碳排放、促进土壤细菌群落多样性和制定合理的灌溉管理措施提供理论依据。主要研究结果如下:(1)在番茄生育期内,不同灌水控制下限处理的土壤CO2排放速率的峰值出现在第一穗果膨大期(6月24日),以DI20处理最高,其次是DI30处理,DI40处理最低;与DI30和DI40处理相比,DI20处理显著增加了土壤CO2的累积排放量(P<0.05),而与DI40处理相比,DI30处理土壤CO2累积排放量无显著增加(P>0.05)。各灌水处理的番茄产量表现为DI30>DI20>DI40,总灌水量和灌水次数表现为DI20>DI30>DI40,水分利用效率表现为DI40>DI30>DI20。(2)与DI30和DI40处理相比,DI20处理显著降低了土壤有机碳、土壤pH值、土壤速效养分和土壤全氮含量(P<0.05),提高了土壤含水量。土壤温度、土壤容重以及土壤孔隙度在各灌水处理之间虽然存在差异,但未达到显著水平(P>0.05)。在土壤活性有机碳组分方面,DI40处理相比于DI20和DI30处理显著降低了土壤微生物量碳和易氧化有机碳含量,但显著提高了土壤颗粒有机碳和轻组有机碳含量(P<0.05)。(3)土壤CO2排放速率与15 cm土壤含水量和土壤温度的复合模型可以较好的解释土壤CO2排放速率的变化,说明不同灌水控制下限造成的土壤水热环境的变化会导致土壤CO2排放速率发生变化。通过Pearson相关性分析可知,土壤pH、土壤全氮、土壤有机碳及活性组分、土壤速效养分含量均能显著影响土壤CO2排放(P<0.05)。将对土壤CO2排放有显著影响的土壤速效养分、有机碳、全氮等8个指标进行主成分分析后,提取出2个主成分,主成分1由土壤含水量、土壤有机碳、土壤pH、全氮和速效养分构成,主成分2由土壤温度构成,这2个主成分累积贡献率为90.42%。(4)通过对不同灌水控制下限处理土壤细菌高通量分析可知,DI30处理相比于DI20处理显著增加了土壤细菌Chao1、Ace多样性指数(P<0.05),但与DI40处理之间差异未达到显著水平(P>0.05)。各灌水处理的土壤细菌中优势菌门是Proteobacteria和Actinobacteria;在纲水平上,Gammaproteobacteria、unidentifiedActinobacteria和Alphaproteobacteria是土壤细菌中优势菌纲。(5)通过Spearman相关分析法分析可知,土壤温度、土壤含水量、土壤有机质、全氮、土壤速效磷和土壤速效钾与土壤细菌门、纲水平上的物种之间有显著相关关系(P<0.05)。不同灌水控制下限的土壤CO2排放量与土壤细菌Chao1指数和Ace指数之间呈显著负相关关系(P<0.05),与Shannon指数和Simpson指数之间无显著相关关系(P>0.05)。因此,综合考虑土壤CO2排放特征、土壤理化性质、土壤细菌群落结构、灌水量以及产量,在设施栽培条件下,灌水控制下限30 kPa(DI30)是一种较好的灌水管理措施,不仅能够改善土壤环境,促进土壤细菌群落多样性,而且可以节约用水,提高番茄产量,并有效地调控设施土壤CO2排放量。
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