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近年来,农田土壤温室气体的排放已经成为众多专家学者研究的一个热点领域。目前,黑龙江省农田温室气体排放研究仍很薄弱,特别是关于农田土壤CO2的排放规律缺少系统研究。本试验以黑龙江省大豆田土壤为研究对象,设置:留茬少耕(MT)、覆盖少耕(MTS)、翻耕(CT)、免耕(NT)、覆盖免耕(NTS)五种耕作方式。通过对大豆田土壤CO2长期连续观测,分析大豆田土壤CO2排放规律;并结合环境参数的分析测试和记录,研究环境影响因子及耕作措施对CO2气体排放的影响;估算CO2排放总量,建立黑龙江省大豆田土壤CO2排放的半经验模型,以便对大豆田土壤CO2排放进行估算;为黑龙江省农田CO2的排放研究提供理论参考与依据。结果表明:
大豆生育期间土壤CO2以排放为主。随着大豆生育期的推进,土壤CO2排放呈单峰曲线变化;季节变化差异明显,夏季土壤CO2排放量大,春、秋季节变小;土壤CO2通量日变化峰值出现在12:00~14:00,最小值出现在0:00~4:00,不同时期变化有差异。试验中的5个大豆耕作方式CO2排放通量为:留茬少耕(MT)处理CO2通量84.68~354.35mg·m-2·h-1,均值为198.11mg·m-2·h-1;覆盖少耕(MTS)处理CO2通量55.86~613.51mg·m-2·h-1,均值为321.20mg·m-2·h-1;翻耕(CT)处理CO2通量71.17~31.98mg·m-2·h-1,均值为198.59mg·m-2·h-1;免耕(NT)处理CO2通量70.27~351.95mg·m-2·h-1,均值为187.19mg·m-2·h-1;覆盖免耕(NTS)处理CO2通量103.15~590.09mg·m-2·h-1,均值为333.68mg·m-2·h-1。
温度是影响大豆田土壤CO2排放的重要因素。大豆生育期间CO2排放与气温、土壤温度呈y=Aebx相关关系。其中10cm、15cm和20cm土层温度对土壤CO2通量影响较大。留茬少耕(MT)的Q10值的变化范围是2.29~3.58,覆盖少耕(MTS)的Q10值的变化范围是2.28~3.56,翻耕(CT)的Q10值的变化范围是2.11~3.23,免耕(NT)的Q10值的变化范围是2.24~3.49,覆盖免耕(NTS)的Q10值的变化范围是2.03~2.86;从Q10值的变化来看:土壤CO2排放对气温敏感性较弱,对土壤温度敏感性强,而且随着土壤深度的增大,土壤CO2排放对土壤温度的敏感性越强。
土壤水分和土壤紧实度影响土壤CO2排放。其中土壤水分受降雨影响较大,降雨后土壤水分增加,CO2排放有增加的趋势;土壤紧实度与土壤CO2排放呈负相关关系。
中耕管理措施,可以使CO2通量变大;耕作措施对CO2排放的影响具有显著性差异,特别是有秸秆覆盖的两个处理的CO2通量远大于没有秸秆覆盖的处理;翻耕处理、留茬少耕处理、免耕处理间没有显著性差异,但是免耕处理的CO2通量较低。
通过主因素分析,影响土壤CO2排放通量的主因子是土壤温度、取样前十天降水量、大豆生长天数。得出了试验中5种耕作方式条件下的大豆田土壤CO2排放半经验模型,通过土壤温度、取样前十天降水量及大豆生长天数,根据半经验模型就可以估测出大豆田土壤CO2排放量。
通过大豆生长期与土壤CO2排放的关系建立起回归方程,对大豆生育期间总的土壤CO2排放量进行估算得出:留茬少耕(MT)处理6.64t·hm-2、覆盖少耕(MTS)处理10.78t·hm-2、翻耕(CT)处理6.46t·hm-2、免耕(NT)处理6.06t·hm-2、覆盖免耕(NTS)处理10.85t·hm-2。
大豆生育期间土壤CO2以排放为主。随着大豆生育期的推进,土壤CO2排放呈单峰曲线变化;季节变化差异明显,夏季土壤CO2排放量大,春、秋季节变小;土壤CO2通量日变化峰值出现在12:00~14:00,最小值出现在0:00~4:00,不同时期变化有差异。试验中的5个大豆耕作方式CO2排放通量为:留茬少耕(MT)处理CO2通量84.68~354.35mg·m-2·h-1,均值为198.11mg·m-2·h-1;覆盖少耕(MTS)处理CO2通量55.86~613.51mg·m-2·h-1,均值为321.20mg·m-2·h-1;翻耕(CT)处理CO2通量71.17~31.98mg·m-2·h-1,均值为198.59mg·m-2·h-1;免耕(NT)处理CO2通量70.27~351.95mg·m-2·h-1,均值为187.19mg·m-2·h-1;覆盖免耕(NTS)处理CO2通量103.15~590.09mg·m-2·h-1,均值为333.68mg·m-2·h-1。
温度是影响大豆田土壤CO2排放的重要因素。大豆生育期间CO2排放与气温、土壤温度呈y=Aebx相关关系。其中10cm、15cm和20cm土层温度对土壤CO2通量影响较大。留茬少耕(MT)的Q10值的变化范围是2.29~3.58,覆盖少耕(MTS)的Q10值的变化范围是2.28~3.56,翻耕(CT)的Q10值的变化范围是2.11~3.23,免耕(NT)的Q10值的变化范围是2.24~3.49,覆盖免耕(NTS)的Q10值的变化范围是2.03~2.86;从Q10值的变化来看:土壤CO2排放对气温敏感性较弱,对土壤温度敏感性强,而且随着土壤深度的增大,土壤CO2排放对土壤温度的敏感性越强。
土壤水分和土壤紧实度影响土壤CO2排放。其中土壤水分受降雨影响较大,降雨后土壤水分增加,CO2排放有增加的趋势;土壤紧实度与土壤CO2排放呈负相关关系。
中耕管理措施,可以使CO2通量变大;耕作措施对CO2排放的影响具有显著性差异,特别是有秸秆覆盖的两个处理的CO2通量远大于没有秸秆覆盖的处理;翻耕处理、留茬少耕处理、免耕处理间没有显著性差异,但是免耕处理的CO2通量较低。
通过主因素分析,影响土壤CO2排放通量的主因子是土壤温度、取样前十天降水量、大豆生长天数。得出了试验中5种耕作方式条件下的大豆田土壤CO2排放半经验模型,通过土壤温度、取样前十天降水量及大豆生长天数,根据半经验模型就可以估测出大豆田土壤CO2排放量。
通过大豆生长期与土壤CO2排放的关系建立起回归方程,对大豆生育期间总的土壤CO2排放量进行估算得出:留茬少耕(MT)处理6.64t·hm-2、覆盖少耕(MTS)处理10.78t·hm-2、翻耕(CT)处理6.46t·hm-2、免耕(NT)处理6.06t·hm-2、覆盖免耕(NTS)处理10.85t·hm-2。