耕作措施对冬小麦/夏玉米轮作农田温室气体排放及碳氮收支的影响

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农田土壤是大气CO2和N2O的重要排放源,随着全球变暖,越来越多的研究者关注如何采取更好的农耕措施减少温室气体的排放。试验利用静态箱-气相色谱法对不同耕作措施下冬小麦/夏玉米一年两熟农田土壤温室气体排放特征进行分析,同时对农田C/N收支状况进行估算,以期为华北平原典型农田固碳减排和提高氮素利用效率提供数据支持和科学依据。本研究基于不同耕作措施田间定位试验,共设置了秸秆还田翻耕(CT+)、无秸秆还田翻耕(CT-)、秸秆还田免耕(NT+)和无秸秆还田免耕(NT-)4种处理,测定分析了土壤温室气体排放及其主要影响因素,并进行碳氮收支状况的计算评价。主要研究结果如下:  1.不同耕作措施下土壤CO2排放特征  小麦季和玉米季CO2排放通量均表现为CT+>CT->NT+>NT-,秸秆还田高于无秸秆还田,免耕低于翻耕,受土壤温度(R=0.46,P<0.01)、±壤水分含量(R=0.17,P<0.05)和土壤溶解性有机碳含量(DOC)(R=0.21,P<0.01)影响显著。地表CO2累积排放量小麦季高于玉米季,不同耕作措施间CT+处理最高,NT-最低,秸秆还田较不还田增加了土壤CO2的累积排放量,在翻耕条件下分别高出17.67%和28.78%,差异均达显著水平(P<0.05);在免耕条件下分别高出6.8%和14.21%,差异不明显(P>0.05);免耕较翻耕排放较少的CO2,并且在秸秆还田条件下表现出显著的减排效应(P<0.05),减低幅度为24.36%和27.22%,秸秆不还田条件下分别减排12.87%和12.82%,未达显著水平(P>0.05)。  四种耕作措施下小麦季土壤剖面CO2排放通量均表现为40 cm>30 cm>20 cm>10 cm,秸秆还田增加了20 cm和40 cm处土壤CO2的排放。四种耕作措施下玉米季土壤剖面CO2平均排放通量30cm、40 cm高于10 cm、20cm,秸秆还田增加了30 cm和40 cm处土壤CO2的排放量。  2.不同耕作措施下农田土壤碳收支状况  不同耕作措施下农田系统均表现为大气碳库的汇,碳汇强度玉米季高于小麦季,全年NEP介于11.7~18.8 MgC·hm-2,表现为CT+>NT+>NT->CT-,秸秆还田处理(CT+和NT+)显著高于无秸秆还田处理(CT-和NT-)(P<0.05),和无秸秆还田措施相比,秸秆还田措施显著提高了农田碳汇强度(P<0.05),在翻耕和免耕条件下提高幅度分别59.95%和40.19%。  3.不同耕作措施下土壤N2O排放特征  不同耕作措施下土壤N2O排放通量季节变化动态基本一致,与土壤温度、水分含量和土壤溶解性有机氮含量(DON)间相关关系不显著(P>0.05)。小麦季土壤N2O排放量表现为CT+>NT+>CT->NT-,秸秆还田显著高于无秸秆还田(P<0.05),在翻耕和免耕条件下分别高出42%和102%;翻耕高于免耕,在秸秆不还田条件下差异显著(31%,P<0.05)。玉米季土壤N2O排放量在不同耕作措施下均未表现出明显差异(P>0.05)。  4.不同耕作措施下农田土壤氮收支状况  耕作方式对小麦和玉米地上部氮吸收量和氮肥偏生产力均没有显著影响,秸秆还田较不还田显著提高了玉米地上部氮吸收量和周年氮肥偏生产力。对全年N2O排放的农学效率进行分析,每产出单位籽粒产量和吸收单位氮素量所排放的N2O均表现为NT-处理最低,显著低于其他3种处理(P<0.05),而CT+、CT-和NT+处理之间没有显著差异(P>0.05)。不同耕作措施下全年农田氮收支均为氮盈余,处理间差异不显著。
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