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农田生态系统是受人为干扰最大的陆地生态系统之一,不合理的农业管理和土地利用是陆地生态系统碳损失的重要途径,是全球气候变化的主要贡献者。寻找过去不合理的农业管理措施,改变并制定固碳减排的农田管理措施成为科学研究的热点。本文针对近年来新型推广的膜下滴灌栽培技术对棉田土壤碳循环的影响进行了研究,旨在为我国今后制定温室气体减排的农业措施提供依据。
本实验于2009-2010年在新疆生态地理研究所阜康荒漠生态站进行,以传统无膜漫灌栽培为对照,以当前普遍采用的膜下滴灌为实验处理,采用野外观测和室内测定相结合的方法,在整个生长季节,测定了不同栽培处理下棉田温室气体通量、土壤各种形式碳含量的动态变化,同时并收集了农田气象资料和环境因子,分析影响农田碳循环过程的关键影响因子和内在机制;估算农田净碳排放,从而回答传统无膜漫灌栽培模式转变为现代膜下滴灌模式后对大气CO2的源汇功能关系。
实验数据表明,在整个生长季节,与无膜漫灌栽培相比,一方面,可以显著提高棉花的碳同化能力,增加棉花地上地下生物累积量,提高棉田的净初级生产力,另一方面,膜下滴灌还可以显著降低CO2的排放,最终导致棉田生态系统一年可以多固定大气CO2379-479 g C m-2。另外,膜下滴灌增大了CH4的排放量,44-75 mg CH4m-2,但降低了N2O通量,9-258 mg N2O m-2,膜下滴灌取代传统无膜漫灌减缓总温室效应1404.4-1762.6 g C02 m-2yr-1。
实验研究还表明,在整个生长季节,无膜漫灌和膜下滴灌土壤剖面有机和无机碳含量的季节变化规律相似,随着时间的推移,均称下降趋势。但是,与无膜栽培相比,膜下滴灌促进根系生长并可能分泌出大量的有机物质,提高了表层土壤有机质、土壤微生物量碳和易氧化态有机碳,从而降低了土壤有机碳含量的降低程度。而膜下滴灌土壤无机碳含量也由于膜下较高水分含量和土壤较高的pH值,致使CO2沉淀形成了碳酸盐,降低了土壤有机碳含量的降低程度。总体上,与无膜栽培相比,膜下滴灌栽培模式可增加土壤碳库0.55kgm-3,其中无机碳的贡献量为62％,显著大于有机碳的贡献量38%。膜下滴灌是我国农业上固碳减排的有效管理措施之一。