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冬小麦、夏玉米轮作农田土壤CO_2释放与碳平衡的研究

黄斌  
【摘要】: 为探讨不同农作措施条件下的农田碳平衡规律,研究农田对大气CO_2的源汇特征,2000年至2003年用钠石灰碱吸收法连续测定不同秸秆还田、灌溉和氮肥施用等农作措施下京郊冬小麦—夏玉米轮作体系作物生长季的土壤呼吸。影响农田土壤CO_2释放的环境因素主要有平均气温和土壤水分含量。土壤CO_2的释放量与同时期平均气温具有很好的相关性,两者可用指数函数拟合(不同处理相关系数范同在0.84~0.87),传统农作措施条件下农田土壤呼吸的Q_(10)为2.32;土壤水分含量与同时期土壤CO_2释放量间没有明显的相关关系,但只有在土壤水分和气温同时改善时,土壤CO_2释放量才有较大的提高,当土壤含水量达到31%时土壤呼吸受到抑制。冬小麦、夏玉米生长季测定得到的最大日平均CO_2释放通量是26.4 g CO_2 m~(-2)d~(-1),35.5 g CO_2 m~(-2)d~(-1)。两种作物生长期间均出现两次释放高峰,第一次来源于前茬作物残留于土壤中根系和秸秆的分解;第二次释放高峰出现在冬小麦灌浆期、夏玉米十叶期。不同农作措施下农田CO_2释放总量的范围是3494~4113 g CO_2 m~(-2)a~(-1)。秸秆还田处理比秸秆不还田处理具有更高的释放总量;传统施氮(施氮肥600 kg N hm~(-2)a~(-1))与优化施氮(施氮肥178 kg N hm~(-2)a~(-1)左右)农田CO_2年释放总量无差异。在假设植物根呼吸占土壤总呼吸比例为13.5%的前提下对冬小麦—夏玉米农田碳平衡进行了计算。计算结果表明,该农田系统是大气CO_2的汇,夏玉米生长季汇的强度大于冬小麦生长季。冬小麦生长季在土壤水分状况较差时,因作物的生长受到较大影响,农田系统作为大气CO_2汇的强度较小。不同农作措施条件下农田系统碳汇的强度范围为1663~3099 kg C hm~(-2)a~(-1),传统农作措施条件下的碳汇强度为3099 kg C hm~(-2)a~(-1)。不同农作措施下冬小麦、夏玉米生长季植物碳净固定量(NPP)与土壤碳排放量(Rs)的比值范围分别为0.90~1.16、1.09~1.25。 利用19年长期肥料定位试验,研究化肥单施与化肥、有机肥配施条件下土壤有机、无机碳在0~1m土层的分布特征,并在此基础上计算0~1m土层碳库的储量变化。研究结果表明,N、P肥的施用对土壤有机碳的累积表现为正效应,这一效应在耕层最为明显。耕层土壤无机碳含量随有机碳含量升高而降低。0~1m土层碳储量计算结果为:以常规水平单施氮、磷肥,有机碳储量较试验开始时增加14 t hm~(-2);有机肥与常规水平氮、磷肥配施,有机碳储量增加19 t hm~(-2)。常规水平单施氮、磷肥处理与不施肥处理0~1m土层碳的总储量无差异,均为147 t hm~(-2)。 对不同秸秆还田、灌溉和氮肥施用等农作措施处理4年和不同氮磷化肥施用水平以及有机、无机肥施肥处理19年后的耕层土壤轻组有机质含量进行了测定。结果表明,土壤轻组有机质含量与土壤总有机碳含量相比对于反映土壤有机碳库的变化更灵敏。长期肥料定位试验的研究结果表明,耕层土壤轻组有机质含量随着氮肥施用量的增加而增加。


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