模拟增温条件下翻耕免耕农田土壤CH4通量响应

为研究未来气候变暖下我国华北翻耕、免耕农田CH4通量响应,评估该地农田碳汇/源情况,使用远红外辐射增温仪模拟气候变暖,设计翻耕增温(CTW)、翻耕不增温(CTN)、免耕增温(NTW)、免耕不增温(NTN)4个处理。研究表明,2013—2015年小麦-玉米季,增温分别显著提高翻耕、免耕农田10 cm土壤温度1.5℃和1.4℃(P0.05);但对两种耕作农田土壤水分的影响并不显著(P0.05)。各处理土壤CH4通量无明显季节变化,但累积CH4吸收具有显著年际差异。2013—2014年小麦季,CTW和NTW相比CTN和NTN处理,累积CH4吸收分别显著增加35.8%和108.8%(P0.01);但在2014—2015年,CTW处理显著降低17.7%(P0.05)。两年玉米季,处理间累积CH4吸收无显著差异(P0.05)。各处理土壤微生物生物量碳(MBC)含量与CH4存在显著正相关关系。未来气候变暖条件下,翻耕农田MBC含量减小将可能减缓华北农田CH4吸收。     

模拟增温对华北农田土壤碳排放的影响

为研究增温效应下农田温室气体排放的变化和机制,选择华北平原的山东禹城农田生态系统国家野外科学观测研究站当地典型的冬小麦-夏玉米农田为研究对象,设计翻耕增温(CTW)处理和翻耕不增温(CTN)对照开展多年增温试验。2014年10月出苗期至2015年12月冬小麦越冬期持续增温,2016年初至2016年9月增温设备因故障关闭。结果显示,2014—2015年,冬小麦期土壤温度显著增加1.31℃(P<0.05),夏玉米期土壤温度升高0.71℃(P>0.05),而全年土壤体积含水量均值对增温无显著响应,仅越冬期土壤含水量增加明显。两年期内,增温抑制冬小麦季CO2累积排放达20.35%,以3月和5月差异表现最为明显。2014—2016年冬小麦季,CTW、CTN处理的年均CH4累积吸收量分别为1641.2、2185.7 g·hm^-2,增温抑制冬小麦季CH4吸收,但对夏玉米季CH4通量无显著作用。冬小麦季增温降低CTW处理土壤微生物生物量碳值达26.55%,而微生物生物量氮仅个别施肥和灌溉月份对增温响应显著。两年期冬小麦和夏玉米季CTW、CTN地上生物量均值分别为12.19、16.33 mg·hm^-2和16.41、21.18 mg·hm^-2,表明增温降低了地上作物生物量。研究表明,长期增温显著抑制小麦季土壤CO2释放和CH4吸收,但玉米期碳排放和吸收的响应相对较弱。增温条件下,土壤水热条件和生物量依然是限制土壤碳通量的重要因素。     

不同覆盖条件下旱作农田土壤呼吸及其影响因素

利用田间试验研究了不同覆盖条件下旱作农田冬小麦土壤呼吸及其水热状况。设4个处理,即无覆盖处理（CK）、 小麦全年 4500 kg/hm2秸秆覆盖（M4500）、 9000 kg/hm2秸秆覆盖（M9000）和地膜覆盖（PM）。结果表明, 土壤呼吸在作物生育期呈单峰曲线变化,PM 处理峰值出现在拔节期,其余处理推迟至抽穗期; CK、 M4500、 M9000、 PM处理呼吸速率均值分别为CO2 1.54、 1.44、 1.45、 1.75 mol /(m2s),其中PM与CK处理差异显著（P0.05）; 生育期内土壤呼吸温度敏感性（Q10值）在1.86~2.39之间; 土壤温度低于5℃时,Q10值较高,而当土温高于5℃时,土壤呼吸的温度控制作用较弱; 土壤水分对土壤呼吸的限制作用不大。多元线性回归分析表明,05cm土层温度和水分形成的双因子模型可以更好地解释土壤呼吸速率变异,各处理的决定系数分别为CK 0.827、 M4500 0.816、 M9000 0.896、 PM 0.729（P0.01）。     

秸秆覆盖对旱作冬小麦农田土壤呼吸、作物产量及经济 环境效益的影响

基于2009-2011年田间试验, 研究了黄土旱塬区不同秸秆覆盖措施下冬小麦农田土壤呼吸和小麦产量变化, 计算了生产每千克籽粒产量下土壤CO₂的释放量, 并以此比较了处理间的经济 环境效益值。试验包括4个处理: 无覆盖对照(CK)、全年9 000 kg·hm^-2秸秆覆盖(M₉₀₀₀)、全年4 500 kg·hm^-2秸秆覆盖(M₄₅₀₀)和夏闲期秸秆覆盖(SF)。结果表明: 冬小麦生育期内土壤CO₂累积释放量在处理间无显著差异, 但第1年生育期为14.92~17.43 t(CO₂)·hm^-2, 显著高于第2年[12.95~13.69 t(CO₂)·hm ^-2](P<0.05), 处理和年份的交互作用不显著。与CK(产量5.03 t·hm^-2)相比, 秸秆覆盖降低了作物产量, 其中M₉₀₀₀ (4.71 t·hm^-2)与CK差异显著。经济 环境效益值计算结果显示, 冬小麦生育期内生产每千克籽粒释放2.96~3.16 kg CO₂, 处理间无显著差异。从各处理平均值看, 小麦产量以及经济 环境效益值均存在显著的年际差异, 降水偏少的第1年度作物产量(4.60~4.98 t·hm^-2)显著低于降水相对丰富的第2年度(4.50~5.47 t·hm^-2), 但经济 环境效益值(3.03~3.69 kg·kg 1、2.45~2.88 kg·kg^-1)结果相反。处理和年份对作物产量和经济 环境效益值具有显著的交互影响, 在缺水年份秸秆覆盖能够提高作物产量, M₉₀₀₀处理具有最优的经济 环境效益; 而在丰水年份, 秸秆覆盖导致产量显著下降, CK具有更好的经济 环境效益。     

降雨对岩溶峰丛洼地不同地貌部位土壤水分及温度的影响研究

土壤水热因子是影响岩溶区植被恢复、生态修复和水土保持等的主要因素，降雨变化是限制土壤温度和水分变化的一个重要因素，因此在典型峰丛洼地不同地貌部位选择监测点，对不同降雨条件及20、50、80、110cm深度土壤温度和水分进行连续监测，探讨峰丛洼地区降雨变化对土壤水分和温度的影响机制及其两者耦合关系。结果表明：随土层深度增加土壤水分变异系数增大，土壤温度变化幅度减小。洼地土壤水分对不同条件下的降雨均有响应，但坡地土壤水分对中雨以上级别的降雨发生降雨响应，且坡地土壤水分响应程度较洼地土壤水分强烈。土壤温度日变化特征仅存在于小雨或中雨，大雨或暴雨时，其变化呈现逐渐下降的趋势。土壤水分和温度的相关性在洼地和坡地呈相反的变化。