不同耕作措施下旱作麦田CO2排放速率与土壤水热关系分析

采用定位试验,系统研究翻耕(T)、翻耕+秸秆还田(TS)、旋耕(RT)、旋耕+秸秆还田(RTS)、免耕(NT)、免耕+秸秆覆盖(NTS)6种不同耕作措施下土壤CO2排放速率的季节变化规律,分析土壤CO2排放速率与土壤水热的相互关系。结果表明,CO2排放速率有明显的季节变化规律,均表现为冬季低夏季高;整个生长季平均排放速率为TS>T>RTS>RT>NTS>NT,并且T、RT、NT 3种耕作措施之间差异均达到极显著水平(P<0.01);TS、RTS、NTS 3种有秸秆耕作措施的CO2排放速率均高于相应的T、RT、NT 3种无秸秆耕作措施,且T与TS之间差异达到极显著水平;土壤温度和CO2排放速率表现为极显著正相关,T、RT和NT分别与15、5、10 cm土层温度相关性最大,相关系数分别为0.899、0.779、0.934;土壤含水量与CO2排放速率未表现出显著相关性。     

不同耕作措施对冬小麦田CO_2排放通量的影响

在甘肃省石羊河绿洲灌区连续4 a冬小麦保护性耕作田间定位试验的基础上,用静态箱-气相色谱法研究了5种耕作措施下,冬小麦田从前季灌浆期到后季分蘖期期间CO2排放通量的变化规律.结果表明:不同耕作措施下,CO2排放通量在观测期内呈现"高-低-高"的双峰型变化曲线;秸秆翻压处理CO2排放通量最高,传统耕作CO2排放通量介于免耕不覆盖处理和秸秆翻压处理之间;传统耕作与免耕不覆盖两处理CO2排放通量间差异性显著;CO2排放通量与耕层(0~30 cm)土壤温度和土壤含水量呈显著正相关,其中土壤含水量对CO2排放通量的影响大于土壤温度对其的影响.     

寒地玉米秸秆还田条件下土壤CO_2排放与土壤温度的关系

为探讨寒地玉米秸秆还田条件下土壤CO_2排放规律,研究不同秸秆还田方式下农田土壤CO_2与耕层土壤温度的关系,采用静态箱法测定了不同秸秆还田方式下寒地黑土区春玉米生长季土壤CO_2排放及土壤温度的变化情况。结果表明:玉米生育期土壤CO_2排放量与土壤温度均呈现明显的季节变化,春季及秋季CO_2排放通量小、土壤温度低,而CO_2排放峰值及土壤温度最高值均出现在夏季,不同土层土壤温度在6月末达到最高值,而排放峰值出现在7月末至8月初;秸秆还田的排放通量显著高于不还田处理。对二者进行指数方程拟合,发现秸秆不还田条件下土壤CO_2排放与土壤温度的相关性要高于秸秆还田处理;在5~25cm耕层范围内,随着土层深度的增加,土壤CO_2排放与土壤温度的相关性逐渐增加,且10、15、20、25cm四个层次的相关性显著高于5cm土层,表明10~25cm土层的土壤温度变化能够更好地表述黑土农田CO_2排放通量的变化趋势。     

不同耕作措施下秸秆还田土壤CO2排放与溶解性有机碳的动态变化及其关系

田间定位试验开始于2008年,共设置秸秆还田翻耕(CT+)、无秸秆翻耕(CT-)、秸秆还田免耕(NT+)和无秸秆免耕(NT-)四个处理。利用静态箱——气相色谱法,测定分析了2010—2011年度和2012—2013年度两个小麦生长季内土壤CO2排放、土壤DOC含量及土壤有机质含量的动态变化。结果表明:两个小麦生长季内土壤CO2排放规律基本一致,从当年小麦出苗到越冬土壤CO2排放量下降,第二年小麦返青后,土壤CO2排放量开始上升,到开花期达到排放高峰,其后开始下降直至小麦成熟。各处理2010-2011年、2012—2013年度土壤CO2平均排放通量分别为:CT+246.44、273.94 mg·m-2·h-1,CT-183.54、212.57 mg·m-2·h-1,NT+188.41、200.06 mg·m-2·h-1,NT-179.66、179.10 mg·m-2·h-1。土壤DOC含量的动态变化表现为在一定范围内上下波动,各处理2010—2011年、2012—2013度年土壤DOC平均含量分别为:CT+0.601、0.467 g·kg-1;CT-0.530、0.377 g·kg-1;NT+0.621、0.544 g·kg-1;NT-0.528、0.402 g·kg-1。方差分析表明,秸秆还田能增加土壤CO2排放、DOC含量和有机质含量;翻耕能增加土壤CO2排放,对DOC含量和有机质含量无显著影响;免耕减少土壤CO2排放,对DOC含量无显著影响,能增加土壤有机质含量。相关分析表明,土壤CO2排放与DOC含量动态变化没有显著相关关系,土壤CO2排放总量与土壤有机质含量正相关,DOC含量和土壤有机质含量无明显相关关系。     

沼液灌溉对冬小麦-夏玉米轮作农田CO2、N2O排放规律的影响

为探究沼液灌溉对冬小麦-夏玉米轮作农田CO_2和N_2O排放特征及土壤理化性质的影响,设置不同的灌溉模式,即空白对照处理CK、常规施肥处理CF、灌溉两次(小麦季一次+玉米季一次)2∶1沼液处理T1、灌溉三次(小麦季两次+玉米季一次)2∶1沼液处理T2与灌溉三次(小麦季两次+玉米季一次)2∶1沼液处理T3共五个处理,采用静态箱-气相色谱法,研究牛场沼液灌溉条件下冬小麦-夏玉米轮作农田土壤CO_2和N_2O的排放特征,同时监测气象条件、土壤铵态氮、硝态氮、土壤可溶性有机碳等因子以及作物产量,分析并探讨了轮作周期内农田土壤CO_2和N_2O的排放特征及相关影响因子。试验结果表明,沼液灌溉没有改变轮作周期内土壤CO_2和N_2O排放通量的季节性变化规律,但会造成灌溉后短期内CO_2和N_2O排放通量增加;轮作周期内沼液灌溉处理在一定程度上提高了CO_2的排放水平,但除T3处理外,差异性均未达到显著水平;沼液灌溉处理没有明显提高N_2O排放水平。沼液灌溉提高了土壤可溶性有机碳含量,施用化肥会降低土壤可溶性有机碳含量;与常规施肥处理CF相比,T2、T3处理作物籽粒产量无明显差异,T1处理严重减产。综合考虑作物籽粒产量与CO_2和N_2O累积排放量,T2处理为本试验条件下最合理的沼液灌溉模式。     

不同轮作方式对免耕农田土壤CO2排放的影响

【目的】研究免耕条件下不同轮作方式对土壤CO2排放的影响,以期为农田固碳减排提供参考。【方法】采用大田定位试验的方法,以冬小麦(Triticum aestivum L.)-夏闲、冬小麦-夏玉米(Zea mays L.)、冬小麦-夏大豆(Glycine max(Linn.)Merr.)和冬油菜(Brassica campestris L.)-夏玉米4种轮作方式为研究对象,在免耕条件下,分析2012年3-6月冬小麦和冬油菜生长季土壤CO2排放规律,以及其与土壤温度和湿度之间的关系。【结果】免耕条件下4种轮作方式土壤CO2排放通量具有明显的变化规律,整体呈先上升再下降的趋势;平均CO2排放通量表现为冬小麦-夏玉米(13.91μmol/(m2·s))冬小麦-夏大豆(9.09μmol/(m2·s))冬小麦-夏闲(6.43μmol/(m2·s))冬油菜-夏玉米(4.56μmol/(m2·s)),且不同处理间平均土壤CO2排放通量差异达极显著水平(P0.01);冬小麦-夏闲处理土壤温度最低,土壤湿度最大,平均土壤温度和湿度分别为14.49℃和13.28%,且与土壤CO2排放通量的相关性最小,说明土壤温湿度变化对冬小麦-夏闲处理土壤呼吸的影响较小。【结论】4种轮作方式中,冬油菜-夏玉米轮作最有利于减少农田温室气体排放,缓解全球气候变化。     

不同覆盖模式下夏玉米田间土壤温度效应

通过两年田间试验,研究旱地夏玉米在穗期和花粒期在不同覆盖模式下田间土壤的温度效应.采用微型温度纪录仪连续24 h观测,获得了夏玉米田间10 cm和20 cm深度土壤温度的系统数据.研究结果表明:①从日平均温度来看,10 cm土壤的温度变化与气温趋势相一致,但是20 cm土壤的温度变化与气温相比,要延迟4-6日;从24h的温度变化来看,10 cm土壤的温度变化趋势与气温相比推迟1-2h,而20 cm土壤的温度变化则要延迟3-4h.②相对于无覆盖来说,地膜覆盖能够提高土壤温度,尤其表现在拔节期和收获期.而秸秆覆盖在平均气温较高时降低了土壤的温度,但是在气温下降时又提高了土壤温度.从整个生育期来看,地膜覆盖＞秸秆覆盖.③秸秆覆盖和地膜覆盖均降低土壤昼夜温差,同时降低了土壤的变温速率.     

不同耕作措施对夏玉米生长及产量的影响

本试验设秸秆全层深翻、常规旋耕混拌、免耕(对照)3个不同耕作处理,研究不同耕作和秸秆还田方式对机械化精量直播条件下玉米植株生长和产量的影响.结果表明:与免耕相比,深翻处理开花期叶面积和叶干重均增加,整株干重在开花期和成熟期均明显高于免耕;不同耕作和秸秆处理方式对玉米生长发育进程、株高、穗位高和茎粗影响较小.深翻处理在开...     

耕作方式对旱作农田土壤水热特性及夏玉米产量的影响

设置田间定位试验,研究免耕(NT)、深松耕(DT)和旋耕(RT)对旱作玉米田土壤体积质量、土壤水分、土壤温度及夏玉米产量等的影响。2a研究结果表明,采取耕作措施后,各处理土壤体积质量差异主要集中在0~40cm(P0.05),耕作前后40~60cm土壤体积质量差异不显著(P0.05)。耕作方式对土壤储水量有明显影响,其中,播种后0~50d,深松耕和免耕处理0~100cm土壤储水量均高于旋耕;播种后70~120d,3种耕作方式下土壤储水量差异不显著(P0.05)。各耕作措施对土壤温度的影响在作物生育前期(播种后0~30d)表现明显(P0.05),表现为旋耕玉米田土壤温度高于免耕和深松耕,播种后50~120d各处理间无显著差异(P0.05)。深松耕和旋耕处理玉米籽粒产量较免耕分别高3.35%和1.91%。结合经济效益分析,免耕和深松耕净收入较旋耕分别高138.48元/hm~2和259.38元/hm~2。因此,深松耕为旱作夏玉米田较适宜的耕作方式。     

黄河源高寒草甸退化过程中CO2通量的变化

为研究草地退化对高寒草甸碳排放的影响,选取青海省黄南州河南县的未退化(No degraded,ND)、中度退化(Moderate degraded,MD)和重度退化(Serious degraded, SD)高寒草甸,利用LI-8100A红外气体分析仪测定CO₂通量。结果表明：草地退化能够显著降低高寒草甸CO₂通量。未退化高寒草甸CO₂通量为12.44μmol/(m²·s),显著高于重度退化高寒草甸4.64μmol/(m²·s),中度与重度退化草甸差异不显著。全氮含量在重度退化区最高,全磷含量表现出相反趋势;速效养分随着退化的加剧逐渐减少。随机森林模型分析发现,植被特征中杂类草盖度和地上生物量是降低CO₂通量的关键因子,各土层中土壤pH,0～2、2～5 cm土壤细砂粒比例和5～10 cm土壤全磷含量为关键因子,均与CO₂通量呈显著正相关。说明高寒草甸的退化引起植被类型和土壤特征发生变化,进而导致CO₂通量发生变化...     

西南喀斯特地区轮作旱地土壤CO2通量

中国已承诺大幅降低单位GDP碳排放,农业正面临固碳减排的重任。西南喀斯特地区环境独特,旱地面积占据优势比例,土壤碳循环认识亟待加强。以贵州省开阳县玉米-油菜轮作旱地为研究对象,采用密闭箱-气相色谱法对整个轮作期土壤CO₂释放通量进行了观测研究,结果表明:(1)整个轮作期旱地均表现为CO₂的释放源。其中油菜生长季土壤CO₂通量为(178.8±104.8) mg CO₂·m^-2·h^-1,玉米生长季为(403.0±178.8) mg CO₂·m^-2·h^-1,全年平均通量为(271.1±176.4) mg CO₂·m^-2·h^-1, 高于纬度较高地区的农田以及同纬度的次生林和松林;(2)CO₂通量日变化同温度呈现显著正相关关系,季节变化与温度呈现显著指数正相关关系,并受土壤湿度的影响,基于大气温度计算得出的Q₁₀为2.02,高于同纬度松林以及低纬度的常绿阔叶林;(3)CO₂通量与土壤pH存在显著线性正相关关系,显示出土壤pH是研究区旱地土壤呼吸影响因子之一。     

大气CO_2浓度和温度升高对稻麦轮作生态系统N_2O排放的影响

【目的】研究大气CO_2浓度和温度升高条件下稻麦轮作生态系统N_2O排放的响应规律,以期科学评估未来气候变化情境下,CO_2浓度和温度升高对稻麦轮作生态系统N_2O排放的影响,为中国应对未来气候变化提供数据支持。【方法】依托同步模拟自由大气CO_2浓度升高和温度升高的T-FACE试验平台,设置本底大气CO_2浓度和温度(Ambient)、500μmol·mol~(-1) CO_2+本底大气温度(C)、本底大气CO_2浓度+温度增加2℃(T)和500μmol·mol-1 CO_2+温度增加2℃(C+T)等4个处理。采用静态暗箱-气相色谱法原位观测稻麦轮作生态系统N_2O排放通量,研究稻麦轮作生态系统N_2O排放对大气CO_2浓度和温度升高的响应规律。【结果】(1)CO_2浓度升高使水稻和小麦生物量和产量分别显著增加9.7%、11.3%和5.6%、5.7%(P0.05);温度升高使水稻和小麦生物量和产量分别显著减少21.1%、18.0%和31.6%、17.7%(P0.05);CO_2浓度和温度的同步升高使水稻和小麦生物量和产量分别显著降低13.5%、8.7%和26.0%、10.3%(P0.05)。(2)CO_2浓度和温度升高,均未改变稻麦轮作系统N_2O的季节排放模式。CO_2浓度升高条件下,水稻季和小麦季N_2O排放分别增加15.2%和39.9%,其中后者达显著水平(P0.05);温度升高未显著影响水稻季N_2O排放,但显著增加小麦季N_2O排放20.5%(P0.05);CO_2浓度和温度同步升高对水稻季N_2O排放的影响存在较大的年际差异,但总体上有促进N_2O排放的趋势;CO_2浓度和温度同步升高极显著增加小麦季N_2O排放(46.0%,P0.01)。(3)小麦季N_2O排放与小麦生物量密切相关,在CO_2浓度和温度升高条件下,小麦季N_2O排放与小麦地下部生物量和ΔSOC之间具有显著的正相关关系。(4)与对照组相比,CO_2浓度升高、温度升高以及两者的共同作用,分别导致稻麦轮作系统单位产量的N_2O排放强度(GHGI)分别增加29.1%、66.3%和81.8%,其中温度升高和CO_2浓度和温度同步升高处理达显著水平(P0.05)。【结论】CO_2浓度升高和温度升高均未改变稻麦轮作生态系统N_2O的季节排放模式。CO_2浓度升高导致稻麦轮作系统N_2O排放显著增加;温度升高显著增加小麦季N_2O排放,但未显著影响水稻季N_2O排放。CO_2浓度和温度升高导致稻麦轮作系统温室气体排放强度增加,各处理条件下温室气体排放强度的响应从大小依次为:C+TTC。可见,在未来CO_2浓度和温度升高情境下,为保证现有粮食供应水平不变,由稻麦生产所导致的N_2O排放强度变化可能会进一步加剧气候变化进程。     

旱塬地区不同耕作模式小麦田土壤CO2释放通量的变异特征

【目的】揭示不同耕作管理条件下,旱塬地区农田土壤CO2的释放规律。【方法】在陕西关中头道塬设置小麦田与休闲田、旋耕与深耕等双因子4处理裂区试验,用碱吸收法监测小麦生育期间土壤剖面0～40cm土层土壤CO2的释放通量。【结果】(1)小麦生育期间不同处理农田土壤CO2释放通量的变化过程呈现出双峰和双谷特征,分别在小麦播种后秋季苗期及竖年4月初拔节-孕穗期呈现峰值,在越冬期和小麦成熟期出现低谷。小麦田和休闲田土壤CO2释放通量差异明显,其变化规律基本相似。(2)在小麦全生育期,主要根区土壤剖面中CO2释放通量呈现出明显上层低下层高的空间分布梯度。不同耕作模式对土壤剖面中CO2释放通量的时空变异特征有明显影响。(3)在小麦全生育期,不同处理农田土壤CO2累计释放总量差异明显,表现为旋耕处理高于深耕处理,小麦田高于休闲田。【结论】不同土壤耕作管理措施是调控农田土壤碳素循环及土壤空气质量的有效措施。     

CO_2加富对盐胁迫下番茄幼苗生长和渗透调节特性的影响

以‘中杂9号’番茄为试材,用80 mmol/L Ca(NO_3)_2胁迫模拟设施土壤次生盐渍化,(800±40)μmol/mol模拟CO_2加富环境,研究CO_2加富对盐胁迫下番茄幼苗生长及渗透调节特性的影响。结果表明:与对照相比,盐胁迫显著抑制番茄生长,且叶片相对含水量、叶片水势、根系水力学导度、根系形态参数和根系渗透势均不同程度降低;同时,叶片可溶性糖、植株游离氨基酸和脯氨酸的质量分数均显著升高,但叶片可溶性蛋白和植株有机酸的质量分数均显著降低。与单独盐胁迫相比,CO_2加富处理显著提高盐胁迫植株的干鲜质量、叶片水势、根系长度、根系表面积、根系体积和根系渗透势,叶片可溶性蛋白、脯氨酸、有机酸的质量分数分别显著增加111.99%、10.93%和14.62%,根系可溶性蛋白和游离氨基酸的质量分数分别显著增加76.01%和76.97%,根系脯氨酸质量分数显著降低6.33%。综上所述,CO_2加富能够通过改善植株水分状况和提高渗透调节能力,尤其是促进可溶性蛋白等渗透调节物质的积累来增强番茄幼苗的盐胁迫耐受性。     

降雨对干旱半干旱区湿地和农田土壤CO2短期释放的影响

本研究以巴音布鲁克湿地和农田灰漠土原状土为研究对象,进行原位模拟降雨试验,利用LI-8100 土壤碳通量自动测量系统测定土壤的CO₂排放,研究了不同降雨量对土壤CO₂排放的影响。结果表明：降雨导致湿地土壤CO₂释放速率显著增加（P<0.01）,而农田土壤无显著差异。在其含水量无明显差异下,湿地不同降雨处理组的CO₂排放量均大于农田组,湿地土壤CO₂日累积排放量降水10 mm组> 降水20 mm 组> 对照组,土壤有机碳高的湿地土壤随降雨量增加,土壤短期碳损失高,而对低有机碳土壤（西北干旱区贫瘠土壤）短期碳损失影响不显著。降雨后农田土壤降水10 mm 组CO₂排放与地表温度和5 cm 地温相关性极显著（P<0.01）,其他各处理均未呈现显著相关。说明在干旱半干旱区降雨量对土壤CO₂排放速率有着重要的影响。     

凋落茶叶对华中地区酸化茶园土壤N2O与CO2排放的影响

采用室内培养试验方法,研究了凋落茶叶添加(0、5、10 g·kg-1和20 g·kg~(-1))对酸化茶园土壤N_2O和CO_2排放特征的影响。结果表明:4种添加水平下,N_2O和CO_2排放通量分别为0.24~3.92μg·kg~(-1)·h~(-1)和0.33~1.84 mg·kg~(-1)·h~(-1);凋落茶叶的添加显著促进了酸化茶园土壤N_2O和CO_2排放(P0.05),且两种气体的排放通量随着凋落茶叶添加量的增加而增加;凋落茶叶显著提高了酸化土壤pH值(P0.05),且添加量越多,pH值变幅越大,其一定程度上改善了茶园土壤酸化现象。茶园土壤铵态氮与N_2O排放通量呈极显著相关,而硝态氮与N_2O排放通量未呈显著相关性。土壤可溶性有机碳含量与N_2O和CO_2排放通量均呈极显著相关关系。茶园土壤N_2O排放通量和CO_2排放通量呈极显著正相关。研究结果有助于阐明凋落茶叶对茶园土壤温室气体排放的作用规律,且对了解茶园生态系统碳氮循环有一定的理论意义。     

铵态氮源和碳源对土壤N2O、CO2释放的影响

在田间持水量WFPS为70%、温度为20℃的条件下,通过室内静态培养方法研究铵态氮源与不同碳源结合,对华北平原典型小麦-玉米轮作体系土壤N₂O、CO₂释放的影响。其中,碳源种类分别为葡萄糖、果胶、淀粉、纤维素、木质素和秸秆。结果表明添加葡萄糖和果胶有效促进了土壤N₂O的释放,并在第1 d达到最大值,分别为4039.85 μg N₂O-N·kg^-1·d^-1和2533.44 μg N₂O-N·kg^-1·d^-1;添加纤维素和只施秸秆处理降低了N₂O释放。施入碳源增加了CO₂释放,顺序为纤维素> 淀粉> 葡萄糖> 果胶> 秸秆> 木质素。培养结束后土壤中铵态氮几乎消耗完全,除添加葡萄糖处理外,其他施碳土壤的硝态氮含量均有所增加。在培养前3 d,土壤NH₄⁺和NO₃^-总含量与N₂O释放量显著相关。