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Effects of different maize straw-returning modes on the soil respiration in a winter wheat field.

不同玉米秸秆还田方式对冬小麦田土壤呼吸的影响


在连续耕作10年的保护性耕作农田进行定位试验,采用静态箱-TGC气体分析仪法田间原位观测玉米秸秆还田对冬小麦田土壤呼吸的影响.结果表明: 麦田土壤呼吸与玉米秸秆留茬高度呈显著正相关关系,且在小麦整个生育期具有两个峰值;免耕不还田处理的土壤呼吸为免耕全量还田处理的72.5%,常规耕作不还田处理的土壤呼吸为常规耕作全量还田处理的76.5%.土壤呼吸与20 cm土层土壤温度和有机碳含量呈显著正相关,但与40 cm土层土壤有机碳含量相关性不显著;土壤水分与土壤呼吸的相关性显著.麦田秸秆全量还田处理的土壤日呼吸值呈单峰曲线,于18:00达到最高.20 cm土层土壤温度与土壤呼吸值的变化趋势一致.不同秸秆还田量处理中,留茬1 m的秸秆还田处理能显著减少土壤呼吸,是较合理的秸秆还田方式.

By using static chamberTGC method, an in situ observation was conducted in a 10-year conservation tillage winter wheat field to study the effects of different maize strawreturning modes on the soil respiration. The soil respiration had a significant positive correlation with the stubble height of maize straw, and two peaks were observed in wheat growth period. Under no tillage and no strawreturning, the soil respiration was 72.5% of that under no tillage with all strawreturning, and the soil respiration under conventional tillage and no straw- returning was 76.5% of that under conventional tillage with all straw-returning. The soil respiration was significantly positively correlated with the soil temperature and soil organic carbon at 20 cm depth, but no significant correlation with the soil organic carbon at 40 cm depth. A correlation was also observed between the soil respiration and soil moisture. The diurnal soil respiration in the treatments of all straw-returning presented a single-peak curve, with the peak at 18:00. There was a similar variation trend of soil temperature and soil respiration at the depth of 20 cm. Among the treatments of different straw-returningamounts, straw-returning with the stubble of 1 m height could reduce the soil respiration significantly, being a reasonable straw-returning mode.


全 文 :不同玉米秸秆还田方式对冬小麦田土壤呼吸的影响*
王丙文1,2 摇 迟淑筠1,2**摇 田慎重1,2 摇 宁堂原1,2 摇 韩惠芳1,2 摇 赵红香1,2 摇 李增嘉1,2
( 1山东农业大学农学院作物生物学国家重点实验室, 山东泰安 271018; 2山东农业大学农学院土肥资源高效利用国家工程实
验室, 山东泰安 271018)
摘摇 要摇 在连续耕作 10 年的保护性耕作农田进行定位试验,采用静态箱鄄TGC 气体分析仪法
田间原位观测玉米秸秆还田对冬小麦田土壤呼吸的影响.结果表明: 麦田土壤呼吸与玉米秸
秆留茬高度呈显著正相关关系,且在小麦整个生育期具有两个峰值;免耕不还田处理的土壤
呼吸为免耕全量还田处理的 72. 5% ,常规耕作不还田处理的土壤呼吸为常规耕作全量还田处
理的 76. 5% .土壤呼吸与 20 cm土层土壤温度和有机碳含量呈显著正相关,但与 40 cm 土层
土壤有机碳含量相关性不显著;土壤水分与土壤呼吸的相关性显著.麦田秸秆全量还田处理
的土壤日呼吸值呈单峰曲线,于 18:00 达到最高. 20 cm土层土壤温度与土壤呼吸值的变化趋
势一致.不同秸秆还田量处理中,留茬 1 m的秸秆还田处理能显著减少土壤呼吸,是较合理的
秸秆还田方式.
关键词摇 玉米秸秆摇 留茬高度摇 秸秆还田摇 冬小麦田摇 土壤呼吸
文章编号摇 1001-9332(2013)05-1374-07摇 中图分类号摇 S343. 1摇 文献标识码摇 A
Effects of different maize straw鄄returning modes on the soil respiration in a winter wheat
field. WANG Bing鄄wen, CHI Shu鄄yun, TIAN Shen鄄zhong, NING Tang鄄yuan, HAN Hui鄄fang, ZHAO
Hong鄄xiang, LI Zeng鄄jia (1 State Key Laboratory of Crop Biology, College of Agronomy, Shandong
Agricultural University, Tai爷an 271018, Shandong, China; 2National Engineering Laboratory for Ef鄄
ficient Utilization of Soil and Fertilizer Resources, College of Agronomy, Shandong Agricultural Univer鄄
sity, Tai爷an 271018, Shandong, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2013,24(5): 1374-1380.
Abstract: By using static chamber鄄TGC method, an in situ observation was conducted in a 10鄄year
conservation tillage winter wheat field to study the effects of different maize straw鄄returning modes on
the soil respiration. The soil respiration had a significant positive correlation with the stubble height
of maize straw, and two peaks were observed in wheat growth period. Under no tillage and no straw鄄
returning, the soil respiration was 72. 5% of that under no tillage with all straw鄄returning, and the
soil respiration under conventional tillage and no straw鄄 returning was 76. 5% of that under conven鄄
tional tillage with all straw鄄returning. The soil respiration was significantly positively correlated with
the soil temperature and soil organic carbon at 20 cm depth, but no significant correlation with the
soil organic carbon at 40 cm depth. A correlation was also observed between the soil respiration and
soil moisture. The diurnal soil respiration in the treatments of all straw鄄returning presented a single鄄
peak curve, with the peak at 18:00. There was a similar variation trend of soil temperature and soil
respiration at the depth of 20 cm. Among the treatments of different straw鄄returning amounts, straw鄄
returning with the stubble of 1 m height could reduce the soil respiration significantly, being a rea鄄
sonable straw鄄returning mode.
Key words: maize straw; stubble height; straw鄄returning; winter wheat farmland; soil respiration.
*“十二五冶国家科技支撑计划项目(2012BAD14B07、2011BAD21B06)、公益性行业(农业)科研专项(201103001)、国家自然科学基金项目
(30900876、31101127)和山东省农业重大应用技术创新项目资助.
**通讯作者. E鄄mail: chishujun1955@ 163. com
2012鄄10鄄06 收稿,2013鄄02鄄27 接受.
应 用 生 态 学 报摇 2013 年 5 月摇 第 24 卷摇 第 5 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, May 2013,24(5): 1374-1380
摇 摇 土壤是全球陆地系统中最大的碳库载体,其贮
存量为 1300 ~ 2000 Pg C,是全球陆地植被碳库的
2 ~ 3倍,是大气碳库的 2 倍多[1] . 研究表明,全球每
年由土壤释放的 CO2 量为 680 Pg C,远高于由燃料
燃烧释放的 CO2 量(520 Pg C) [2] .从土壤中释放出
来的 CO2 量约占环境与陆地碳交换量的 25% [3] .土
壤呼吸既是土壤中微生物和植物根系进行生命活动
的标志,也是全球碳循环的重要组成部分[4],土壤
呼吸向大气中提供 CO2,是土壤有机碳库输出的重
要环节[5-6] .可见,土壤碳库在全球气候变化中至关
重要,而农田土壤呼吸作为土壤碳库碳平衡的一个
重要过程不容忽视.截至 20 世纪 60 年代,导致大气
CO2 浓度持续升高的主要原因是土地利用格局变化
引起的土壤呼吸增强所致,其目前仍占总贡献量的
18% ~60% .
秸秆还田是目前农业生产中普遍采用的作业方
式,其对农田土壤呼吸有一定影响.秸秆还田是当前
乃至今后秸秆资源利用的主渠道[7-8] . 用生态系统
理论与方法对秸秆还田问题进行系统研究具有重要
意义.但是,秸秆过量还田不但对后茬作物的播种和
出苗产生不利影响,而且不利于农田的生态环境保
护,尤其是生物量较大的玉米秸秆[9],而玉米秸秆
又是一种宝贵的青饲资源[10] . 因此,合理控制秸秆
留茬高度既保证了秸秆的有效利用,又保证了循环
农业的可持续发展. 但目前秸秆留茬高度对农田土
壤呼吸的影响仍不清楚. 本研究试验田为长期进行
保护性耕作的农田,农田基础条件比较稳定,试验数
据比较连续和全面,有利于数据分析.在确定玉米秸
秆不同留茬高度还田方式后,测定了土壤呼吸的季
节变化和日变化规律及其影响因素,为该地区温室
气体排放量评估和发展循环农业提供科学依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 试验地概况
本试验在山东农业大学农学实验站的长期不同
耕作措施定位试验地进行(始于 2002 年). 试验田
位 于 36毅 09忆 30郾 78义—36毅 09忆 27郾 59义 N、
117毅09忆13郾 79义—117毅09忆12郾 02义 E,属于温带大陆性
季风气候,四季分明,光照充足. 平均气温 13郾 0 益,
年均日照时数 2627郾 1 h,年均降水量 697 mm,具有
华北平原的典型特点.试验田土壤为棕壤土,土层深
厚,耕层土壤(0 ~ 20 cm)有机质含量 13郾 6 g·kg-1,
全氮含量 1郾 32 g·kg-1,全磷含量 1郾 11 g·kg-1,土
壤总孔隙度 56郾 5% ,土壤容重 1郾 43 g·cm-3 .
1郾 2摇 试验材料
试验采用小麦鄄玉米一年两熟种植模式,供试小
麦品种为济麦 22,2011 年 10 月 12 日播种,播种量
90 kg·hm-2,行距 20 cm,2012 年 6 月 10 日小麦收
获;玉米品种为郑单 958. 农田全年统一施肥:基肥
折合纯 N 225 kg·hm-2,P2O5 180 kg·hm-2, K2O
180 kg·hm-2 . 各处理小麦拔节期统一追施纯 N
80 kg·hm-2,浇拔节水 160 mm.
1郾 3摇 试验设计
采用裂区试验设计,主区设免耕(Z)、常规耕作
(C)2 种耕作措施,副区设 4 种不同秸秆还田方式,
分别为无秸秆还田(A)、秸秆全量还田(P)、留茬
1 m还田(S1)和留茬 0郾 5 m还田(S0 郾 5),秸秆还田量
分别为 0、15070、10230 和 5370 kg·hm-2 .共 8 个处
理,小区面积 15 m伊8 m = 120 m2,3 次重复. 分别在
小麦苗期、起身期、拔节期、开花期、成熟期取样对土
壤呼吸 CO2 气体进行定期测定,同时对 PZ、PC 两处
理的土壤温度、水分和土壤有机碳含量进行测定.秸
秆还田于夏玉米收获后进行,将留茬秸秆粉碎还田
并进行土壤耕作,全量还田的秸秆直接用机械粉碎
还田.免耕处理的玉米秸秆覆盖于地表,常规耕作处
理的玉米秸秆用机械翻埋入土.
1郾 4摇 测定项目与方法
1郾 4郾 1 土壤呼吸的气体采集与测定摇 小麦整个生育
期的土壤呼吸气体测定从 2011 年 10 月开始到 2012
年 6 月结束,每月测定 1 ~ 2 次,每次于 10:00 开始
测定. CO2 气体日变化由于夜间取样及测定难度较
大,只选取 PC 和 PZ 处理进行取样,于 5 月 18—20
日连续测定(选取日夜温差大、土壤微生物活动频
繁的夏初进行采集),以 2 h 为 1 个取样单位;灌浆
期灌溉后,对小麦短期生长阶段的 PC 和 PZ 处理土
壤呼吸进行测定,每隔 2 d测定 1 次,测定期间不再
灌溉,以确保土壤水分变化的连续性,测定时间为每
天 10:00,连续测定 6 次.土壤呼吸的检测采用静态
箱鄄TGC仪器测试法,静态箱由玻璃纸制成(1 m伊
0郾 5 m伊0郾 5 m),边角用 PVC 板加固,外层用隔热棉
和反光膜包裹,箱内顶部设置轴流风扇,箱体有采样
口和温度计.基座用 PVC 制作,高为 30 cm,底部插
入地下 20 cm,基座上部设置水槽,用于气体检测时
浇水密封.基座于小麦播种期放入,取样时将箱体罩
在事先安好的基座上,用 TGC气体分析仪分别于 0、
15 和 30 min测定 CO2 浓度,同时测定大气温度、静
态箱内温度、地表温度、20 cm 土层地温和土壤水
分.气体通量的计算公式[11]为:
57315 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 王丙文等: 不同玉米秸秆还田方式对冬小麦田土壤呼吸的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
F= 60HMP8郾 314(273+T)
dc
dt
式中:F为气体通量(滋g·m-2·h-1);常数 60 为将
分转换为小时的换算系数;H 为静态箱有效高度
(m);T为箱内平均温度(益);dc / dt 为气体浓度随
时间变化的直线斜率; M 为气体的摩尔质量
(g·mol-1);P为测定时的大气压(Pa).
1郾 4郾 2 其他项目测定 摇 按照五点法采集土壤样品,
于小麦各生长期分别在每个小区选 3 个点,分别取
20 cm、40 cm两个土层土样混匀,土样风干、研磨后
测定有机碳含量. 土壤温度用美国 Water 公司手持
式土壤温度仪测定;土壤含水量用烘干法测定;土壤
有机碳含量用重铬酸钾外加热法测定.
1郾 5摇 数据处理
采用 Excel 软件对数据进行处理,采用 DPS
7郾 05 数据分析系统进行方差和相关性分析,用
Origin 8郾 0软件作图.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 小麦整个生育期的土壤呼吸变化规律
2郾 1郾 1 土壤呼吸的动态变化 摇 由图 1 可以看出,在
小麦整个生育期,各处理的土壤呼吸通量都随生长
图 1摇 小麦不同生育期的土壤呼吸变化
Fig. 1摇 Soil respiration changes depth at different growth stages
of winter wheat (mean依SE).
Z:免耕 No tillage; C:常规耕作 Conventional tillage; A:秸秆不还田 No
straw returning; P:秸秆全量还田 All straw returning; S0郾 5:留茬 0郾 5 m
秸秆还田 Straw returning with 0郾 5 m stubble;S1: 留茬 1 m 秸秆还田
Straw returning with 1 m stubble郾 玉:苗期 Seedling stage; 域:返青期
Revival stage; 芋:拔节期 Jointing stage; 郁:灌浆期 Filling stage; 吁:
收获期 Harvest stage郾 下同 The same below郾
季节的变化而变化.免耕土壤呼吸量小于常规耕作,
整个生长季平均低 11郾 9%左右,但变化趋势相同.
小麦 5 个生育时期的土壤呼吸呈双峰曲线变化趋
势:土壤呼吸量在苗期最低,随生长期的推进逐步增
强,到返青期达到一个小高峰,然后小幅降低,从拔
节期开始继续增强,一直到收获期达到最高峰,此时
常规耕作(C)和免耕(Z)处理的土壤呼吸值分别为
0郾 53 和 0郾 43 g·m-2·h-1 .不同秸秆还田方式土壤
呼吸值表现为:全量还田 >留茬 1 m 还田 >留茬
0郾 5 m还田>秸秆不还田,其中,AZ、ZS0郾 5和 ZS1的土
壤呼吸值分别是 PZ 的 72郾 5% 、79郾 9%和 85郾 6% ;
AC、CS0郾 5和 CS1的土壤呼吸值分别是 PC 的 76郾 5% 、
84郾 7%和 91郾 8% .
2郾 1郾 2 土壤呼吸与秸秆还田量的关系摇 Z 和 C 处理
的土壤呼吸值与秸秆还田量之间可拟合为多项式方
程,存在极显著的相关关系 ( r 分别为 0郾 979 和
0郾 995). Z和 C处理的土壤呼吸与秸秆还田量之间
的拟合关系曲线比较相似,并随秸秆还田量的增加
而升高,但 Z 处理的拟合曲线位置较低,说明其土
壤呼吸值低于C处理(图2) . 经过长期不同秸秆还
图 2摇 土壤呼吸与秸秆还田量的关系
Fig. 2 摇 Relationship between soil respiration and quantity of
straw returning (mean依SE).
图 3摇 土壤水分与土壤呼吸的关系
Fig. 3 摇 Relationship between soil respiration and soil moisture
(mean依SE).
6731 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
表 1摇 土壤呼吸与土壤有机碳的关系
Table 1摇 Relationship between soil respiration and soil organic carbon
处理
Treatment
20 cm土层土壤有机碳
Soil organic carbon at 20 cm depth
拟合方程
Fitting equation
相关系数
Correlation coefficient
40 cm土层土壤有机碳
Soil organic carbon at 40 cm depth
拟合方程
Fitting equation
相关系数
Correlation coefficient
PC Y=0郾 1257x2 +0郾 2321x+0郾 258 0郾 989* Y=8郾 0498x2 -6郾 8746x+1郾 8747 0郾 660
PZ Y=0郾 1536x2 +0郾 0411x+0郾 081 0郾 973* Y=5郾 3048x2 -3郾 6231x+0郾 8377 0郾 805
P:秸秆全量还田 All straw returning; C:常规耕作 Conventional tillage; Z:免耕 No tillage郾 *P<0郾 05; **P<0郾 01郾
田方式后,还田秸秆通过影响土壤中微生物量和微
生物群落,以及改变土壤物理化学性质等方面来提
高土壤呼吸强度,增加土壤 CO2 的排放.
2郾 1郾 3 土壤呼吸与土壤水分的关系摇 在小麦各生长
时期,PZ 和 PC 处理 20 cm 土层土壤水分与土壤呼
吸之间具有显著相关性( r分别为 0郾 914、0郾 950).但
并不完全是正相关关系,在水分较低的时期,土壤呼
吸与土壤水分呈正相关,当土壤水分高于一定数值
时,土壤呼吸呈下降趋势,且 PC 处理的转折点早于
PZ处理(图 3).
2郾 1郾 4 土壤呼吸与土壤有机碳的关系摇 小麦各生育
期土壤呼吸与 20 cm土层土壤有机碳存在显著相关
性, 相关系数分别为 0郾 989 和 0郾 973,表明 20 cm土
层土壤有机碳是影响土壤呼吸的主要因素.在40 cm
土层内,土壤呼吸与土壤有机碳的相关关系并不显
著(表 1).经过长期不同秸秆还田方式后,土壤有机
碳逐年增加和积累,但由于耕作方式的差异,导致
PC和 PZ两处理在不同土层的有机碳含量出现差
异,进而对土壤呼吸的影响呈现差异.
2郾 1郾 5 土壤呼吸与温度的关系 摇 由图 4 可以看出,
在小麦整个生育期内,土壤呼吸随外界温度的升高
而增大.从苗期到收获期,气温和 20 cm地温逐渐升
高,土壤呼吸值也不断升高,说明外界温度对土壤呼
吸有一定的影响,但从变化趋势来看,土壤呼吸的变
化与 20 cm地温相对一致,特别是拔节期以后表现
较明显.而土壤呼吸与气温的变化趋势并不一致,特
别是在收获期.
2郾 2摇 麦田土壤呼吸的日变化规律及其与温度的关

在 5 月 18—20 日小麦灌浆期,连续 3 d 对麦田
土壤呼吸进行全天测定,取平均值.麦季土壤呼吸日
变化趋势呈单峰曲线:8:00—14:00,土壤呼吸通量波
动不大,变化较平稳,自 16:00 开始,土壤呼吸通量快
速上升,在 18:00 达到高峰,之后开始急剧下降,至
20:00后土壤呼吸通量又趋于平稳(图 4).常规耕作
和免耕土壤呼吸通量在 18:00 达到最高值时分别为
0郾 81和 0郾 75 g·m-2·h-1;土壤呼吸通量最低值出现
在 4:00,二者分别为 0郾 25和 0郾 22 g·m-2·h-1 .
图 4摇 土壤呼吸与温度的关系
Fig. 4摇 Relationships between soil respiration and temperature (mean依SE).
77315 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 王丙文等: 不同玉米秸秆还田方式对冬小麦田土壤呼吸的影响摇 摇 摇 摇 摇 摇
摇 摇 土壤呼吸的日变化趋势与地温基本一致,但地
温的变化早于土壤呼吸变化约 2 h.当地温在 16:00
达到日最大值时,土壤呼吸在 18:00 才达到日最大
值;当地温在 2:00 达到日最低值时,土壤呼吸在
4:00达到日最低值.土壤呼吸与气温的日变化趋势
并不一致,特别是在 2:00 以后,气温虽然升高,但土
壤呼吸仍呈下降趋势.
2郾 3摇 小麦生长短期内麦田土壤呼吸的影响因素
2郾 3郾 1 土壤呼吸与土壤水分的关系摇 由图 5 可以看
出,在小麦生长的一个较短连续期内,PC、PZ处理的
土壤呼吸随土壤水分的升高而增强. PZ 处理的土壤
水分从 12郾 7% 升高到 18郾 6% ,土壤呼吸通量从
0郾 29 g·m-2·h-1升高到 0郾 45 g·m-2 ·h-1,升高
了35郾 6% ;PC处理的土壤水分从11 郾 1% 升高到
图 5摇 短期内土壤呼吸与土壤水分的关系
Fig. 5 摇 Relationship between soil respiration and soil water in
short term (mean依SE).
图 6摇 短期内土壤呼吸与温度的关系
Fig. 6 摇 Relationships between soil respiration and temperature
in short term (mean依SE).
图 7摇 短期内土壤呼吸与 20 cm土层地温的关系
Fig. 7摇 Relationships between soil respiration and soil tempera鄄
ture at 20 cm depth in short term (mean依SE).
17郾 7% ,土壤呼吸通量从 0郾 25 g·m-2·h-1升高到
0郾 37 g·m-2·h-1,升高了 32郾 4% . PC、PZ 处理的土
壤呼吸在一定范围内与土壤水分呈明显的线性关
系,但当两处理土壤水分分别超过 16%和 17%时,
土壤呼吸反而呈下降趋势.
2郾 3郾 2 土壤呼吸与气温、20 cm地温的关系摇 在短期
内常规和免耕土壤呼吸与 20 cm地温的变化趋势一
致,而气温与土壤呼吸的变化趋势并不一致(图 6).
摇 摇 为进一步研究地温与土壤呼吸的关系,把这一
时期的土壤呼吸与 20 cm 土层地温作散点图(图
7),并对两者进行拟合. 结果表明,土壤呼吸与
20 cm土层地温具有较好的相关性,土壤呼吸通量随
土壤温度的增加而增加,相关性达极显著水平,可以
用指数函数 y=aebx很好拟合. Q10值表示土壤呼吸对
温度变化的敏感程度,即温度每升高 10 益土壤呼吸
增加的倍数.本研究结果表明,在 20 cm土层深度条
件下,小麦生育期的 Q10值为 1郾 72 ~ 2郾 35.
3摇 讨摇 摇 论
不同秸秆还田方式下麦田土壤呼吸随秸秆还田
量的增加而增加,两者之间呈极显著相关关系,具体
表现为:全量还田>留茬 1 m 还田>留茬 0郾 5 m 还
田>秸秆不还田.其中 AZ、AC 处理的土壤呼吸值分
别为 PZ、PC 处理的 72郾 5% 和 76郾 5% ,S1为 PZ 的
85郾 6% .秸秆还田后通过影响土壤中微生物生物量
和微生物群落,以及改变土壤物理化学性质等来提
高土壤呼吸强度,增加土壤 CO2 排放[12-13] . 秸秆还
田增加了土壤总孔隙度,同时土壤溶液中的 CO2 含
量随秸秆添加量的增加而增大[14] .秸秆还田还可以
增加土壤有机质和微生物生物量碳,并对土壤起保
墒作用[15] .韩宾[16]的长期试验表明,秸秆还田后土
壤总孔隙度和有机质都有一定程度增加.本研究中,
8731 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
秸秆留茬 1 m还田既能减少秸秆还田量(占秸秆总
量的 67郾 9% ),又能保持较为适宜的土壤呼吸值,不
还田的部分还可作为饲料,因此,从生态学和循环农
业的角度来看,秸秆留茬 1 m 还田是一种较好的还
田方式.
不同秸秆还田方式中,免耕的土壤呼吸值小于
常规耕作(为常规耕作的 88郾 1% ). 许多研究表明,
免耕能减少土壤呼吸,因为犁耕会导致土壤有机碳
的大量损失、CO2 释放量增加,而免耕有机碳矿化缓
慢,CO2 排放量减少[17-18] . 土壤水分对小麦整个生
育期和生长短期的土壤呼吸影响都较为显著. 在小
麦生长短期,随土壤水分的增加,土壤呼吸增强,但
当土壤水分达到 17郾 0%左右时,土壤呼吸反而下
降.有研究表明,土壤呼吸随灌溉量的增大而增强,
但过量灌溉会抑制土壤呼吸[19],但也有研究持不同
观点[20] .本研究结果表明,在小麦整个生育期,气温
对土壤呼吸的影响明显,这与杨兰芳和蔡祖聪[21]的
研究结果一致. 贾丙瑞等[22]研究表明,土壤呼吸与
土壤温度呈正相关关系. 土壤温度直接影响微生物
和植物呼吸酶活性,从而影响土壤呼吸速率[23] . 本
试验结果表明,土壤呼吸值与 20 cm 土壤有机碳呈
极显著相关关系,而与 40 cm 土壤有机碳相关性较
差,这与前人研究[24-25]结果一致.在 40 cm 土层,植
物根系分布较少,土壤动物和微生物分布比 20 cm
土层少,土壤有机碳对土壤呼吸的影响降低.
农田生态系统土壤呼吸有明显的昼夜变化,大
多表现为单峰曲线,且白天土壤呼吸显著大于夜间,
最大值出现在 12:00 左右,最小值出现在 5:00 左
右[26] .但也有研究指出,土壤呼吸日变化和季节变
化均呈单峰曲线,与气温变化趋势一致; 日变化峰
值出现在 16:00 左右,最低值出现在 6:00 左右[27] .
本研究结果表明,在小麦整个生育期,土壤呼吸变化
呈双峰曲线;土壤呼吸日变化呈单峰曲线,于18:00
达到最高值,4:00 达到最低值.各生育期中,苗期的
土壤呼吸最低,收获期最高.这是由于苗期田地经过
耕作后作物根系和土壤动物遭到破坏,而还田秸秆
尚未腐解,土壤呼吸值较低;小麦收获期则相反. 由
此可见,不同研究中农田土壤呼吸的变化规律不同,
仍需进一步研究.
参考文献
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作者简介摇 王丙文,男,1971 年生,博士研究生.主要从事保
护性耕作与农业生态学研究. E鄄mail: wbw009@ 126. com
责任编辑摇 张凤丽
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