黃淮海平原保護(hù)性耕作夏玉米田的碳水高效利用研究.pdf

1、本試驗(yàn)于2005-2014年夏玉米生育期間，在黃淮海平原山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)試驗(yàn)站水分池和長期定位的保護(hù)性耕作試驗(yàn)田內(nèi)分別進(jìn)行。從耕作措施（秸稈還田）、秸稈覆蓋（株型和密度）的碳排放差異、水分利用效率(WUE)、以及夏玉米的碳吸收和碳匯等方面綜合對比研究了不同年限間農(nóng)田的碳水高效利用，以期為節(jié)水低碳目標(biāo)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:
　　1保護(hù)性耕作夏玉米田的碳吸收與碳匯效應(yīng)
　　耕作措施和秸稈還田均顯著影響夏

2、玉米的碳吸收和碳匯量，且2011-2014年的碳吸收量均顯示為秸稈還田深松處理最高，無秸稈還田常規(guī)耕作處理最低;碳匯量的結(jié)果也表現(xiàn)為秸稈還田深松處理最高，無秸稈還田常規(guī)耕作處理最低?？梢?，秸稈還田深松處理不僅吸收了大量的碳，而且能將更多的碳匯集于籽粒中。
　　不同耕作方式對土壤有機(jī)碳的積累效果不同。2011-2012年間少免耕農(nóng)田土壤有機(jī)碳呈急劇增長趨勢;然而，2013-2014年間則表現(xiàn)為急劇下降趨勢。但是，秸稈還田條件下保護(hù)性

3、耕作對土壤有機(jī)碳的積累幅度高于無秸稈還田，且變異性也明顯降低。因此，保護(hù)性耕作與秸稈還田相結(jié)合才能收到土壤有機(jī)碳快速積累的效果。
　　2保護(hù)性耕作夏玉米田的土壤呼吸與碳源效應(yīng)
　　土壤耕作顯著影響土壤CO2-C排放。秸稈還田常規(guī)耕作處理土壤CO2-C排放率比秸稈還田免耕處理高5.88％，且白天的排放率大于夜間。
　　不同耕作措施和秸稈還田條件下，從夏玉米播種期到開花期，土壤CO2-C排放率呈增加趨勢，至開花期達(dá)最大值，

4、之后呈下降趨勢。與傳統(tǒng)耕作相比，2011和2012年試驗(yàn)期間，免耕處理土壤CO2-C排放率分別降低了10.0％和12.5％，深松處理分別降低了5.0％和4.0％。無論哪種耕作措施，添加秸稈均可顯著增加土壤CO2-C排放率。與無秸稈還田處理相比，2011年試驗(yàn)期間，免耕和常規(guī)耕作處理中的CO2-C排放率分別顯著增加了20.0％和13.6％，而2012年則分別為26.3％和25.0％。2011年和2012年夏季玉米生長期間，常規(guī)耕作農(nóng)田土壤

5、CO2-C排放率分別為免耕農(nóng)田的1.14和1.09倍。
　　室內(nèi)模擬結(jié)果顯示，添加秸稈培養(yǎng)后顯著增加了土壤有機(jī)碳含量。無秸稈粉末添加時相對濕度為55％的處理顯著高于相對濕度65％和75％的處理，相對濕度65％和75％的處理間差異不顯著;添加秸稈粉末后則隨相對濕度的增加土壤CO2-C累積釋放量增加。無論添加秸稈粉末與否，培養(yǎng)溫度為25℃時，土壤CO2-C累積釋放量最低;培養(yǎng)溫度為35℃的處理土壤CO2-C累積釋放量高于培養(yǎng)溫度30℃

6、處理，但差異不顯著。
　　密度對土壤呼吸沒有顯著影響，但秸稈覆蓋顯著降低了土壤呼吸。因此，秸稈覆蓋可以降低夏玉米生育期間土壤CO2排放通量。和不覆蓋處理相比，秸稈覆蓋后顯著減少了單位籽粒產(chǎn)量向大氣排放CO2的數(shù)量。2012和2013年夏玉米試驗(yàn)期間，秸稈覆蓋處理土壤呼吸速率和土壤CO2排放通量均低于不覆蓋處理。2012年，高中低三密度處理覆蓋后分別較不覆蓋處理降低了41.78％、20.56％和34.97％;2013年，則分別降低了

7、14.41％、10.99％、22.31％?？梢姡徒斩掃€田相比，秸稈覆蓋能有效抑制土壤CO2的排放。
　　3秸稈覆蓋下株型對夏玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響
　　秸稈覆蓋影響了夏玉米前期生長，但促進(jìn)了中后期生長，導(dǎo)致覆蓋與不覆蓋處理間夏玉米的葉面積指數(shù)(LAI)沒有顯著差異。和不覆蓋處理相比，秸稈覆蓋均提高了平展型品種丹玉86和緊湊型品種登海661的光合速率。隨秸稈覆蓋量增加，夏玉米地上部干物質(zhì)積累量逐漸增加，但不同株型間干物

8、質(zhì)分配規(guī)律不同:秸稈覆蓋后，丹玉86同時增加了穗和葉的干重，而登海661則主要增加了穗的重量。和不覆蓋處理相比，秸稈覆蓋量為0.6和1.2 kg/m2后均顯著增加了夏玉米籽粒產(chǎn)量。2011年，登海661的籽粒產(chǎn)量顯著高于丹玉86，增產(chǎn)的主要原因在于穗數(shù)和穗行數(shù)顯著增加。
　　月玉86和登海661在相同覆蓋條件下的總蒸散量沒有顯著差異。但是，秸稈覆蓋后顯著影響了夏玉米穗位葉的氣孔導(dǎo)度。和不覆蓋處理相比，丹玉86和登海661在秸稈覆蓋

9、量為0.6和1.2 kg/m2后穗位葉的氣孔導(dǎo)度均顯著降低。
　　4秸稈覆蓋下密度對夏玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響
　　中密度條件下，秸稈覆蓋可提高夏玉米穗位葉處的光合有效輻射(PAR)截獲率。無秸稈覆蓋條件下，夏玉米莖葉重隨密度降低而減小;秸稈覆蓋條件下，中密度處理的莖葉重最高。秸稈覆蓋對各密度的穗重沒有顯著影響。秸稈覆蓋對高密度夏玉米的籽粒產(chǎn)量沒有顯著影響，但對中低密度的籽粒產(chǎn)量影響顯著，且主要影響了產(chǎn)量構(gòu)成因素中的千粒

10、重。秸稈覆蓋顯著提高了夏玉米的WUE，且對中密度處理WUE提高幅度最大。
　　52005-2014長期保護(hù)性耕作農(nóng)田土壤碳儲量變化分析
　　在2005-2014年的十年間，不同年份不同耕作處理和有無秸稈還田處理間土壤有機(jī)碳儲量呈明顯的動態(tài)變化，秸稈還田各處理的土壤有機(jī)碳儲量均顯著高于無秸稈還田處理;各保護(hù)性耕作措施的土壤有機(jī)碳儲量均顯著高于常規(guī)耕作。各處理固碳潛力由高到低依次為:免耕秸稈還田(PZ)＞深松秸稈還田(PS)＞常

11、規(guī)耕作秸稈還田(PC)＞免耕無秸稈還田(AZ)＞深松無秸稈還田(AS)＞常規(guī)耕作(AC)，秸稈還田各處理的固碳潛力均顯著高于無秸稈還田處理，各保護(hù)性耕作措施的固碳潛力也均顯著高于常規(guī)耕作，其中PC、AZ、PZ、AS和PS保護(hù)性耕作的固碳潛力比對照AC分別高出77.18％、74.90％、87.42％、41.06％和82.72％，說明保護(hù)性耕作措施能提高土壤的固碳潛力。結(jié)果表明，保護(hù)性耕作和秸稈還田相結(jié)合更有利于提高土壤有機(jī)碳儲量和固碳潛力