干旱區(qū)不同管理措施下綠洲棉田土壤呼吸及碳平衡研究.pdf

1、土壤呼吸作用是陸地生態(tài)系統(tǒng)中土壤和大氣之間CO2交換的主要組成成分,在全球的碳循環(huán)中扮演著重要的角色。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤與大氣之間的溫室氣體交換及碳循環(huán)過程受不同農(nóng)業(yè)管理措施的強烈影響。新疆作為我國重要的干旱區(qū),同時也是我國最重要的商品棉產(chǎn)區(qū)。進入21世紀以來,新疆農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)生較大變革,膜下滴灌農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)大面積推廣應用,農(nóng)作物施肥量的逐漸增加,長期實施作物秸稈還田等技術(shù),使干旱區(qū)綠洲農(nóng)作物生產(chǎn)水平大幅度提高的同時,也導致干旱區(qū)綠洲農(nóng)

2、田生態(tài)系統(tǒng)土壤碳的分配格局與過程發(fā)生變化?；谝陨线@些現(xiàn)象,本文從土壤呼吸速率的角度入手,通過對棉花整個生育期農(nóng)田土壤呼吸速率進行田間的原位測定,探討不同農(nóng)業(yè)管理措施對干旱區(qū)綠洲農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸作用、土壤呼吸各組分變化、土壤有機碳(SOC)、土壤微生物量碳(MBC)以及土壤碳庫平衡的影響,了解不同農(nóng)田管理措施對土壤碳通量、碳平衡的影響機理,并分析不同農(nóng)業(yè)管理措施下棉田土壤有機碳含量與土壤碳排放量之間的關(guān)系,以期為干旱區(qū)綠洲農(nóng)田安排合

3、理的農(nóng)田管理措施及制定農(nóng)業(yè)低碳栽培技術(shù),進而提升干旱區(qū)綠洲農(nóng)田土壤的質(zhì)量及固碳潛力。主要的研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　1.研究了不同管理措施對土壤呼吸速率動態(tài)變化的影響。結(jié)果表明,不同管理措施下,干旱區(qū)綠洲棉田土壤呼吸速率季節(jié)變化特征明顯,峰值出現(xiàn)在7月中旬,最小值出現(xiàn)在10月中旬;土壤呼吸速率日變化呈單峰曲線變化趨勢,盛花期在15:00—17:00達到峰值,盛鈴期均在15:00達到峰值,均于凌晨04:00降到最低。10cm地溫與土

4、壤呼吸速率呈極顯著(P<0.01)正相關(guān)關(guān)系。不同農(nóng)業(yè)管理措施下棉田土壤呼吸速率的矯正系數(shù)在09:00—13:00接近于1,說明這一時間段的土壤呼吸速率最能代表一天的平均土壤呼吸速率。灌溉處理間平均土壤呼吸速率為常規(guī)漫灌顯著小于膜下滴灌,施肥處理間各處理平均土壤呼吸速率為NPK　　2.研究了不同農(nóng)田管理措施下土壤呼吸速率

5、與土壤溫度、土壤濕度之間的關(guān)系。結(jié)果表明,常規(guī)漫灌和膜下滴灌模式土壤呼吸速率的溫度敏感性系數(shù)(Q10值)的平均值分別為2.43和2.03,不同年份膜下滴灌Q10值均小于常規(guī)漫灌。不同農(nóng)田管理措施下,采用復合方程模擬土壤呼吸速率時其準確性提高,決定系數(shù)(R2)均在0.64—0.72。綜合考慮土壤溫度和土壤水分含量對土壤呼吸速率的影響,能夠提高區(qū)域農(nóng)田土壤呼吸作用研究的準確性。
　　3.研究了不同管理措施對土壤呼吸各組分貢獻的影響。結(jié)

6、果表明,膜下滴灌條件下各施肥處理根系呼吸對土壤呼吸的貢獻率為36.38％—58.74%,常規(guī)漫灌條件下為33.73%—52.03%;鈴期根系呼吸貢獻率最高,整個生育期根系呼吸平均貢獻率膜下滴灌和常規(guī)漫灌方式下分別為48.05%和44.31%。
　　4.研究了不同棉田管理措施對土壤碳排放、有機碳含量及碳平衡的影響。結(jié)果表明,棉花生育期間,不同管理措施下,膜下滴灌土壤碳排放量大于常規(guī)漫灌,施肥處理間為(NPK+OM)>OM>CK>NP

7、K,秸稈還田處理間為秸稈還田>秸稈不還田。不同管理措施下,棉田土壤有機碳含量呈表層最高、隨土層深度增加而降低的分布趨勢;灌溉處理間棉田0—40cm土層土壤有機碳含量為常規(guī)漫灌>膜下滴灌,施肥處理間為(NPK+OM)>OM>NPK>CK,秸稈還田處理間為秸稈還田>秸稈不還田。分析表明,棉花生育期,棉田土壤碳排放量與不同層次土壤有機碳含量呈正相關(guān),與20—40cm土層土壤有機碳含量的相關(guān)性較好。不同管理措施下,農(nóng)田土壤均表現(xiàn)為碳匯,但碳匯強

8、度不同。農(nóng)田土壤碳匯強度灌溉處理間為膜下滴灌>常規(guī)漫灌,施肥處理間為NPK>(NPK+OM)>OM/CK,秸稈還田處理間土壤碳匯強度差異不顯著,灌溉方式、秸稈還田與施肥措施互作,膜下滴灌方式和秸稈還田措施下NPK和NPK+OM處理農(nóng)田土壤碳匯強度最強。
　　5.研究了不同棉田管理措施對土壤微生物量碳的影響。結(jié)果表明,干旱區(qū)綠洲棉田土壤微生物量碳含量呈表層含量最高,其下層隨著土壤深度的增加呈逐漸降低的分布趨勢;灌溉處理間常規(guī)漫灌土壤

9、微生物量碳含量、微生物熵均小于膜下滴灌;秸稈處理間土壤微生物量碳含量、微生物熵(qMB)表現(xiàn)為秸稈不還田小于秸稈還田,施肥處理間為CK

10、滴灌方式及秸稈還田措施下,(NPK+OM)處理棉田土壤微生物代謝熵最低。干旱區(qū)綠洲棉花生產(chǎn)過程中,采用膜下滴灌農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉模式,NPK化肥和有機肥配合施用,并實施作物秸稈還田,能夠保持較高的土壤質(zhì)量和可持續(xù)利用及發(fā)展?jié)摿?有利于農(nóng)田土壤有機碳的累積,并減少碳排放。
　　6.研究了不同管理措施對棉花群體光合物質(zhì)生產(chǎn)的影響及與土壤呼吸速率的關(guān)系。結(jié)果表明,不同農(nóng)田管理措施下,灌溉處理間棉花群體光合速率(CAP)、棉田總土壤呼吸速率(R

11、t)、根呼吸速率(Rr)、凈初級生產(chǎn)力(NPP)、棉花皮棉產(chǎn)量均為常規(guī)漫灌小于膜下滴灌,秸稈處理間CAP、Rt、Rr、Rr/Rt、NPP、棉花皮棉產(chǎn)量為秸稈不還田小于秸稈還田處理,施肥處理間CAP、Rr、Rr/Rt、NPP、棉花皮棉產(chǎn)量為CK