绿洲典型间作模式的土壤呼吸特征及其成因

间作种植是河西绿洲灌区一种常见的提高农田产出的农作模式，其多样化配置是农业可持续发展的基础。然而，间作系统在干旱绿洲灌区是否能降低农田碳排放还有待研究。通常情况下，高产出的农作模式也伴随着高CO2排出，间作系统对土壤呼吸及碳排放的调控作用亦鲜见报道。 为探索间作系统下产量，土壤呼吸和环境因子的动态及其与因子间的相互关系，在甘肃农业大学武威试验站（37o96′N,102o64′E）进行了三年的定位试验（2009，2010和2011年）。试验共设置九个处理，其中四个间作处理，分别是玉米–小麦间作，玉米–豌豆间作，玉米–油菜间作和小麦–大豆间作，及五个单作处理，分别是单作油菜，单作小麦，单作豌豆，单作大豆和单作玉米。本试验的主要结果如下： 1.作物生长（干物质累积）是影响农田土壤呼吸的主要因子，当作物干物质开始累积时，土壤呼吸随之增加，到开花期（早播作物）或吐丝期（晚播作物），干物质累积速率最大时，土壤呼吸速率亦达最大，随后开始降低。将土壤呼吸和干物质累积的二次方程（y=a×x2+b×x+c）与土壤呼吸和土壤温度的指数方程（y=a×ek×t）结合建立的复合模型可以较好地模拟农田土壤呼吸变异，干物质累积与土壤温度可以解释土壤呼吸38%到58%的变异。玉米间作系统，如玉米–小麦(0.52g CO-22mhr-1)，玉米–豌豆(0.51g CO22m–hr-1)和玉米–油菜(0.44g CO-22mhr-1)较单作玉米(0.74g CO2m-2hr-1)显著降低了土壤呼吸季变化的最大值。单作玉米的碳排放量最高(4,233kg C ha-1)，单作油菜的最低(1,260kg C ha-1)。玉米间作系统(1,701kg C ha-1到3,108kg C ha-1)较单作玉米或单作小麦显著降低了碳排放量。玉米是单位水碳排放最高的作物，豌豆和小麦次之，油菜和大豆最低。玉米间作系统较单作玉米减少了42%（2009），52%（2010）和45%（2011）的单位水碳排放量。 2.单作种植中，玉米的产量最高，为11,724kg ha-1，小麦次之，为6,467kg ha-1，豌豆最小，为2,830kg ha-1。单作玉米的产量由2009年的12,677kg ha-1降至2011年的10,624kg ha-1，减少了19%。玉米–小麦间作系统中，玉米产量由2009年的7,404kg ha-1升至2011年8,123kg ha-1，提高了10%。玉米间作系统表现出较高的水分利用效率(15.9-19.8kg ha-1mm-1)和土地当量比(1.16-1.48)，表明间作系统存在高效水分利用及增产的优势。 3.豌豆与玉米共生时，土壤水分移动势最小，表明豌豆带从玉米带汲取的水分最小。小麦是最强的水分竞争者。小麦与玉米或大豆共生时，可从玉米带或大豆带中竞争11-20mm的土壤水分。豌豆由于根系分布较浅，与玉米带不存在水分竞争关系，为玉米后期恢复生长提供较多的土壤水分。小麦带在收获后通过休闲期雨水或灌溉补给，涵养最大量的土壤水分，为玉米带补给19-21mm的土壤水分。 4.间作系统早播作物干物质最大累积速率(57g m-2d-1)高于单作作物的(51g m-2d-1)，最大速率出现在播种后72到77天；间作系统晚播作物的最大干物质累积速率低于单作作物，在31.6到44.9g m-2d-1之间，较单作玉米降低了30%到43%。单作玉米干物质最大累积速率出现在播种后80到96天，间作玉米的最大累积速率出现的时间较单作玉米推迟了6到10天。玉米–豌豆间作系统中，玉米干物质最大累积速率为43g m-2d-1，分别较单作玉米，玉米–油菜间作和玉米–小麦间作系统中的玉米，提高了15%，21%和40%，表明玉米–豌豆间作系统对间作玉米的干物质累积是有利的。