保护性耕作对旱作农田休闲期温室气体排放的影响

近年来,农田土壤温室气体的排放已经成为众多专家学者研究的一个热点领域。其中,有关旱作农田休闲期的温室气体排放国内外的研究较少,在土壤温室气体减排措施上,关于如何改善农业管理措施研究较多,而对不同保护性耕作措施的比较研究较少。本文以黄土高原西部半干旱区春小麦—豌豆双序列轮作休闲期农田为研究对象,采用静态箱-气相色谱法研究了黄土高原西部旱农区休闲期保护性耕作的温室效应。主要结论如下: 1.无论是种植小麦后还是种植豌豆以后,休闲期农田在测定期都是CO2排放“源”。进入休闲期不同耕作方式下CO2的排放都急剧降低,之后呈现随时间的推移而缓慢降低的趋势。两种轮作序列不同耕作处理下土壤CO2平均排放通量和测定期排放量均表现为免耕不覆盖（NT）＜免耕+秸秆覆盖（NTS）＜传统耕作不覆盖（T）＜传统耕作+秸秆覆盖（TS）。两种轮作序列休闲期NT处理与T处理的平均CO2排放通量差异显著,NTS处理与TS处理平均CO2排放通量的差异显著。测定期NT处理相对于其它三种处理相对可减少CO2排放,而TS处理相对增加了CO2排放。 无论是种植小麦的休闲地还是种植豌豆的休闲地,在测定期都是N2O排放的弱“源”。两种轮作序列不同耕作处理下土壤N2O平均排放通量和测定期排放量均表现为免耕不覆盖（NT）＜传统耕作不覆盖（T）＜免耕+秸秆覆盖（NTS）＜传统耕作+秸秆覆盖（TS）。两种轮作序列下,不同处理N2O排放的变化趋势比较一致,均呈现小幅上扬后随时间的推移而逐渐降低的趋势。在休闲期秸秆还田对土壤N2O的排放有促进作用,免耕条件下相对于其他三种耕作方式排放较少的N2O。休闲期不同耕作措施下的豌豆地N2O的排放相对高于小麦地。 2.在P→W序列下0～30cm土层中,总有机碳含量排序为NT＜NTS＜T＜TS,土壤全氮含量排序为TS＜T＜NT＜NTS;在W→P序列下,在0～30cm土层中,总有机碳含量排序为T＜TS＜NT＜NTS,土壤全氮含量排序为TS＜T＜NT＜NTS。即秆还田土壤增加了对土壤碳的截留,土壤碳的损失相对于无秸秆少;免耕秸秆还田土壤增加了对土壤氮的截留,土壤氮的损失相对于无秸秆覆盖和常规耕作少。 3.温度是影响土壤CO2和N2O排放的主要环境因素之一。两种轮作序列不同耕作方式下CO2和N2O排放通量与地温不同层次均成正相关关系。无论是小麦休闲地还是豌豆休闲地的CO2和N2O排放通量与地表温度、5cm地温之间呈极显著正相关关系。无论是小麦休闲地还是豌豆休闲地不同耕作措施下的CO2和N2O排放通量与不同层次土壤含水量均成负相关关系,但相关性不显著。 4.CO2排放通量与土壤有机碳含量和碳氮比成极显著正相关,与土壤全氮显著正相关;与土壤容重显著负相关。N2O排放通量与土壤有机碳含量、碳氮比、土壤全氮成极显著正相关;与铵态氮和容重呈显著负相关。 5.休闲期小麦地和豌豆地的温室总效应均表现为TS＞T＞NTS＞NT。免耕与秸秆覆盖相结合的NTS处理与T处理相比仍然表现为降低温室效应。休闲期小麦地各种处理的温室效应相应大于豌豆地。从两种温室气体相对效应看,N2O和CO2都是正效应,即增加大气的温室效应。各处理的温室效应主要表现为CO2的效应。 6.休闲期两种轮作方式下NT处理下的总温室效应均小于其他三种耕作方式,方差分析显示,NT处理与NTS处理的总温室效应差异不显著。免耕措施有利于温室气体总量的减排,具有较好的环境效益。两种轮作方式下NTS处理的单位产量总效应均小于其他耕作方式,不同耕作方式下的单位产量总效应差异显著。今后的农业应该致力于环境效益与生产效益的双赢发展,在黄土高原西部旱农区实施免耕秸秆覆盖的保护性农业措施有利于温室气体的减排,同时可以促进农田生态系统的良性循环,持续提高土壤肥力。