耕作措施对南方双季稻田碳、氮效应的影响

土壤耕作作为一项重要的农艺措施,对土壤有机碳与氮素周转、作物生产中温室气体和活性氮排放都有重要的影响。因此,了解耕作措施对双季稻区土壤固碳和氮素动态、以及环境压力的影响,对双季稻生产的可持续发展具有重要的理论和现实意义。本研究主要分析了耕作措施对土壤有机碳库与氮库变化及其对作物生产的影响,并评价了各耕作措施下双季稻的碳足迹和氮足迹,以期提出双季稻生产碳氮管理对策。本试验于2005年设置,包括免耕秸秆还田(NT)、旋耕秸秆还田(RT)、翻耕秸秆还田(PT)和翻耕秸秆不还田(PT0)4个处理。本文主要基于2013-2014年期间试验数据进行分析,主要结果如下： (1)除NT处理外,各处理土壤矿物结合态有机碳和全氮含量在0-20cm变化幅度均较小,土壤有机碳与全氮及其他各组分有机碳和全氮含量均随土壤的加深而递减；秸秆还田条件下,随着耕作强度的增强,各指标其层化率基本上呈逐渐降低的趋势。 (2)秸秆还田条件下,0-5cm土层有机碳含量随耕作强度的增强而显著降低：早稻收获时,各处理0-5cm土层全氮含量变化类似,晚稻收获时NT处理显著高于RT和PT处理。5-10和10-20cm层次NT处理土壤有机碳和全氮含量均低于RT和PT处理。不同耕作处理间20-30cm土层有机碳和全氮含量年际间表现不同,且耕作措施对30-50cm土层有机碳和全氮含量影响较小。 (3)表层(0-5cm)土壤重组和轻组、颗粒和矿物结合态有机碳和全氮含量均随耕作强度的增强呈降低趋势；其中,各指标NT处理均显著高于PT处理；但NT处理5-20cm各组分有机碳和全氮含量基本上低于PT处理,部分组分达到显著差异；耕作措施对>20cm土层各组分有机碳和全氮含量影响较小。 (4)除轻组碳氮比外,耕作措施对各土层总碳氮比和各组分碳氮比及其层化率影响不大。秸秆还田条件下,早稻收获时耕作措施对0-50cm剖面土壤有机碳和氮储量影响不大,晚稻收获时年际间表现不同。与PT0相比,PT处理显著增加了早稻收获时0-30cm和晚稻收获时0-20cm各土层有机碳储量,并显著增加了20-30cm土层全氮储量。0-50cm剖面土壤有机碳储量每增加1Mghm-2,水稻增产23.2kg hm-2。 (5)秸秆还田条件下,各处理双季稻生产中由农资投入造成的潜在温室气体和活性氮排放均表现为NT<RT<PT,其周年排放分别介于3978.3-4271.9kg CO2-eq hm-21149.2-1435.7ghN-eq hm-2之间,NT和RT较PT处理潜在温室气体排放分别减少7.4%和3.4%,活性氮排放减少24.9%和10.0%。肥料施用是潜在温室气体排放的最大贡献者,收获、灌溉及耕作等机械耗能则是潜在活性氮排放最主要的贡献者。 (6)不考虑土壤有机碳变化时,NT、RT、PT和PT0处理周年双季稻的碳足迹分别为1.53、1.95、1.59和1.37kg CO2-eq kg,其中秸秆还田条件下早稻碳足迹低于晚稻。稻田CH4排放是水稻碳足迹的最大组成,肥料施用次之。若考虑土壤有机碳,双季稻的碳足迹约降低35.9-50.3%。NT、 RT、 PT和PT0处理双季稻的氮足迹分别为5.70、4.67、4.94和5.17g N-eq kg-1,稻田NH3挥发损失是双季稻氮足迹的主要构成部分。