【摘要】：溫室氣體排放加劇是誘發(fā)全球氣候變化的主要因素,而農(nóng)業(yè)活動(dòng)是人為溫室氣體排放的重要來源。小麥-玉米輪作模式作為我國北方重要的栽培種植制度,每年收獲數(shù)量可觀的作物秸稈,秸稈的有效利用是實(shí)現(xiàn)該模式增產(chǎn)增效與固碳減排協(xié)同發(fā)展的有效途徑之一。關(guān)中地區(qū)是我國西北地區(qū)重要的糧食主產(chǎn)區(qū),該地區(qū)小麥-玉米輪作存在秸稈利用率低、施肥不當(dāng)?shù)葐栴},嚴(yán)重制約了該地區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。針對(duì)這一現(xiàn)狀,本研究基于小麥-玉米輪作的長(zhǎng)期定位試驗(yàn),設(shè)置3個(gè)秸稈投入水平(NS:無秸稈投入;HS:半量秸稈投入;S:全量秸稈投入)和3個(gè)施肥水平(NF:不施肥;F0.8:減量20%施肥;F:常規(guī)施肥),共計(jì)9個(gè)試驗(yàn)處理(NS+NF;NS+F0.8;NS+F;HS+NF;HS+F0.8;HS+F;S+NF;S+F0.8;S+F),在2015-2018年期間,系統(tǒng)探究了農(nóng)田生產(chǎn)力、土壤有機(jī)碳庫特征、土壤溫室氣體排放特征對(duì)不同秸稈投入和施肥水平的響應(yīng),并分析不同秸稈投入和施肥組合方式的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放效應(yīng),以明確秸稈投入對(duì)于關(guān)中地區(qū)小麥-玉米輪作模式糧食生產(chǎn)、土壤固碳、溫室氣體源匯機(jī)制的影響,而為實(shí)現(xiàn)該區(qū)域農(nóng)業(yè)的綠色生產(chǎn)和發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)提供理論與實(shí)踐依據(jù)。所得結(jié)果具體如下:(1)秸稈投入和施肥均提高了小麥及玉米的農(nóng)田生產(chǎn)力,且F0.8處理和F處理間作物產(chǎn)量和生物量均相差不大。F0.8處理較NF處理顯著增產(chǎn)26.3-34.8%(小麥)和15.3-25.0%(玉米);F0.8處理地上部生物量較NF處理顯著提高27.2-46.9%(小麥)和26.1-44.8%(玉米),地下部生物量較NF處理顯著提高16.5-26.3%(小麥)和40.6-69.5%(玉米)。在施肥條件下,相比NS處理,S處理顯著增產(chǎn)6.6-12.7%(小麥)和2.2-5.1%(玉米),并顯著提高作物地上部生物量3.8-12.7%(小麥)和5.1-9.3%(玉米)。F0.8處理較F處理顯著提高小麥和玉米氮肥偏生產(chǎn)力(PEP_N)、氮肥農(nóng)學(xué)利用效率(AE_N)和氮肥利用率(NUE);秸稈投入也顯著提高了小麥和玉米PEP_N和AE_N、NUE。F0.8處理WUE較NF處理顯著提高22.3-39.5%(小麥)和16.3-24.7%(玉米);S處理作物播種和收獲期間的土壤儲(chǔ)水量顯著高于NS處理,作為結(jié)果,S處理WUE較NS處理顯著提高3.2-14.9%(小麥)和0.1-11.7%(玉米)。(2)秸稈投入配合施肥主要影響淺層土壤的SOC含量。在0-40cm土層深度范圍內(nèi),F0.8處理相比NF處理顯著提高7.5-42.3%;在0-20cm土層深度范圍內(nèi),S處理較NS處理顯著提高3.1-10.3%。秸稈投入配合施肥同樣對(duì)土壤SOC儲(chǔ)量有顯著的影響,F0.8處理較NF處理顯著提高4.9-16.2%;S處理較NS處理顯著提高13.3%。施肥對(duì)于不同土層深度下的可溶性有機(jī)碳(DOC),易氧化有機(jī)碳(LOC)以及顆粒有機(jī)碳(POC)的含量有顯著促進(jìn)作用;在施肥條件下,S處理相比NS處理顯著提高了不同土層深度下的DOC,LOC和POC含量以及不同組分占總有機(jī)碳的比重。此外,以NS+NF處理作為參考農(nóng)田土壤,F0.8處理與F處理均顯著提高了有機(jī)碳庫管理指數(shù)(CPMI),且S處理在施肥條件下也同樣顯著提高了土壤CPMI。(3)農(nóng)田溫室氣體排放存在明顯的季節(jié)性特征,表現(xiàn)為冬季最低,夏季最高。關(guān)中地區(qū)小麥-玉米輪作模式表現(xiàn)為CO_2和N_2O的源,以及CH_4的匯。秸稈投入和施肥均提高了CO_2和N_2O的作物生育期累計(jì)排放量,其中F0.8處理CO_2累計(jì)排放量相比NF處理顯著提高2.9-10.0%(小麥)和3.5-6.0%(玉米);N_2O累計(jì)排放量相比NF處理顯著提高50.5-67.3%(小麥)和78.7-93.6%(玉米)。在施肥條件下,S處理CO_2累計(jì)排放量相比NS處理顯著提高3.6-5.7%(小麥)和1.5-3.9%(玉米);N_2O累計(jì)排放量相比NS處理顯著提高14.7-27.8%(小麥)和8.7-27.4%(玉米)。此外,S+F處理相比NS+NF處理顯著降低小麥和玉米CH_4累計(jì)吸收量5.1-8.1%和5.1-16.2%。(4)土壤水熱因子、土壤有機(jī)碳活性組分、碳循環(huán)相關(guān)酶與土壤CO_2排放之間均存在相關(guān)性。土壤溫度的變化對(duì)于土壤CO_2排放的影響可以通過指數(shù)函數(shù)描述,解釋率為76.4-81.6%(小麥)和66.1-73.4%(玉米),小麥土壤含水量的變化對(duì)于土壤CO_2排放的影響可以通過二次函數(shù)描述,解釋率為14.6-41.4%;玉米土壤含水量的變化對(duì)于土壤CO_2排放的影響可以通過線性函數(shù)描述,解釋率為10.5-22.1%。小麥和玉米生育期土壤CO_2排放的溫度敏感性Q_(10)分別為1.84-2.44和1.88-2.10,其中Q_(10)在小麥生育期內(nèi)隨秸稈投入量的提高而降低,但在玉米生育期內(nèi)隨秸稈投入量的提高而增高。小麥和玉米生育期內(nèi),土壤CO_2排放與土壤微生物量碳(MBC)含量、β-葡萄糖苷酶活性、纖維素酶活性和蔗糖酶活性均存在顯著或極顯著正相關(guān)。(5)全量秸稈投入和施肥均顯著提高了小麥-玉米輪作凈初級(jí)生產(chǎn)力增溫潛勢(shì)(GWP_(NPP))和溫室氣體排放增溫潛勢(shì)(GWP_(GHGS))。在施肥條件下,小麥-玉米輪作GWP_(NPP)高于GWP_(GHGS),說明系統(tǒng)“固碳”能力高于系統(tǒng)“耗碳”能力。在施肥條件下,小麥-玉米輪作的綜合增溫潛勢(shì)(△GWP)為正,說明該種植模式是溫室氣體的“匯”,秸稈投入和施肥均提高了小麥-玉米輪作△GWP和溫室氣體排放強(qiáng)度(GHGI),其中,在減量施肥條件下,全量秸稈投入處理相比無秸稈投入處理顯著降低了溫室氣體凈排放量1228-1731kgCO_2/hm~2,而不同處理間△GWP的差異顯示,S+F0.8處理較NS+F處理顯著降低了溫室氣體凈排放量898-1535kgCO_2/hm~2。綜上所述,在現(xiàn)階段的關(guān)中地區(qū)小麥-玉米輪作模式生產(chǎn)過程中,推行作物秸稈全量周年投入配合減量施肥20%,能夠在有效提高農(nóng)田生產(chǎn)力,促進(jìn)土壤有機(jī)碳的積累的同時(shí),減緩農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的溫室氣體排放效應(yīng)。
【圖文】：

技術(shù)路線

圖 2-1 試驗(yàn)區(qū)氣溫與降雨量變化Fig 2-1 Changes of monthly air temperature and monthly precipitation in research area2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)2.2.1 試驗(yàn)處理設(shè)置
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S513;S512.1;S181

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2694274