秸稈周年投入與施肥對小麥

1、秸稈周年投入與施肥對小麥玉米輪作溫室氣體排放效應(yīng)及農(nóng)田生產(chǎn)力的影響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。針對這一現(xiàn)狀,本研究基于小麥-玉米輪作的長期定位試驗，設(shè)置3個秸稈投入水平（NS:無秸稈投入；HS:半量秸稈投入；S:全量秸稈投入）和3個施肥水平（NF:不施肥；F0.8:減

2、量20%缶肥;F:常規(guī)施肥），共計9個試驗處理（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、土壤有機碳庫特征、土壤溫室氣體排放特征對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、溫室氣體源匯機制的影響,而為實現(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

3、量均相差不大。F0.8處理較NF處理顯著增產(chǎn)26334.8%（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（PEPN、氮肥農(nóng)學(xué)利用效率（AEN）和氮肥利用率（NUE）;秸稈投入也顯著提高了

4、小麥和玉米PEPN/sub和AENNUEF0.8處理WU較NF處理顯著提高22.3-39.5%（小麥、1616.3-24.7%（玉米）；S處理作物播種和收獲期間的土壤儲水量顯著高于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土壤SOC儲量有顯著的影響,F0.8處理較NF處理顯著提高4.9-16.2%;S處理

5、較NS處理顯著提高13.3%。施肥對于不同土層深度下的可溶性有機碳（DOC,易氧化有機碳（LOC以及顆粒有機碳（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,LO和PO（含量以及不同組分占總有機碳的比重。此外，以NS+NF處理作為參考農(nóng)田土壤，F(xiàn)0.8處理與F處理均顯著提高了有機碳庫管理指數(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C02/sub：和N20的源，以及N20的作物生育期累計排放量，其中F0.8處理C02/sub累計

6、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）；N20累計排放量相比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CO2累計排放量相比NS處理顯著提高3.6-5.7%（小麥）和1.5-3.9%（玉米）；N2O累計排放量相比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+NI處理顯著降低小麥和玉米CH4/sub累計吸收量5.1-8.1%和5.1-16.2%。（4）土壤水熱因子、土壤有機碳活性組分、碳循環(huán)相關(guān)酶與土壤CO2/sub排放之間均存在相關(guān)性。土壤溫度的變化

7、對于土壤CO2/sub才非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于土壤CO2/sub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于土壤CO2/sub：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CO2/sub排放的溫度敏感性Q10/subA別為1.84-2.44和1.88-2.10,其中Q10ft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CO2/sub排放與土壤微生物量碳（M

8、BC含量、B-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）（GWPNPP/sub和溫室氣體排放增溫潛勢（GWPGHGSv/subafe施肥條件下，小麥-玉米輪作GWPNPP/suMGWPGHGS/su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（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-玉米輪作么GW和溫室氣體排放強度（GHG）,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1228-1731kgCO2v/sub/hm2v/sup,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