黄土高原旱作农田耕种过程碳氮排放机理及调控

农业管理措施的不合理及日益恶化的土地沙化和沙尘暴问题是造成我国碳库失衡、温室气体排放增加的主要原因之一。黄土高原是中国农业的发祥地、旱地农业的中心地带，也是我国重要的粮食生产基地之一。但由于特殊的气候、土壤及地形等条件，加之耕地的不合理开发利用、农田传统的耕作方式、不合理的施肥措施，该区域土壤有机碳含量较低，土壤退化、沙化较为严重，土地生产力严重下降，区域粮食安全和环境压力愈益明显，迫切需要推行以固碳减排为主的农田耕种管理模式。本项目立足于黄土高原农田生产实际及国家需求，系统研究旱作农田土壤耕作、覆盖、施氮措施等关键耕种作业环节下土壤固碳减排机理；构建黄土高原旱作农田土壤碳氮排放调控技术体系，以期为区域农业固碳长效机制、温室气体减排及黄土高原高产稳产旱作农田土壤碳氮调控管理提供理论依据与技术支撑。

本项目立足于黄土高原旱作农区，以小麦和玉米为研究对象，系统研究了耕作、秸秆覆盖、氮肥等耕种过程对黄土高原旱作农田碳排放和农作物生长的影响及其机理，拟为构建黄土高原旱作农田土壤碳排放调控技术体系及黄土高原高产稳产旱作农田土壤碳调控管理提供理论依据与技术支撑。主要研究结果表明，（1）对于旱作玉米田，土壤CO2排放量不同耕作处理间表现为深松耕（DT）＞翻耕（PT）＞旋耕（RT）＞免耕（NT）。0～320 kg/hm2施氮量范围内，土壤呼吸速率随施氮量的增加而增加，土壤呼吸总量（Sr）与施氮量(n)满足关系式Sr=1204.09/(1+e-1.69-0.02n)。耕作、施氮处理对旱作玉米田土壤CO2排放的影响与土壤温度、水分关系密切，土壤温度分别可以解释DT、NT、RT和PT处理土壤呼吸速率季节变化的48.10%～59.63%、13.31%～19.90%、23.30%～38.47%和50.72%～53.90%，土壤水分和土壤温度共同分别可以解释土壤呼吸季节变化的31.46%～76.83%（2010年）、21.26 %～57.61 %（2011年）。土壤水分和温度是不同施氮水平下旱作玉米田土壤呼吸的关键影响因素，两者可以解释玉米季土壤呼吸季节变化的79.63%～85.87%。除此之外，RT和DT处理促进玉米生长，籽粒产量较免耕分别高3.35%和1.91%。0～320 kg/hm2施氮量范围内，玉米籽粒产量随施氮量增加而提高，但240 kg/hm2（N3）和320 kg/hm2（N4）施氮水平下玉米籽粒产量差异不显著。（2）对于旱作麦田，耕作中最高的CO2排放量出现在旋耕，CO2排放量最低的为免耕。氮肥处理中，160kg N/kg的施氮水平CO2排放量最低。年度间CO2排放量也存在显著差异，2010-11年度小麦季CO2排放量显著高于2011-12年度。在2010-11年度，秸秆覆盖显著提高了CO2排放量，但是2011-12年度秸秆覆盖CO2排放量与不覆盖处理无显著差异。耕作、氮素、秸秆覆盖对旱作麦田CO2排放的影响与土壤水分、养分等密切相关。除此之外，不同的耕作措施显著影响小麦产量，免耕和深松耕小麦籽粒产量显著高于翻耕。秸秆覆盖处理对小麦产量无显著影响。各施氮处理小麦产量均显著高于无氮对照，但各个施氮处理间小麦产量无显著差异。