温度升高对免耕农田作物生产力和土壤碳截存的影响

免耕农田被认为在具备生产功能的同时还有较强的碳截存（Carbon sequestration）潜力。免耕农田土壤碳截存主要富集于地表，易受到环境变化的影响。未来温度升高很可能削弱甚至逆转它的碳截存作用。为做出准确预测，本项目拟设置FATI（Free Air Temperature Increase）增温试验，以中科院禹城试验站冬小麦-夏玉米长期免耕试验农田（始于2003年）为对象，设置免耕-增温、免耕-常温、普耕-增温、普耕-常温4个处理，重点研究作物产量、光合性能、土壤有机碳、土壤呼吸的响应特征，解析免耕和增温对作物产量和土壤碳截获的调控机理，并探讨作物生产与土壤碳截存的互动机制。本项目将填补免耕农田增温试验研究空白，增强全球变暖与农田生态系统关系认识，为相关模型提供参数和验证支持，推动华北地区长期免耕试验研究，为我国农业发展和应对全球变化决策提供科学依据。

为研究气候变暖对农田生产力和免耕农田碳截存能力的影响，本项目以自由大气增温（FATI）方法对位于山东禹城的冬小麦夏玉米普耕农田和免耕农田进行温度升高试验研究。试验设置普耕不增温、普耕增温、免耕不增温和免耕增温四个处理。冬小麦生长季平均升温1.2℃，夏玉米生长季0.8℃。.经过2011～2013年3年试验，发现温度升高对作物生长发育和产量的影响是：1）温度升高对普耕冬小麦产量没有明显影响；2）温度升高显著提高了免耕冬小麦产量11.6%～12.1%，其主要原因是温度升高提高了免耕冬小麦冬前有效分蘖数，进而提高了穗密度约15.1%～15.2%；3）温度升高对能显著缩短冬小麦生育期，提前7～8天收获，其中主要是缩短了营养生长阶段（6～7天）；4）温度升高对普耕和免耕条件下常规播种日期播种的夏玉米的生长发育和产量没有明显影响，但在冬小麦提前7～8天收获后及时播种夏玉米会提高产量8.2%～10.1%。.研究发现免耕对农田碳截存的影响是：1）免耕农田比普耕农田土壤呼吸速率减弱4.6%～5.3%；2）免耕农田表层0～5cm土壤有机碳（SOC）储量比普耕农田提高了12.9%，但是5～60cm和0～60cm土层没有显著差异。.研究发现温度升高对农田碳截存的影响是：1）温度升高第1年，免耕和普耕农田土壤0~5cm土层SOC截存显著降低，分别减小了22.7%和15.5%（1.88和1.15 Mg ha-1），在第2～3年没有明显变化；2）在3年试验中，各处理5~60cm和0～60cm土层SOC截存量没有明显变化。