长期施氮下旱作小麦土壤呼吸特征及影响因子分析

【作者】 宗毓铮； 上官周平； 郝兴宇； 高志强；

【机构】 山西农业大学农学院； 中国科学院水利部水土保持研究所；

【摘要】 【研究背景】近年来全球大气CO₂浓度持续升高,土壤碳排放是大气CO₂的主要来源之一,其强弱变化显著影响大气CO₂浓度。农田土壤碳库是唯一受人为干扰强烈,且可以在短时间尺度上通过改变管理措施调节的土壤碳库。黄土高原旱作农田处于多变低水环境且生产力较低,粮食生产长期依赖氮肥,持续施氮下土壤呼吸的变异特征及机制尚不十分明确。【研究方法】本研究选用抗旱型品种长旱58与水分敏感型品种郑麦9023为材料,于2004年10月至2013年10月在陕西杨凌进行长期定位施氮,氮肥施用梯度分别为0 kg ha^-1（对照）、180 kg ha^-1（中氮）、360 kg ha^-1（高氮）,采用LI-8150开路式多通道土壤碳通量自动测量系统对201 3年小麦5个生育期土壤呼吸速率进行测量,并同时收集气象数据。【研究结果】（1）2012²013年小麦生长季内降水202.3 mm,中氮较对照与高氮处理均显著提高了小麦籽粒产量。中氮条件下,长旱58产量为6639.17 kg ha^-1,郑麦9023产量为7251.70 kg ha^-1,长旱58产量显著低于郑麦9023。（2）在季节尺度上,土壤呼吸速率与叶面积指数、表层土壤温度二因子的相关性显著高于各单因子,且与表层土壤含水量无显著相关。中氮条件下长旱58生长季土壤总碳排放量为4709.55 kg ha^-1,郑麦9023为4497.98 kg ha^-1,长旱58较郑麦9023显著提高4.7%,且都显著高于对照。高氮处理土壤碳排放量较中氮没有显著增加。（3）在同一天内,中氮处理可提高两个小麦品种土壤呼吸日进程的峰值。其中,长旱58土壤呼吸日进程与光合有效辐射正相关,施氮可通过提高其相关性促进土壤呼吸,但土壤呼吸的温度敏感性(Q₁₀)较弱,且持续施氮显著降低Q₁₀。不同施氮条件下,郑麦9023的Q₁₀均显著高于长旱58,其土壤呼吸的日进程峰值滞后于长旱58约1.4 h,中氮处理可较对照延长滞后时间,并通过提高Q₁₀增强土壤呼吸速率。【研究结论】抗旱型小麦品种长旱58的土壤呼吸日变化主要受光合有效辐射控制,水分敏感型品种郑麦9023的土壤呼吸日变化主要受土壤温度与光合有效辐射共同控制,两小麦品种的土壤总碳排放量均受叶面积指数与土壤温度共同控制,长期适量施氮通过提高叶面积指数与土壤温度促进该系统土壤碳排放量。更多还原