霍 龍， 逄煥成， 盧 闖， 趙永敢， 李玉義

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081)

地膜覆蓋結(jié)合秸稈深埋條件下鹽漬土壤呼吸及其影響因素

霍 龍， 逄煥成， 盧 闖， 趙永敢， 李玉義*

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081)

【目的】研究土壤呼吸排放特征及其影響因素是評(píng)價(jià)土壤碳平衡的基礎(chǔ)。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)在地表下35～40 cm處埋設(shè)作物秸稈隔層結(jié)合地表地膜覆蓋，具有明顯的耕層控抑鹽效果。但由于秸稈隔層結(jié)合地膜覆蓋調(diào)控土壤微環(huán)境，可能影響土壤CO2的排放。然而，相關(guān)研究特別是基于野外試驗(yàn)的研究還比較缺乏，不利于正確評(píng)價(jià)該技術(shù)措施的綜合效應(yīng)。為此本研究擬通過相關(guān)試驗(yàn)揭示不同耕作方式對(duì)河套灌區(qū)鹽漬化土壤呼吸的影響?！痉椒ā勘疚囊晕挥诤犹坠鄥^(qū)實(shí)施秸稈深埋三年后的典型鹽堿地農(nóng)田為研究對(duì)象，觀測(cè)研究地膜覆蓋結(jié)合秸稈深埋條件下鹽漬化土壤呼吸及溫度、水分、鹽分、有機(jī)質(zhì)等影響因素的動(dòng)態(tài)變化。該研究主要分析翻耕(CK)、翻耕結(jié)合地膜覆蓋(PM)、上蓋地膜下埋秸稈(PM+SL)和秸稈深埋(SL)4 種耕作措施下鹽漬化土壤呼吸速率的動(dòng)態(tài)變化及其與影響因素的關(guān)系?！窘Y(jié)果】 1)4 種耕作方式的土壤呼吸速率在食葵全生育期內(nèi)均呈降低趨勢(shì)，PM+SL處理在整個(gè)生育期內(nèi)土壤呼吸速率最高，PM次之，SL處理呼吸速率僅在蕾期較CK略高，其余時(shí)期與CK基本持平，在盛花期、成熟期10: 00和15: 00兩個(gè)關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)各處理間土壤呼吸值同樣表現(xiàn)為: PM+SL>PM>SL>CK；各耕作方式0—40 cm土壤溫度變化趨勢(shì)保持一致，僅在收獲期出現(xiàn)差異；PM+SL處理0—40 cm土壤含水量在所有處理中均為最低值，但其在控鹽和增加有機(jī)質(zhì)上明顯優(yōu)于其它處理；2)土壤呼吸速率與0—40 cm土壤溫度呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，與0—40 cm土壤水分、鹽分、有機(jī)質(zhì)含量無相關(guān)性。擬合方程顯示鹽漬化土壤呼吸受土壤溫度、水分、鹽分的綜合效應(yīng)影響?！窘Y(jié)論】干旱區(qū)域鹽漬化土壤的呼吸速率受土壤溫度、水分、鹽分等因素的綜合影響，在該區(qū)域通過上蓋地膜下埋秸稈等相應(yīng)措施起到保溫抑鹽效果的同時(shí)，可增強(qiáng)食葵根系生長(zhǎng)以及微生物的代謝活動(dòng)。

秸稈深埋； 地膜覆蓋； 土壤呼吸； 食葵； 鹽漬土

內(nèi)蒙古河套灌區(qū)是我國(guó)鹽漬土面積較大的區(qū)域之一，全灌區(qū)鹽堿耕地面積約為39.4萬公頃，占總耕地面積68.65%[10]，開發(fā)潛力較大。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，在地表下35～40 cm處埋設(shè)作物秸稈隔層結(jié)合地表地膜覆蓋，具有明顯的耕層控抑鹽效果，并顯著促進(jìn)了作物生長(zhǎng)，提高了作物產(chǎn)量[11-12]。目前該技術(shù)措施在當(dāng)?shù)氐玫搅藦V泛認(rèn)可，對(duì)于進(jìn)一步改良鹽堿地具有重要意義。但秸稈隔層結(jié)合地膜覆蓋由于調(diào)控土壤微環(huán)境影響微生物活性，進(jìn)而可能影響土壤CO2的排放。然而，相關(guān)這方面研究特別是基于野外試驗(yàn)的研究還比較缺乏，不利于正確評(píng)價(jià)該技術(shù)措施的綜合效應(yīng)。本文將以位于河套灌區(qū)實(shí)施秸稈深埋3年后的典型鹽堿地農(nóng)田為研究對(duì)象，研究地膜覆蓋結(jié)合秸稈深埋條件下鹽漬化土壤的呼吸及其影響因素，為該區(qū)域制定科學(xué)有效的鹽漬化土壤改良與碳調(diào)控管理措施提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

于2013年5～9月，試驗(yàn)在內(nèi)蒙古五原縣新公中鎮(zhèn)永聯(lián)村義長(zhǎng)灌域管理局試驗(yàn)站進(jìn)行(41.07°N、108.00°E，海拔1022 m)。該地屬于中溫帶季風(fēng)氣候，全年日照時(shí)數(shù)3263 h，年均溫6.1℃，≥10℃的積溫3362.5℃，無霜期117～136 d。年蒸發(fā)量較大，蒸降比較高，冬春季土壤鹽分表聚現(xiàn)象嚴(yán)重。試驗(yàn)區(qū)0—100 cm層土壤為粉砂壤土，按鹽土分類為氯化物-硫酸鹽土，平均容重為1.45～1.50 g/cm3，生育期內(nèi)地下水埋深變幅為1.10～1.70 m。2013年試驗(yàn)區(qū)總降水量為103.8 mm，食葵生育期內(nèi)總降水量為61.8 mm，約占全年降水量的59.54%。試驗(yàn)區(qū)域0—40 cm土壤理化性狀詳見表1。

表1 試驗(yàn)區(qū)域土壤理化性狀

Table 1 Basic physico-chemical properties of the experimental soil

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在田間微區(qū)進(jìn)行，微區(qū)面積為3.24 m2(1.8 m×1.8 m)，隨機(jī)區(qū)組排列。微區(qū)于2010年10月修建，先將各微區(qū)四周開槽深挖至1 m，用雙層塑料布阻隔，使微區(qū)間互不影響，中間再用土填實(shí)空隙。每個(gè)微區(qū)上部四周用40 cm×60 cm混凝土預(yù)制板圍砌(外露20 cm、下埋40 cm)，然后將露出部分用水泥硬化。微區(qū)內(nèi)土壤沒有擾動(dòng)，40—100 cm土層鹽分相對(duì)一致，為保證微區(qū)表層土壤鹽分基本一致，將各微區(qū)0—20 cm土層鹽分通過人工方法均調(diào)到0.4%。具體方法如下: 2010年秋澆前，每個(gè)微區(qū)均取0—20 cm土層8個(gè)點(diǎn)土樣混合，并測(cè)定其鹽分值作為微區(qū)土壤鹽分基礎(chǔ)值，然后根據(jù)0—20 cm土層鹽分基礎(chǔ)值和目標(biāo)值(0.4%)，添加鹽結(jié)皮(結(jié)皮鹽分類型和含量經(jīng)混勻后完全一致)，所加鹽全部均勻撒在地表并用耙擋平。

試驗(yàn)設(shè)翻耕(CK)、翻耕結(jié)合地表覆蓋地膜(PM)、地表覆蓋地膜結(jié)合秸稈深埋(簡(jiǎn)稱上膜下秸，PM+SL)和秸稈深埋(SL)4個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次。由于食葵根系生長(zhǎng)主要分布在40 cm以上土層，為不影響到土壤耕作作業(yè)，PM+SL和SL處理均在距地表40 cm深處埋設(shè)秸稈層，CK和PM處理不埋設(shè)秸稈層。秸稈埋設(shè)前先將微區(qū)土壤用鐵鍬按0—20 cm和20—40 cm層次取出，然后把約10 cm長(zhǎng)的玉米秸稈均勻鋪設(shè)在地下，鋪設(shè)厚度5 cm(壓實(shí)前厚度)，合1.2 kg/m2，最后將土壤按原層次回填。試驗(yàn)布置完畢，立即進(jìn)行秋澆壓鹽，每個(gè)微區(qū)灌溉定額均為0.60 m3(合1850 m3/hm2)，用黃河水(礦化度為0.58 g/L)灌溉，用水表計(jì)量。2011～2013年連續(xù)三年種植作物，供試作物均為食葵(HelianthusAnnuus)，品種為L(zhǎng)D5009。期間PM+SL和SL處理均沒有進(jìn)行秸稈深埋。

2013年5月18日對(duì)微區(qū)進(jìn)行春季定額灌溉，灌水量為1850 m3/hm2，水源為黃河水。播前2 d進(jìn)行人工耕翻，深度約20 cm。耕翻后松土施肥，所施肥料為尿素(含N 46%)、磷酸二銨(含N 18%、P2O546%)、硫酸鉀(含K2O 50%)，用量分別為N 180 kg/hm2、P2O5120 kg/hm2、K2O 75 kg/hm2，均作為底肥一次性條施，用松土將肥料蓋住。此后進(jìn)行地表覆蓋，其中，CK和SL處理地表不覆蓋，PM和PM+SL處理地表用地膜分兩行覆蓋，膜間距20 cm，膜間地表裸露。6月3日播種，人工點(diǎn)播，每微區(qū)4行，每行3株，穴距45 cm，行距60 cm，種植密度約37000株/hm2。食葵生育期內(nèi)不再進(jìn)行灌水和施肥，其它管理措施與當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶一致。

1.3 測(cè)定內(nèi)容與方法

1.3.1 土壤呼吸速率的測(cè)定 土壤呼吸速率的測(cè)定方法為動(dòng)態(tài)密閉氣室法，測(cè)定儀器為L(zhǎng)i-6400(LI-COR，Lincoln，NE，USA)。播種后在每個(gè)微區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取1個(gè)樣點(diǎn)，共設(shè)置12個(gè)土壤呼吸速率圈(直徑10 cm、高8 cm，嵌入土壤中約5 cm)，其中地表覆膜處理呼吸速率圈放置在棵間鋪設(shè)地膜處。測(cè)定前，將呼吸圈內(nèi)的雜草等雜物清除，經(jīng)過24 h平衡后開始測(cè)定，每次每點(diǎn)測(cè)定讀數(shù)10次。2013年7月至9月，在食葵蕾期(8月4日)、盛花期(8月16日)、成熟期(9月1日)和收獲期(9月16日)進(jìn)行土壤呼吸速率測(cè)定，測(cè)定時(shí)間均為上午9: 00～11: 00。

1.3.2 影響因素的測(cè)定 土壤呼吸速率測(cè)定的同時(shí)，用自制不銹鋼土鉆在各微區(qū)兩行食葵之間取0—40 cm土樣(有地膜覆蓋的處理在膜下取樣),分5層，0—10 cm分為0—5、 5—10 cm兩層，其余每10 cm一層，帶回實(shí)驗(yàn)室用烘干法進(jìn)行土壤水分含量測(cè)定，為質(zhì)量含水量；土樣烘干后磨碎，過2 mm篩，以1 ∶5的土水比提取土壤溶液上清液，用電導(dǎo)率儀(DDS-307)測(cè)定土壤電導(dǎo)率，根據(jù)公式[13]計(jì)算出土壤鹽分含量:

土壤鹽分含量(g/kg)=電導(dǎo)率×0.064×5×10/1000。

使用溫度數(shù)據(jù)記錄儀(ZDR-41，杭州澤大儀器)自動(dòng)記錄食葵生育期內(nèi)0—40 cm土層溫度，播種前埋入相應(yīng)土層，每小時(shí)記錄一次實(shí)時(shí)溫度。

分別于蕾期、盛花期、成熟期和收獲期等關(guān)鍵生育時(shí)期土壤呼吸測(cè)定后，取0—40 cm 層土壤樣品，每10 cm一層，帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干，粉碎過篩后，分別采用重鉻酸鉀容量法[14]測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均用Excel作圖，DPS v6.85版進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，單因素方差分析采用LSD法，SPSS 18版進(jìn)行線性逐步回歸方程構(gòu)建。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作方式下鹽漬化土壤呼吸的變化特征

2.1.1 生育期變化特征 由圖1可知，食葵生育期內(nèi)各處理土壤呼吸速率變化范圍為4.11～18.64 μmol/(m2·s)，隨著生育期的延續(xù)，各處理的土壤呼吸速率值均呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)，最大值出現(xiàn)在蕾期，最小值出現(xiàn)在收獲期。其中，在食葵蕾期(8月4日)、盛花期(8月16日)和成熟期(9月1日)，PM+SL處理平均土壤呼吸速率均顯著高于其它三個(gè)處理；在收獲期(9月16日)，PM+SL處理土壤呼吸值也顯著高于SL和CK處理，但與PM處理間沒有顯著差異。PM處理土壤呼吸速率僅在食葵盛花期與SL和CK處理有顯著差異。SL處理土壤呼吸速率在各時(shí)期與CK均沒有顯著差異。

在全生育期內(nèi)，PM+SL處理平均土壤呼吸速率較CK提高97.24%～113.85%，PM處理較CK增幅為37.90%～77.20%，而SL處理較CK增幅僅為2.01%～21.78%。

[注(Note): 方柱上不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)Different letters above the bars indicate a significant difference between the treatments(P<0.05).CK—翻耕對(duì)照Deep tillage without mulching; PM—地膜覆蓋 Plastic film mulching; PM+SL—上膜下秸 Buried straw layer at 40 cm depth plus plastic film mulching; SL—秸稈深埋 Buried straw layer at 40 cm depth without mulching.]

2.1.2 關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)變化特征 選擇食葵關(guān)鍵生育階段內(nèi)的盛花期和成熟期，進(jìn)行土壤呼吸關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)變化比較(圖2)，分析發(fā)現(xiàn)，在10: 00和15: 00 兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)各處理間土壤呼吸值的變化趨勢(shì)均保持一致，即表現(xiàn)為: PM+SL>PM>SL>CK，且15: 00的土壤呼吸值測(cè)量數(shù)據(jù)均高于10: 00。其中PM+SL、 PM兩處理兩個(gè)時(shí)期15: 00的土壤呼吸值較10: 00增幅達(dá)13.23%～22.91%，這是由于當(dāng)?shù)?5: 00氣溫高于10: 00，而地膜的覆蓋明顯更利于土壤積溫，進(jìn)而導(dǎo)致短時(shí)間內(nèi)土壤呼吸速率大幅度的提升；而SL、CK兩個(gè)處理在15: 00和10: 00兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的土壤呼吸值均沒有顯著差異。

2.2 影響土壤呼吸速率的因素分析

2.2.1 土壤溫度 由圖3A可知，在食葵蕾期、盛花期、成熟期各處理的0—40 cm平均土壤溫度變化范圍為23.03～18.62℃，呈下降趨勢(shì)，且各處理間沒有顯著差異。至收獲期，盡管氣溫繼續(xù)降低，但由于PM與PM+SL處理地表覆蓋地膜使土壤溫度較前期有所升高，其中PM處理土壤溫度達(dá)到19.90℃，但與PM+SL處理間沒有顯著差異，而與CK和SL處理之間差異顯著；CK與SL處理土壤溫度則繼續(xù)降低。

[注(Note): 方柱上不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)Different letters above the bars indicate a significant difference between the treatments(P<0.05).CK—翻耕對(duì)照 Deep tillage without mulching; PM—地膜覆蓋 Plastic film mulching; PM+SL—上膜下秸 Buried straw layer at 40 cm depth plus plastic film mulching; SL—秸稈深埋 Buried straw layer at 40 cm depth without mulching.]

2.2.2 土壤水分 由圖3B可知，食葵生育期內(nèi)各處理0—40 cm土壤含水率的變化范圍在16.72%～20.69%。其中，CK與SL處理僅在蕾期同時(shí)呈現(xiàn)最高的土壤含水率，略微上升后便開始下降，且CK的下降幅度更大；PM處理在盛花期開始呈現(xiàn)最高的含水率，直到收獲期依然最高；PM+SL處理由于秸稈隔層對(duì)毛管水的阻斷和根系的吸水，導(dǎo)致0—40 cm土壤含水率變化范圍為16.72%～18.25%，在各時(shí)期中均為最低值，較CK、PM和SL分別減少13.55%、17.05%和16.22%。

2.2.3 土壤鹽分 由圖3C可知，食葵生育期各處理0—40 cm土壤平均鹽分含量整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。全生育期CK處理0—40 cm鹽分平均含量最高，分別比PM、PM+SL、SL處理高57.31%、82.24%、19.41%；各生育期內(nèi)PM+SL處理鹽分含量變化范圍為1.67～3.15 g/kg，均為最低值，并在全生育期內(nèi)與CK、SL差異顯著；PM處理鹽分含量在蕾期、盛花期和成熟期與PM+SL處理差異不明顯，但收獲期顯著高于PM+SL處理；SL處理由于地表沒有覆蓋，除蕾期外，其他時(shí)期土壤鹽分值與CK之間沒有顯著差異。2.2.4 土壤有機(jī)質(zhì) 食葵生育期內(nèi)各處理0—40 cm土壤有機(jī)質(zhì)含量無顯著變化(圖3D)，而每個(gè)時(shí)期各處理間的有機(jī)質(zhì)含量排列趨勢(shì)均呈現(xiàn)為: PM+SL>SL>CK>PM。其中蕾期PM+SL有機(jī)質(zhì)含量較CK、PM和SL分別高出16.15%、33.31%和5.96%，收獲期較CK、PM和SL分別高出22.24%、34.99%和20.59%。在每個(gè)時(shí)期內(nèi)PM與PM+SL處理土壤有機(jī)質(zhì)含量差異顯著，而CK與SL差異不顯著，并且二者僅在盛花期和收獲期與PM+SL處理間差異達(dá)到顯著水平。

2.3 土壤呼吸速率與其影響因素的關(guān)系

表2表明，影響土壤呼吸速率的4個(gè)因素中，只有0—40 cm土壤平均溫度與土壤呼吸速率呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，而與土壤水分、鹽分、有機(jī)質(zhì)含量無相關(guān)性。土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤溫度、水分、鹽分均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中與土壤水分呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。

基于上述土壤呼吸速率與0—40 cm土壤溫度、水分、鹽分等因素的相關(guān)性分析，運(yùn)用多元線性回歸法，將不同處理土壤呼吸速率(Y)與土壤水分(X1)、土壤溫度(X2)、土壤有機(jī)質(zhì)(X3)、土壤鹽分(X4)進(jìn)行回歸分析，得出如下回歸方程(表3)。 多元線性回歸方程顯示，與土壤呼吸速率呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)的土壤溫度所構(gòu)建的一元線性方程只能解釋39.3%的相關(guān)數(shù)據(jù)，土壤溫度與土壤水分建立的二元線性方程，較單因子方程能更好解釋土壤呼吸速率的變化(R2=0.686)。在構(gòu)建方程中加入土壤鹽分指標(biāo)后，其回歸方程解釋能力更強(qiáng)，可解釋82.3%的土壤呼吸速率，代表性更強(qiáng)。

3 討論

3.1 土壤呼吸速率變化

從土壤呼吸生長(zhǎng)季變化和關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)變化來看，PM+SL處理土壤呼吸速率顯著高于CK、PM和SL處理，主要原因可能有兩方面: 一是試驗(yàn)田于2010年9月進(jìn)行過土壤耕翻并在PM+SL處理40 cm土層埋設(shè)秸稈層，本研究進(jìn)行時(shí)，秸稈層已埋設(shè)三年，基本完全腐爛于土壤中，增加了底物供給[15]，為土壤微生物提供了充足碳源，進(jìn)而使土壤呼吸速率發(fā)生變化；二是PM+SL處理由于地膜覆蓋和秸稈隔層的綜合作用改善了0—40 cm土層微生態(tài)環(huán)境，進(jìn)而促進(jìn)了作物根系生長(zhǎng)和微生物繁殖，從而產(chǎn)生較強(qiáng)的土壤呼吸速率。隨著生育期的延續(xù)，各處理的土壤呼吸速率均呈現(xiàn)走低趨勢(shì)，原因是隨著時(shí)間的延續(xù)土壤溫度出現(xiàn)下降，作物根系代謝活動(dòng)有所減弱。各處理中，PM處理的呼吸速率值在各時(shí)期內(nèi)排在第二位，均高于SL處理，另外PM+SL與PM處理的土壤呼吸速率均在10: 00和15: 00兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)上達(dá)到差異顯著水平，進(jìn)一步證明地膜覆蓋造成的土壤溫度升高等作用對(duì)土壤呼吸速率的影響較大。

[注(Note): 方柱上不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)Different letters above the bars indicate a significant difference between the treatments(P<0.05).CK—翻耕對(duì)照 Deep tillage without mulching; PM—地膜覆蓋 Plastic film mulching; PM+SL—上膜下秸 Buried straw layer at 40 cm depth plus plastic film mulching; SL—秸稈深埋 Buried straw layer at 40 cm depth without mulching.]

注(Note): *表示顯著相關(guān)Indicates significant correlation; **表示極顯著相關(guān)Indicates extremely significant correlation.

3.2 土壤呼吸速率的影響因素

土壤呼吸速率與土壤溫度呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，這與王忠媛等[16]在干旱區(qū)鹽堿土的研究結(jié)論以及Reth等一些學(xué)者[17-18]的研究結(jié)果吻合，證明在該區(qū)域溫度是影響土壤呼吸速率最主要的因素。土壤呼吸速率與土壤水分相關(guān)性不顯著，這與劉爽等[19]關(guān)于土壤水分與土壤呼吸速率呈顯著正相關(guān)的結(jié)論不一致，原因可能是該區(qū)域地下水位較高(1～1.2 m)，活動(dòng)頻繁，下層土壤含水率高，埋設(shè)的秸稈隔層對(duì)毛管水向上運(yùn)移產(chǎn)生了阻斷作用，造成呼吸速率偏高的PM+SL處理0—40 cm土層土壤含水率較低，從而形成負(fù)相關(guān)關(guān)系(P>0.05)。土壤鹽分對(duì)于土壤呼吸速率產(chǎn)生負(fù)向影響，這與元炳成等[20]在土壤基礎(chǔ)呼吸與土壤溶液電導(dǎo)率之間呈顯著負(fù)相關(guān)的結(jié)果類似，路海玲[21]也發(fā)現(xiàn)在棉花生育期內(nèi)隨著鹽濃度的升高土壤呼吸速率呈顯著降低趨勢(shì)，原因是土壤鹽分升高不利于土壤微生物的存活和根部發(fā)育，對(duì)于微生物代謝及根系生長(zhǎng)均產(chǎn)生不利影響，進(jìn)一步影響土壤呼吸作用。土壤有機(jī)質(zhì)與土壤呼吸速率呈正相關(guān)關(guān)系(P>0.05)，這與耿遠(yuǎn)波等[22]的研究結(jié)果一致，證明秸稈隔層等增加土壤有機(jī)質(zhì)含量的措施會(huì)增加土壤呼吸速率。而土壤有機(jī)質(zhì)與鹽分的負(fù)相關(guān)關(guān)系證實(shí)鹽分的增加不益于土壤有機(jī)質(zhì)的積累，鹽分含量過高同時(shí)也抑制作物生長(zhǎng)，造成根系等凋落物減少，進(jìn)而影響土壤有機(jī)質(zhì)積累。由此可見，土壤溫度、水分、鹽分與有機(jī)質(zhì)含量均呈負(fù)相關(guān)，說明土壤溫度、水分和鹽分增高不利于土壤有機(jī)質(zhì)的積累，三者相互協(xié)調(diào)促進(jìn)或抑制有機(jī)質(zhì)的分解，從而影響土壤呼吸速率。

三元回歸方程較其他方程能解釋更多關(guān)于土壤呼吸速率的數(shù)據(jù)，這一結(jié)果表明除土壤水分和土壤溫度外，在鹽漬區(qū)這一特殊典型區(qū)域鹽分含量也明顯影響到土壤的CO2釋放。回歸方程的建立，進(jìn)一步說明影響鹽漬化土壤呼吸速率的影響因素之間存在交互作用，而本研究中土壤有機(jī)質(zhì)并未直接參與回歸方程的構(gòu)建，說明0—40 cm土壤有機(jī)質(zhì)含量對(duì)于土壤呼吸速率影響較其他幾個(gè)因子小，該結(jié)果與王丙文等[23]關(guān)于秸稈還田冬小麥土壤呼吸速率的研究結(jié)果一致。表明該干旱區(qū)域鹽漬化土壤的呼吸速率受土壤溫度、水分、含鹽量等因素的綜合影響，相應(yīng)措施形成的保溫控鹽作用對(duì)于作物根系生長(zhǎng)和微生物代謝意義重大。當(dāng)然，土壤呼吸速率對(duì)水分、溫度、有機(jī)質(zhì)、鹽分的敏感性和響應(yīng)程度受土壤質(zhì)地的影響，不同區(qū)域和不同試驗(yàn)條件下得出的各因素對(duì)其的相對(duì)重要性并不一致。

本研究受到鹽漬化土壤鹽分含量變化的特殊條件影響。也有研究表明鹽分含量的升高對(duì)微生物群落的活性具有顯著抑制作用[21]，而微生物活性在影響土壤呼吸的同時(shí)又進(jìn)一步影響作物根系的代謝和生長(zhǎng)，有報(bào)道顯示植物根系的呼吸通常占土壤呼吸的50%左右[24]。因此，在下一步研究中，需要繼續(xù)探討鹽漬土土壤微生物呼吸和植物根系呼吸等在不同處理?xiàng)l件下對(duì)土壤呼吸的貢獻(xiàn)。

4 結(jié)論

1)不同耕作措施對(duì)土壤呼吸速率及其影響因素作用較大，PM+SL處理在整個(gè)生育期內(nèi)土壤呼吸速率值最高，該處理在控鹽效果和有機(jī)質(zhì)提高上明顯優(yōu)于其它處理，PM在全生育期土壤呼吸速率僅次于PM+SL處理，SL的呼吸速率與CK基本持平。在食葵盛花期和成熟期，在10: 00和15: 00兩個(gè)不同時(shí)間點(diǎn)各處理間土壤呼吸值的變化趨勢(shì)表現(xiàn)為: PM+SL>PM>SL>CK。

2)本研究中土壤呼吸速率與0—40cm土壤平均溫度呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系。擬合方程顯示對(duì)該地區(qū)鹽漬化土壤呼吸造成影響的是土壤溫度、土壤水分和土壤含鹽量三者綜合效應(yīng)。因此在該區(qū)域通過PM+SL等相應(yīng)措施起到保溫抑鹽效果的同時(shí)，可增強(qiáng)食葵根系生長(zhǎng)以及微生物的代謝活動(dòng)。

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Effect of plastic mulching along with deep burial of straw on dynamics of salinized soil respiration and its affecting factors

HUO Long, PANG Huan-cheng, LU Chuang, ZHAO Yong-gan, LI Yu-yi*

(InstituteofAgriculturalResourcesandRegionalPlanning,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China)

【Objective】 Characteristics and affecting factors of soil respiration are basis of soil carbon balance. The preliminary research found that burying straw layer under 35-40 cm below the surface along with plastic mulching at the surface made a obvious effect of controlling salinity. At the same time, this treatment could affect soil micro-microbial activity and then affect soil CO2emission. However, the relevant research in this area is still lacking, especially based on field trial, which could affect the evaluation of the combined effect of this treatment. Therefore, this study is to reveal how different tillage treatments affect saline soil respiration. 【Method】 Taking typical saline farmland with buried straw layer for three years in Hetao Irrigation District as the study object, this trial was to study the effect of different tillage measures, including conventional tillage(CK), conventional tillage plus plastic mulching(PM), plastic mulching plus straw layer burial(PM+SL)and deep burial of straw layer(SL), on dynamic changes of saline soil respiration and its impact factors and the relationship among them. 【Results】 1)Soil respiration rates in all tillage treatments showed a decreasing trend in the sunflower growth period, the PM+SL had the highest one in the whole growth period and the PM was the second, while the respiration rate of SL was similar to that of CK except with a higher rate at the bud stage. Meanwhile, at 10: 00 and 15: 00 of the flowering and mature stage, the respiration values were: PM+SL> PM > SL> CK. The average soil temperature in 0-40 cm had a same trend, and the differences among all tillage methods only appeared at the harvest period. Soil moisture content in 0-40 cm under PM+SL was the lowest in all treatments, but it had significant advantage in controlling salinity and increasing organic matter. 2)Soil respiration rate had a significant positive correlation(P<0.01)with soil temperature, but it had no correlations with soil moisture, soil salt content and soil organic matter. The fitting equation showed the saline soil respiration was influenced by the combined effect of soil temperature, moisture and salinity. 【Conclusion】The respiration rate of saline soil in arid regions was affected by the combined effects of soil temperature, moisture and salinity, PM + SL could be used for salinity controlling and heat preservation and enhancing sunflower root growth and metabolic activity of microorganisms in this region.

straw interlayer; plastic mulching; soil respiration; sunflower; saline soil

2014-12-10 接受日期: 2014-12-30 網(wǎng)絡(luò)出版日期: 2015-05-11

國(guó)家自然科學(xué)基金(31471455, 31000692)；公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)(201303130)資助。

霍龍(1989—)，男，內(nèi)蒙赤峰人，碩士研究生，主要從事鹽堿地改良研究。E-mail: howlown@163.com *通信作者Tel: 010-82105057，E-mail: liyuyi@caas.cn

S156.4+4; 154.1

A

1008-505X(2015)05-1209-08