劉軍，黃金花，楊志蘭，魏飛，劉建國(guó)

石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院/新疆兵團(tuán)綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 石河子 832003

長(zhǎng)期連作及秸稈還田棉田土壤呼吸變化特征

劉軍，黃金花，楊志蘭，魏飛，劉建國(guó)

石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院/新疆兵團(tuán)綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 石河子 832003

利用棉花長(zhǎng)期連作定位試驗(yàn)田，探究秸稈還田下棉田土壤呼吸日變化和季節(jié)變化以及碳排放隨著連作年限增加的變化特征，揭示長(zhǎng)期連作棉田碳排放量與不同土層土壤有機(jī)碳和微生物量碳含量的關(guān)系，為衡量和評(píng)價(jià)長(zhǎng)期連作及秸稈還田的生態(tài)效應(yīng)提供理論依據(jù)。試驗(yàn)田設(shè)有連作5 a、10 a、15 a、20 a、25 a和30 a的棉花秸稈連年還田小區(qū)，采用LI-8100土壤碳通量測(cè)定儀測(cè)定棉田土壤呼吸速率的日變化和季節(jié)變化，根據(jù)棉花生育期的天數(shù)和土壤呼吸速率計(jì)算出棉花各個(gè)生育期的土壤碳排放量，并分析了土壤碳排放與有機(jī)碳和微生物量碳含量的關(guān)系。研究結(jié)果表明，秸稈還田不同連作年限棉田土壤呼吸速率日變化和季節(jié)變化差異表現(xiàn)為隨著連作年限的增加整體上呈現(xiàn)增加的變化趨勢(shì)，30 a 最大，5 a最?。徊煌B作年限棉田土壤呼吸速率日變化均表現(xiàn)相同的規(guī)律，呈現(xiàn)單峰曲線，在15:00達(dá)到峰值，最小值均在凌晨05:00出現(xiàn)；不同連作年限棉田土壤呼吸速率隨著季節(jié)的變化呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，7月下旬土壤呼吸速率最高，30 a土壤呼吸速率比5、10、15、20、25 a增加4.96%、4.33%、1.98%、2.52%、1.31%。隨著連作年限增加棉花各個(gè)生育期及全生育期土壤碳排放量整體上呈現(xiàn)逐漸增加的變化趨勢(shì)，相同連作年限棉花不同生育期土壤碳排放量差異表現(xiàn)為鈴期>苗期>花期>蕾期>絮期，鈴期土壤碳排放量最高，不同連作年限棉田鈴期碳排放量占全生育期總碳排放量的25.48%～25.60%。長(zhǎng)期連作及秸稈還田棉田土壤碳排放量與0～20 cm土層土壤總有機(jī)碳含量及兩個(gè)土層微生物量碳含量呈顯著的線性相關(guān)關(guān)系（P<0.05），與20～40 cm土層土壤總有機(jī)碳含量呈極顯著的線性相關(guān)關(guān)系（P<0.01），土壤碳排放與有機(jī)碳的線性相關(guān)性高于與微生物量碳的線性相關(guān)性，土壤碳排放與20～40 cm土層土壤有機(jī)碳及微生物量碳的線性相關(guān)性高于與0～20 cm土層的線性相關(guān)性。這表明秸稈還田下不同連作年限棉田土壤呼吸速率表現(xiàn)出明顯的日變化和季節(jié)變化規(guī)律，并且隨著秸稈還田年限的增加土壤碳排放量具有增加的趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：連作及秸稈還田；土壤呼吸速率；土壤碳排放；土壤總有機(jī)碳；土壤微生物量碳

土壤呼吸是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的重要組成部分（Chang等，2014），主要包括土壤中植物根系、動(dòng)物及微生物呼吸的3個(gè)生物學(xué)過(guò)程和含碳礦物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)氧化的一個(gè)非生物學(xué)過(guò)程（Singh和Gupta，1977；Raich和 Schlesinger，1992），其不僅能夠反應(yīng)土壤的生物活性而且還可以作為表征土壤物質(zhì)代謝強(qiáng)度、土壤質(zhì)量和肥力的重要生物學(xué)指標(biāo)（臧逸飛等，2015；張慶忠等，2005）。在土壤呼吸中以植物根系和土壤微生物呼吸為主，但土壤呼吸易受到生物因子如植被類(lèi)型、土壤微生物等以及非生物因子如土壤溫度、濕度、透氣性、容重和pH等土壤環(huán)境條件及理化性質(zhì)的影響而發(fā)生改變（Dilustro等，2005；韓廣軒和周廣勝，2009；張彥軍等，2013；侯建峰等，2014）。在陸地生態(tài)系統(tǒng)中，與森林和草原等其它生態(tài)系統(tǒng)相比，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是陸地碳循環(huán)中最活躍的碳庫(kù)，受人為干擾最為強(qiáng)烈，不同的土地利用方式和農(nóng)業(yè)管理措施（如施肥、灌溉、田間耕作方式等）會(huì)改變土壤環(huán)境條件，從而對(duì)土壤呼吸產(chǎn)生影響（高會(huì)議等，2009；張丁辰等，2013；張賽等，2014）。秸稈還田是保護(hù)性耕作中一項(xiàng)重要的措施，其能夠增加土壤有機(jī)碳含量，為土壤微生物的代謝活動(dòng)提供了豐富的碳源，并可以通過(guò)改善土壤理化性質(zhì)及環(huán)境來(lái)促進(jìn)土壤微生物的代謝活動(dòng)，從而增加土壤CO2的釋放速率（Xu等，2011；李瑋等，2012；張曉雨等，2014）。因此，許多學(xué)者研究表明秸稈還田能夠?qū)r(nóng)田土壤呼吸產(chǎn)生顯著的影響，張慶忠等（2005）研究表明隨著秸稈還田量的增加，土壤呼吸通量顯著增加；李瑋等（2012）研究發(fā)現(xiàn)玉米季秸稈行間掩埋區(qū)平均土壤呼吸速率高于秸稈覆蓋和秸稈移除；王丙文等（2013）研究發(fā)現(xiàn)玉米秸稈還田能夠增加冬小麥田土壤呼吸速率；趙亞麗等（2014）研究認(rèn)為秸稈還田增加了冬小麥季的土壤呼吸速率，卻顯著降低了夏玉米季的土壤呼吸速率。

新疆是我國(guó)最大的植棉區(qū)，棉田種植面積占宜棉區(qū)耕地面積的70%左右，棉花種植布局集中，輪作倒茬困難，棉花連作現(xiàn)象嚴(yán)重（劉軍等，2012）。秸稈還田作為農(nóng)田培肥的必要措施之一，新疆兵團(tuán)農(nóng)場(chǎng)在棉花收獲后秸稈全量粉碎還田，形成連作及秸稈還田的棉花栽培管理模式（劉建國(guó)等，2008）。盡管許多學(xué)者在耕作方式、秸稈覆蓋及秸稈不同還田方式對(duì)不同類(lèi)型農(nóng)田土壤呼吸的影響方面做出了大量研究，但是基于秸稈還田下長(zhǎng)期連作棉田土壤呼吸變化特征卻鮮有報(bào)道。因此，本文利用棉花長(zhǎng)期連作定位試驗(yàn)田，探究秸稈還田下不同連作年限棉田土壤呼吸變化特征、碳排放規(guī)律，揭示碳排放與土壤有機(jī)碳和微生物量碳的關(guān)系，為衡量和評(píng)價(jià)長(zhǎng)期連作及秸稈還田的生態(tài)效應(yīng)提供理論依據(jù)，為綠洲棉田合理應(yīng)用秸稈還田技術(shù)提供科學(xué)的理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)小區(qū)位于石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)站（86°03′ E，45°19′ N）長(zhǎng)期連作定位試驗(yàn)田。海拔443 m，年平均日照時(shí)間達(dá)2865 h，大于10 ℃積溫為3480 ℃，無(wú)霜期160 d，多年平均降水量208 mm，平均蒸發(fā)量1660 mm，屬溫帶大陸性氣候，光照資源豐富而降雨稀少，溫度日較差大，為典型的綠洲灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)。

1.2 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)在石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)站棉花長(zhǎng)期連作定位試驗(yàn)田進(jìn)行，設(shè)有秸稈還田模式下連作 5 a、10 a、15 a、20 a、25 a和30 a棉田連作小區(qū)，分別標(biāo)記為5 a、10 a、15 a、20 a、25 a和30 a，共計(jì)6個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)。各個(gè)小區(qū)土壤均取自農(nóng)八師石河子總場(chǎng)三分場(chǎng)二連，按0～20、20～40和40～60 cm分層取土，按原層次放入長(zhǎng)期連作定點(diǎn)微區(qū)試驗(yàn)田內(nèi)，土壤初始背景值相近。棉花秸稈還田連作模式是每年秋季棉花收獲后將全部秸稈用鍘刀切成5～8 cm，即模擬大田生產(chǎn)棉花秸稈還田機(jī)械還田方式，入冬前結(jié)合施化肥翻入耕層，然后冬灌；棉花無(wú)秸稈還田連作模式是棉花收獲后將全部秸稈帶出農(nóng)田，然后施化肥、翻耕、冬灌。每處理1.5 m ×1.5 m，不同處理間用厚塑料膜隔開(kāi)，每處理 3次重復(fù)。棉花品種為“新陸早 46號(hào)”，按“30+60+30”寬窄行距配置，采用膜下滴灌，4月18日播種，留苗密度為每公頃19.8×104株，7月6日打頂。全生育期滴灌 11次，滴灌總量 5400 m3·hm-2，共施純氮495 kg·hm-2，30%基施，其余隨水滴施，其他管理措施同一般大田管理。

1.3 指標(biāo)測(cè)定與計(jì)算方法

1.3.1 土壤呼吸測(cè)定

土壤呼吸的測(cè)定參照張前兵利用的測(cè)定方法（張前兵等，2012）。于 2014年棉花生長(zhǎng)期間選擇晴朗無(wú)風(fēng)或少云的天氣，用 LI-8100（Li-Cor Inc., Lincoln, NE, USA）開(kāi)路式土壤碳通量測(cè)定系統(tǒng)進(jìn)行田間土壤呼吸測(cè)定。棉花播種出苗后開(kāi)始第1次測(cè)定，以后每隔10 d左右測(cè)定1次，每次測(cè)定時(shí)間為北京時(shí)間 11:00─14:00。在棉花生長(zhǎng)旺盛的花鈴期（2014年7月23日）連續(xù)測(cè)定2次日變化，測(cè)定頻率為白天1次/2 h（10:00─20:00），夜間1次/3 h（23:00─次日08:00），為避免由于測(cè)量時(shí)間差異而導(dǎo)致的試驗(yàn)系統(tǒng)誤差，不同處理采用輪回測(cè)量的方法，每次測(cè)量順序均與第1次測(cè)量順序相同，以避免由于測(cè)量時(shí)間差異而導(dǎo)致的試驗(yàn)結(jié)果誤差。為減少對(duì)土壤表層的干擾，土壤呼吸室放置在測(cè)定基座上，測(cè)定基座為高11.5 cm、內(nèi)徑20 cm的聚氯乙烯（Polyvinyl chloride，PVC）圈，測(cè)定基座嵌入土壤后露出土壤表面2 cm，測(cè)定基座在安置到土壤里的1 d（24 h）后進(jìn)行田間土壤呼吸的第1次測(cè)定。

1.3.2 土壤碳排放的計(jì)算

根據(jù)文獻(xiàn)（張宇等，2009；張前兵等，2012），CO21 μmol·m-2·s-1=C 1.0368 g·m-2·d-1，根據(jù)棉花生育期的天數(shù)，將土壤呼吸速率換算成整個(gè)生育期的土壤碳排放量（kg·hm-2，以C計(jì)）。

1.3.3 土壤總有機(jī)碳及微生物量碳的測(cè)定

土壤有機(jī)碳測(cè)定采用重鉻酸鉀容量-外加熱法（鮑士旦，2010），土壤微生物量碳測(cè)定參照 Vance采用的氯仿熏蒸-K2SO4浸提法（Vance等，1987）。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

運(yùn)用Excel 2003繪圖及SPSS 19.0對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果分析

2.1 長(zhǎng)期連作及秸稈還田棉田土壤呼吸速率變化

2.1.1 土壤呼吸速率的日變化規(guī)律

不同連作年限及秸稈還田棉田土壤呼吸速率的日變化表現(xiàn)出明顯的晝夜變化規(guī)律（圖1），各個(gè)處理均呈單峰曲線。白天土壤呼吸速率顯著高于夜間，從 09:00─15:00土壤呼吸速率逐漸升高，從15:00─05:00土壤呼吸速率逐漸降低，05:00以后土壤呼吸速率又開(kāi)始逐漸上升，土壤呼吸速率在13:00─17:00最高，在15:00達(dá)到峰值，5 a、10 a、15 a、20 a、25 a和30 a土壤呼吸速率日變化最大值分別為(5.18±0.03)、(5.26±0.06)、(5.41±0.03)、(5.34±0.04)、(5.51±0.06)、(5.59±0.07) μmol·m-2·s-1；不同連作年限棉田土壤呼吸速率最小值均在凌晨05:00出現(xiàn)，5 a、10 a、15 a、20 a、25 a和30 a土壤呼吸速率日變化最小值分別為(3.68±0.05)、(3.74±0.03)、(3.92±0.04)、(3.87±0.05、(3.98±0.08)、(4.03±0.04) μmol·m-2·s-1。秸稈還田不同連作年限間土壤呼吸速率差異表現(xiàn)為隨著連作年限的增加呈現(xiàn)先增加后降低然后又逐漸增加的變化趨勢(shì)，30 a最大，5 a最小，在15:00時(shí)30 a土壤呼吸速率比5 a、10 a、15 a、20 a、25 a增加9.61%、7.85%、2.72%、4.13%、1.34%。不同連作年限秸稈還田棉田日變化的土壤呼吸速率隨著連作年限的增加而增大，這表明秸稈還田能夠促進(jìn)長(zhǎng)期連作棉田日變化的土壤呼吸速率。

圖1 秸稈不同還田年限棉田土壤呼吸速率的日變化Fig. 1 Diurnal variations of soil respiration of continuous cropping cotton field under different years of straw incorporation

2.1.2 土壤呼吸速率季節(jié)變化特征

秸稈還田下不同連作年限棉田土壤呼吸速率隨著季節(jié)的變化均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)（圖2），從5月下旬到7月下旬隨著氣溫的升高，棉花植株和根系開(kāi)始迅速生長(zhǎng)，土壤微生物代謝活動(dòng)也開(kāi)始增強(qiáng)，棉田土壤呼吸速率逐漸增大，7月下旬溫度達(dá)到最高各個(gè)連作年限棉田土壤呼吸速率達(dá)到最大，從7月下旬到9月上旬氣溫開(kāi)始逐漸降低，各個(gè)處理棉田土壤呼吸速率逐漸降低，7月下旬土壤平均呼吸速率最高，5 a、10 a、15 a、20 a、25 a和 30 a土壤呼吸速率分別為(4.90±0.08)、(4.93±0.07)、(5.05±0.09)、(5.02±0.09)、(5.08±0.011)、(5.15±0.11) μmol·m-2·s-1。9月上旬5 a土壤呼吸速率最低，為(4.25±0.06) μmol·m-2·s-1。秸稈不同還田年限的各個(gè)處理季節(jié)變化呈現(xiàn)一致的規(guī)律性。各個(gè)測(cè)定時(shí)期不同連作年限間土壤呼吸速率差異表現(xiàn)為30 a>25 a>20 a=15 a>10 a>5 a，30 a最大，5 a最?。?月下旬30 a土壤呼吸速率分別比5 a、10 a、15 a、20 a、25 a增加4.96%、4.33%、1.98%、2.52%、1.31%。這表明秸稈還田棉田連作年限越長(zhǎng)土壤呼吸速率越高，秸稈還田能夠促進(jìn)連作年限棉田季節(jié)變化的土壤呼吸速率。

圖2 秸稈不同還田年限棉田土壤呼吸速率的季節(jié)變化Fig. 2 Seasonal variations of soil respiration of continuous cropping cotton field under different years of straw incorporation

表1 長(zhǎng)期連作及秸稈還田棉田棉花不同生育期土壤碳排放量Table 1 Soil carbon emission during cotton growth season of continuous cropping cotton field under straw incorporation kg·hm-2，以C計(jì)

2.2 長(zhǎng)期連作及秸稈還田棉田土壤碳排放特征

秸稈還田下不同連作年限棉田土壤碳排放特征如表1所示，棉花全生育期土壤碳排放總量30 a最高，5 a最低，30 a土壤碳排放量比5 a、10 a、15 a、20 a、25 a分別增加了4.26%、3.06%、1.28%、1.96%、0.96%，隨著連作年限增加棉花全生育期土壤碳排放量整體上呈現(xiàn)逐漸增加的變化趨勢(shì)。相同連作年限棉花不同生育期土壤碳排放量差異表現(xiàn)為鈴期>苗期>花期>蕾期>絮期，鈴期土壤呼吸速率大碳排放量最高，不同連作年限棉田鈴期碳排放量占全生育期總碳排放量的25.48%～25.60%；而吐絮期持續(xù)時(shí)間短且土壤溫度低土壤呼吸速率小碳排放量相比其它生育期較小，占全生育期總碳排放量的11.16%～11.32%。在各個(gè)棉花生育期不同連作年限棉田土壤碳排放量變化規(guī)律與全生育期總土壤碳排放量一致，隨著連作年限的增加整體上呈現(xiàn)增加的變化趨勢(shì)，30年土壤碳排放量最高，顯著高于5年，而與其它處理沒(méi)有顯著差異，鈴期30年土壤碳排放量比5、10、15、20、25年分別增加了4.43%、3.47%、1.47%、1.98%、0.86%。這表明秸稈還田棉田連作年限越長(zhǎng)土壤碳排放量越大，秸稈還田棉田土壤碳排放量隨著連作年限的增加而增大。

2.3 土壤碳排放與土壤總有機(jī)碳及微生物量碳的關(guān)系

長(zhǎng)期連作及秸稈還田棉田土壤碳排放量與0～20 cm和20～40 cm土層土壤有機(jī)碳、微生物量碳含量的回歸分析如圖3所示，長(zhǎng)期連作及秸稈還田棉田土壤碳排放量與0～20 cm土層土壤總有機(jī)碳含量及0～20 cm和20～40 cm土層微生物量碳含量呈顯著的線性相關(guān)關(guān)系（P<0.05），與20～40 cm土層土壤總有機(jī)碳含量呈極顯著的線性相關(guān)關(guān)系（P<0.01），隨著土壤有機(jī)碳含量及微生物量碳含量的增加棉田土壤碳排放量增加。土壤碳排放與0～20 cm和20～40 cm土層土壤有機(jī)碳的回歸方程相關(guān)系數(shù)分別為r=0.8583和r=0.9506，高于土壤碳排放量與0～20 cm和20～40 cm土層土壤微生物量碳的回歸方程相關(guān)系數(shù)r=0.7879和r=0.8386，并且土壤碳排放與20～40 cm土層土壤有機(jī)碳及微生物量碳的回歸方程相關(guān)系數(shù)皆高于0～20 cm土層，這表明土壤碳排放與有機(jī)碳的線性相關(guān)性高于土壤碳排放與微生物量碳的線性相關(guān)性，土壤碳排放與20～40 cm 土層土壤有機(jī)碳及微生物量碳的線性相關(guān)性高于土壤碳排放與0～20 cm土層土壤有機(jī)碳及微生物量碳的線性相關(guān)性。

圖3 長(zhǎng)期連作及秸稈還田棉田土壤碳排放量與不同土層土壤有機(jī)碳、微生物量碳含量的回歸分析Fig. 3 The regression analysis between the soil carbon emission and the soil organic carbon content, soil microbial biomass carbon content at different layer of continuous cropping cotton field under straw incorporation

3 討論

許多學(xué)者研究表明土壤呼吸速率具有明顯的晝夜變化及季節(jié)變化規(guī)律（Bajracharya等，2000；喬云發(fā)等，2007），本文研究表明，不同連作年限及秸稈還田棉田土壤呼吸速率的日變化表現(xiàn)出明顯的晝夜變化規(guī)律，各個(gè)處理均呈單峰曲線，土壤呼吸速率隨著季節(jié)的變化均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，秸稈還田下不同連作年限棉田土壤呼吸速率日變化和季節(jié)變化隨著連作年限的增加整體上呈現(xiàn)增加的變化趨勢(shì)。土壤呼吸速率的日變化和季節(jié)變化規(guī)律與溫度的日變化和季節(jié)變化趨勢(shì)相近（陳述悅等，2004；魏書(shū)精等，2013）。土壤呼吸以植物根系和土壤微生物呼吸為主，溫度升高會(huì)使土壤微生物呼吸和根系呼吸作用增強(qiáng)，進(jìn)而導(dǎo)致土壤呼吸速率增大，反之，溫度降低土壤呼吸速率減小。因此，土壤呼吸速率日變化和季節(jié)變化表現(xiàn)出不同的差異規(guī)律。不同秸稈還田年限棉田土壤呼吸速率有所差異，這是因?yàn)榻斩掃€田能夠改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤孔隙度、降低土壤容重（Coelho和 Or，1999），有利于增加土壤的通氣性及導(dǎo)溫性，為微生物的代謝活動(dòng)創(chuàng)造良好的環(huán)境條件，加快土壤有機(jī)質(zhì)分解和轉(zhuǎn)化速率，增強(qiáng)土壤與外界的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，進(jìn)而土壤呼吸速率增大（張賽和王龍昌，2013)。另外，溫度是影響土壤呼吸速率的重要環(huán)境因子（齊麗彬等，2008），秸稈還田具有一定的增溫效應(yīng)（陳玉章，2013），這也可能是導(dǎo)致秸稈還田下不同連作年限棉田土壤呼吸速率表現(xiàn)出差異的原因之一。

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳排放中重要的組成部分，而影響農(nóng)田土壤碳排放的因素眾多，如溫度、水分、土壤性質(zhì)、施肥、秸稈還田、耕作措施等均會(huì)影響碳的排放（張玉銘等，2011），其中秸稈還田是最重要的人為因素之一。許多學(xué)者研究認(rèn)為秸稈還田對(duì)農(nóng)田土壤碳排放具有顯著的影響，秸稈還田后在土壤中進(jìn)行腐解，一部分經(jīng)微生物分解直接以CO2形式排放到大氣中，另一部分則通過(guò)微生物的降解作用進(jìn)入土壤中。秦越等（2014）研究認(rèn)為小麥秸稈還田能夠增加土壤 CO2排放、水溶性有機(jī)碳含量和有機(jī)質(zhì)含量；黃濤等（2013）研究表明小麥玉米秸稈還田能夠促進(jìn)冬小麥/夏玉米輪作體系土壤CO2排放量增加；張慶忠等（2005）的研究發(fā)現(xiàn)隨著小麥秸稈還田量的增加，土壤CO2排放量也增加。本文研究結(jié)果表明隨著連作年限增加秸稈還田棉田棉花各個(gè)生育期及全生育期土壤碳排放量整體上呈現(xiàn)逐漸增加的變化趨勢(shì)，這與前人的研究結(jié)果一致。棉花秸稈還田后，一方面使土壤微生物活性增強(qiáng)，釋放出大量的CO2；另一方面，長(zhǎng)期連年秸稈還田逐漸改善了土壤的理化性質(zhì)，增加土壤有機(jī)質(zhì)的積累，促進(jìn)根系的生長(zhǎng)與發(fā)育，從而增加土壤CO2排放，因此，不同秸稈還田年限棉田土壤碳排放表現(xiàn)出差異性。大量研究表明秸稈還田能夠增加農(nóng)田土壤有機(jī)碳及微生物量碳等活性碳庫(kù)組分含量。秦越等（2014）研究發(fā)現(xiàn)土壤CO2排放總量與土壤有機(jī)質(zhì)含量正相關(guān)；臧逸飛等（2015）研究表明土壤微生物生物量碳、土壤呼吸與土壤有機(jī)質(zhì)呈極顯著的相關(guān)性；張前兵（2013）研究認(rèn)為棉田土壤碳排放量與不同層次土壤有機(jī)碳含量呈顯著或極顯著的正相關(guān)關(guān)系。本文也得出了相似的研究結(jié)果，長(zhǎng)期連作及秸稈還田棉田土壤碳排放量與土壤總有機(jī)碳含量及微生物量碳含量呈顯著的線性相關(guān)關(guān)系，土壤碳排放與有機(jī)碳的線性相關(guān)性高于與微生物量碳的線性相關(guān)性。

4 結(jié)論

（1）秸稈還田下不同連作年限棉田土壤呼吸速率日變化和季節(jié)變化隨著連作年限的增加整體上呈現(xiàn)增加的變化趨勢(shì)，30 a最大，5 a最??；不同連作年限棉田土壤呼吸速率日變化均表現(xiàn)相同的規(guī)律，呈現(xiàn)單峰曲線，在15:00達(dá)到峰值，最小值均在凌晨05:00出現(xiàn)；不同連作年限棉田土壤呼吸速率隨著季節(jié)的變化呈現(xiàn)先升高后下降的變化趨勢(shì)，7月下旬土壤呼吸速率達(dá)到最高。

（2）隨著連作年限增加秸稈還田棉田各個(gè)生育期及全生育期土壤碳排放量整體上呈現(xiàn)逐漸增加的變化趨勢(shì)，相同連作年限棉花不同生育期土壤碳排放量差異表現(xiàn)為鈴期>苗期>花期>蕾期>絮期，鈴期土壤碳排放量最高，不同連作年限棉田鈴期碳排放量占全生育期總碳排放量的25.48%～25.60%。

（3）長(zhǎng)期連作及秸稈還田棉田土壤碳排放量與土壤總有機(jī)碳含量及微生物量碳含量呈顯著的線性相關(guān)關(guān)系，土壤碳排放與有機(jī)碳的線性相關(guān)性高于與微生物量碳的線性相關(guān)性，土壤碳排放與20～40 cm土層土壤有機(jī)碳及微生物量碳的線性相關(guān)性高于與0～20 cm土層的線性相關(guān)性。

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Soil Respiration Variation Characteristics of Continuous Cropping and Straw Incorporation Cotton Field

LIU Jun, HUANG Jinhua, YANG Zhilan, WEI Fei, LIU Jianguo
Agricultural College, Shihezi University/Key Laboratory of Oasis Ecology Agriculture of Xinjiang Bingtuan, Shihezi 832003, China

In this paper, the use of long-term continuous cropping of cotton located experimental plot, exploring cotton soil respiration diurnal and seasonal changes as well as carbon emissions increased with continuous cropping of variation under straw returning, revealimg the long-term continuous cropping of cotton field relationship between the carbon emissions and different soil organic carbon and soil microbial biomass carbon content, providing a theoretical basis for measuring and evaluating the long-term ecological effects of continuous cropping and straw returning. Experimental field which cotton straw were returned into the soil had six continuous cropping plots, such as 5, 10, 15, 20, 25 and 30 years. Diurnal variations and seasonal variations of soil respiration rate in cotton field was measured by LI-8100 automated soil CO2efflux system, according to the growth stages of days and soil respiration rate to calculate the carbon emissions of each growth stages, and analyzed the relationships between soil carbon emissions and organic carbon and microbial biomass carbon content. The results showed straw returning continuous cropping years cotton soil respiration diurnal and seasonal variation showed a trend, with the increase of the over all increase in continuous cropping years, 30 year is maximum, 5 year is minimum. Different Cotton Soil respiration diurnal variation showed the same rule, showing a single peak, peaked at 15:00 and minimum occurred at 05:00. Soil respiration rate of continuous cropping cotton field changes with the seasons firstly increased then downward trend, the highest soil respiration rate in late July, 30 a soil respiration rate higher than 5 a, 10 a, 15 a, 20 a, 25 a increase of 4.96%, 4.33%, 1.98%, 2.52%, 1.31%. With the continuous cropping of cotton increased presented each growth period and growth period soil carbon emissions increasing trend overall. The same continuous cropping Years cotton in different growth period differences in soil carbon emissions showed: bolling stage > seedling stage > flowering stage > budding stage > boll opening stage, the highest carbon emissions was at bell soil, cropping in cotton boll growth stage of the carbon emissions accounted for total carbon emissions 25.48%～25.60%. Long-term continuous cropping of cotton and straw returning soil carbon emissions and 0～20 cm soil organic carbon content of the soil and two soil microbial biomass carbon content showed a significant linear correlation (P<0.05), soil carbon emissions and 20～40 cm soil total organic carbon content of the soil showed very significant linear correlation (P<0.01), the linear correlation between soil carbon emissions and organic carbon was higher than that in soil carbon emissions and microbial biomass carbon, the linear correlation between soil carbon emissions and 20～40 cm soil organic carbon content of the soil and microbial biomass carbon were higher than those in 0～20 cm soil. This indicates different continuous cropping Years of cotton in straw returning soil respiration shows significant diurnal and seasonal variation, and soil carbon emissions increased with the increase of straw returning years.

continuous crooping and straw incorporation cotton field; soil respiration rate; soil carbon emission; soil total organic carbon; soil microbial biomass carbon

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.05.011

S154.2；X144

A

1674-5906（2015）05-0791-06

劉軍，黃金花，楊志蘭，魏飛，劉建國(guó). 長(zhǎng)期連作及秸稈還田棉田土壤呼吸變化特征[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2015, 24(5): 791-796.

LIU Jun, HUANG Jinhua,YANG Zhilan,WEI Fei, LIU Jianguo. Soil Respiration Variation Characteristics of Continuous Cropping and Straw Incorporation Cotton Field [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(5): 791-796.

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31260307）

劉軍（1988年生），男，碩士研究生，研究方向?yàn)榫G洲生態(tài)與農(nóng)作制度。E-mail:liujun_0378@163.com *通信作者：劉建國(guó)（1968年生），男，教授，研究方向?yàn)檗r(nóng)田生態(tài)環(huán)境與農(nóng)作制度。E-mail:l-jianguo@126.com

2015-01-18