米迎賓，楊勁松，姚榮江，余世鵬（土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所），南京 210008）

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不同管理措施對(duì)濱海鹽漬農(nóng)田土壤CO2排放及碳平衡的影響①

米迎賓，楊勁松*，姚榮江，余世鵬
（土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所），南京 210008）

摘 要：為探討不同管理措施對(duì)濱海鹽漬農(nóng)田碳平衡的影響，本文通過(guò)玉米-小麥輪作試驗(yàn)，研究農(nóng)田土壤的CO2釋放規(guī)律，及其農(nóng)田碳收支狀況。試驗(yàn)設(shè)計(jì)6個(gè)處理：①常規(guī)對(duì)照（CK）；②有機(jī)肥常量（OF）；③氮肥增施（NF）；④秸稈還田（S）；⑤有機(jī)肥加秸稈（OF+S）；⑥免耕（NT）。研究表明，秸稈還田和有機(jī)肥的施用增加了土壤呼吸的強(qiáng)度，而免耕處理的CO2平均釋放量最低，不同處理下土壤呼吸總體表現(xiàn)為OF+S ＞ S ＞ OM ＞ NF ＞ CK ＞ NT。各處理土壤有機(jī)碳含量隨著作物的收獲逐漸升高，其中OF與NT增加最多，而增施氮肥處理并沒(méi)有顯著提高土壤的有機(jī)碳水平。各處理間的有機(jī)碳含量沒(méi)有顯著性差異。在兩季作物種植結(jié)束后，各處理的碳輸入均高于碳輸出，均為碳凈輸入，表現(xiàn)出較強(qiáng)的碳匯特征。秸稈還田和單施有機(jī)肥的碳凈輸入均顯著高于對(duì)照，可有效減緩因農(nóng)田土壤CO2排放而造成的全球氣候變化問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：鹽漬農(nóng)田；CO2釋放；土壤碳庫(kù)；碳平衡

近年來(lái)，由于化石燃料的使用和土地利用的變化等人為因素導(dǎo)致了大氣中 CO2濃度的增加，極大程度上改變了地球碳素平衡，引起了全球氣候變化等一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題［1］。土壤是全球碳循環(huán)中重要的碳庫(kù)之一，據(jù)估計(jì)，土壤碳儲(chǔ)量約為大氣碳庫(kù)的3.3倍，生物碳庫(kù)的4.5倍［2］。土壤碳庫(kù)與大氣碳庫(kù)之間也存在著動(dòng)態(tài)平衡，土壤中有機(jī)質(zhì)的減少會(huì)導(dǎo)致大氣中CO2含量的增加。其中，農(nóng)業(yè)對(duì)于全球氣候變暖的貢獻(xiàn)約為20%，而農(nóng)田土壤對(duì)溫室氣體減排和固存有著巨大的潛力。

鹽漬土在我國(guó)北方廣泛分布，大約20% 的耕作土壤受此影響，并且有逐年增加的趨勢(shì)。鹽分在土壤中的運(yùn)移嚴(yán)重影響其物理、化學(xué)和生物性質(zhì)，隨著鹽分含量的增加，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的土壤退化問(wèn)題。鹽漬化土壤是有機(jī)碳庫(kù)損失量大、治理后具有巨大固碳潛力的土地類(lèi)型。濱海鹽漬土壤作為重要的后備資源，廣泛分布于我國(guó)沿海的中北部、黃河三角洲和長(zhǎng)江三角洲地區(qū)，由于受潮汐更替和海水入侵的雙重影響，具有高鹽堿、低養(yǎng)分、高礦化度地下水和地表淡水資源缺乏等特點(diǎn)，同時(shí)，氣候變化也導(dǎo)致了海平面上升，海水入浸加劇，引起了一系列的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題［3］。鹽堿地改良復(fù)墾后能夠提供土壤有機(jī)碳含量及陸地碳儲(chǔ)量，并且抵消一些人為因素引起的碳排放。段曉南等［4］研究發(fā)現(xiàn)沿海灘涂鹽沼的固碳速率遠(yuǎn)高于內(nèi)陸鹽沼。嚴(yán)慧峻等［5］通過(guò)實(shí)施不同有機(jī)肥處理方式及不同種植利用方式對(duì)黃淮海平原鹽漬土進(jìn)行改良，結(jié)果表明有機(jī)質(zhì)含量低的土壤可以通過(guò)一定的施肥提高其含量。范亞文［6］通過(guò)種植耐鹽植物的措施來(lái)改良東北地區(qū)的鹽堿土，發(fā)現(xiàn)施有機(jī)肥既可以制約鹽堿，又可以增加土壤有機(jī)質(zhì)。目前在我國(guó)的相關(guān)研究主要集中于對(duì)鹽漬化農(nóng)田土壤性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的改良、作物產(chǎn)量的提高以及增碳措施的管理，然而，對(duì)鹽漬土壤碳排放與碳循環(huán)的影響，尤其是對(duì)土壤固碳與減排相結(jié)合的研究則相對(duì)較少。

江蘇灘涂面積巨大，已成為重要的后備土地資源。因此，科學(xué)合理地利用鹽漬土資源對(duì)減緩?fù)寥乐袦厥覛怏w的排放，提高土壤質(zhì)量，有著重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)可以為濱海鹽堿農(nóng)田的固碳效應(yīng)評(píng)價(jià)和灘涂土地資源的合理利用提供科學(xué)依據(jù)。本研究通過(guò)對(duì)鹽漬土壤改土抑鹽和固碳增匯相結(jié)合的研究，合理設(shè)計(jì)鹽漬土壤的農(nóng)業(yè)管理措施，達(dá)到既能提高鹽漬土農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的固碳潛力，又能增加鹽漬土壤的改良效果和作物生產(chǎn)量的目的。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于江蘇省東臺(tái)市黃海原種場(chǎng)研究基地（32°38′N(xiāo)，120°52′E），選取的試驗(yàn)區(qū)代表當(dāng)?shù)赝恋乩玫膮^(qū)域特征，農(nóng)場(chǎng)圍墾于1999年。該區(qū)地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，具有明顯的海洋性季風(fēng)氣候特征，四季分明，年平均氣溫 15℃，相對(duì)濕度81%，風(fēng)速2.8 m/s，年均日照時(shí)間2 130.5 h，全年無(wú)霜期213天。該區(qū)常年平均降雨量 1 061.2 mm（2000—2013年），約68% 降水量集中于6—9月，年平均蒸發(fā)量1 006.7 mm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇具有均一土壤性質(zhì)的地塊劃分試驗(yàn)小區(qū)，試驗(yàn)前土壤基本性質(zhì)見(jiàn)表1。試驗(yàn)于2013年6月至2014 年5月，采用玉米-小麥輪作種植方式，夏玉米 2013 年6月底播種，10月收獲；冬小麥11月播種，2014 年5月底收獲。試驗(yàn)設(shè)計(jì)6個(gè)處理：①常規(guī)對(duì)照（CK）；②有機(jī)肥常量（OF），施用量為1.5 t/hm2；③氮肥增施（NF），施用量為常規(guī)施肥量的150%；④秸稈還田（S），還田量為5 t/hm2；⑤有機(jī)肥加秸稈（OF+S），有機(jī)肥施用量為1.5 t/hm2，秸稈還田量為5 t/hm2；⑥免耕（NT）。為了使處理間施肥水平保持一致，除處理NF外其余各處理在作物全生育期內(nèi)施肥量相同，氮肥210 kg/hm2，磷肥99 kg/hm2，包括基肥和追肥；處理NF氮肥施用量為315 kg/hm2，磷肥99 kg/hm2。每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，隨機(jī)排列。還田的秸稈在玉米季為小麥秸稈，小麥季為水稻秸稈，作物收獲后粉碎翻入土壤。施用的有機(jī)肥為商品有機(jī)肥。

表 1 供試土壤理化性質(zhì)（0 ～ 40 cm）Table 1 Physical and chemical properties of tested soil

1.3 土壤樣品采集與分析

土壤樣品于作物種植前和收獲后，在各小區(qū)內(nèi)隨機(jī)采點(diǎn)，采樣深度為0 ～ 10、10 ～ 20、20 ～ 30、30 ～40 cm。所采樣品除去植物殘留后裝于采樣袋，經(jīng)自然風(fēng)干，過(guò)20目篩。將土樣完全混合后分取少量過(guò)100目篩。土壤有機(jī)碳的測(cè)定采用重鉻酸鉀外加熱法［7］；全氮的測(cè)定采用凱氏定氮法［7］；土壤體積質(zhì)量的測(cè)定采用環(huán)刀法。

1.4 土壤呼吸的測(cè)定

土壤呼吸的測(cè)定于2013年7月至2014年5月之間進(jìn)行，采用靜態(tài)箱鈉石灰吸收法［8］。此方法原理是通過(guò)含有NaOH和Ca（OH）2的鈉石灰吸收土壤排放的 CO2而發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，吸收前后將鈉石灰烘干至恒重，計(jì)算所稱(chēng)取的質(zhì)量差值（精確至0.1 mg）即為CO2排放量。在田間測(cè)定之前，將裝入玻璃培養(yǎng)皿中的50 g鈉石灰顆粒于105℃ 烘干14 h至恒重，隨即密封防止外部空氣進(jìn)入，帶至田間。清除測(cè)定點(diǎn)土壤表面作物殘留和地上部植物，將烘干的鈉石灰用8 ml水潤(rùn)濕，并把培養(yǎng)皿置于三角鐵架上，鐵架上方倒扣PVC圓筒（直徑30 cm，高11 cm，厚度約2 mm，非透明，為了避免陽(yáng)光直射后影響桶內(nèi)溫度），將圓筒下邊緣旋入土壤2 ～ 3 cm，以避免筒內(nèi)外空氣交換。確保鈉石灰在圓筒中暴露7天整。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中同時(shí)將3個(gè)裝有鈉石灰的培養(yǎng)皿分別置于完全封閉的 PVC圓筒內(nèi)，作為空白對(duì)照。7天后取出培養(yǎng)皿，帶回實(shí)驗(yàn)室于105℃ 烘干14 h后稱(chēng)重。每?jī)尚瞧跍y(cè)定一次，如遇天氣的影響則推后，連續(xù)測(cè)定夏玉米和冬小麥的土壤呼吸。

土壤CO2釋放量根據(jù)如下公式計(jì)算：

式中：Rs為測(cè)定期間土壤CO2釋放量（C，g/（m2·d））；ΔW為鈉石灰吸收前后的質(zhì)量差（g）；A為吸收面積，即圓筒的表面積（m2）；1.69是校正系數(shù)。

1.5 土壤及植株碳含量的測(cè)定與計(jì)算

玉米收獲后，在各小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取 8株完整的（包括根系）植株；小麥?zhǔn)斋@后，選取 24株。地上部殺青并烘干至恒重，根系洗凈后烘干至恒重。作物地上部植株與地下部根系有機(jī)碳的測(cè)定均采用重鉻酸鉀外加熱法［7］。

土壤碳庫(kù) = 耕層土壤體積 × 耕層土壤體積質(zhì)量 × 土壤有機(jī)碳含量

作物植株固定碳量（Ct）為地上部植株固定碳量（Ca）與地下部根系固定碳量（Cr）之和。作物地上部植株固定碳量為：

式中：Y為作物生物量干物質(zhì)重（kg/hm2）；0.40為本試驗(yàn)所測(cè)定的地上部植株含碳量（%）。

作物地下部根系固定碳量為：

式中：Y為作物生物量干物質(zhì)重（kg/hm2）；P為根系分配系數(shù)，本文P取0.30；0.35為本試驗(yàn)所測(cè)定的地下部根系含碳量（%）［9］。

1.6 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)處理用 SPSS 16.0和 Excel 2010軟件分析，所有數(shù)據(jù)的測(cè)定結(jié)果均以平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示，用Tukey進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 作物生育期內(nèi)土壤CO2釋放量

不同管理措施下土壤 CO2的釋放規(guī)律如圖 1所示。從圖中可以看出，在夏玉米種植開(kāi)始至次年冬小麥?zhǔn)斋@結(jié)束期間，各處理土壤 CO2釋放量的季節(jié)變化基本趨于一致，均表現(xiàn)為夏季高，冬季低。在夏玉米種植后，隨著作物的生長(zhǎng)以及溫度的升高，土壤 CO2的排放量不斷增加，并在 8月中上旬達(dá)到最大值，其中 OF+S處理最高，為6.14 g/（m2·d）；隨著作物的生長(zhǎng)，土壤CO2釋放量呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，除在9月23日出現(xiàn)小幅回升。冬小麥由于受種植季節(jié)和生育期限的影響，土壤CO2釋放量呈現(xiàn)先穩(wěn)定后緩慢上升的趨勢(shì)。兩季作物的碳釋放均在拔節(jié)期升高，并在灌漿期達(dá)到最大值，玉米季的累積土壤呼吸強(qiáng)度比小麥季高約25%。

不同管理措施對(duì)土壤 CO2釋放量影響顯著。與對(duì)照相比，秸稈還田和有機(jī)肥的施用增加了土壤呼吸的強(qiáng)度，其中秸稈還田與有機(jī)肥施用相結(jié)合的處理釋放量最高，土壤平均釋放的CO2達(dá)到3.32 g/（m2·d）；而免耕處理的平均釋放量為2.10 g/（m2·d）。在全生育期內(nèi)，氮肥增施處理并沒(méi)有明顯增加土壤呼吸強(qiáng)度，不同處理下土壤呼吸總體表現(xiàn)為OF+S ＞ S ＞ OF ＞NF ＞ CK ＞ NT。為進(jìn)一步研究不同管理措施對(duì)土壤呼吸的影響，對(duì)各處理進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，玉米季OF和NF處理土壤CO2釋放量差異不顯著，其余各處理之間均有顯著差異；在小麥季結(jié)束后各處理之間均呈現(xiàn)顯著性差異。

圖1 作物生育期內(nèi)土壤CO2釋放量的季節(jié)變化（2013年7月至2014年5月）Fig.1 Seasonal variations of soil CO2fluxes during croping season

2.2 不同處理下土壤有機(jī)碳含量與碳庫(kù)變化

不同管理措施下0 ～ 40 cm土層有機(jī)碳含量的變化如圖2所示。試驗(yàn)前土壤的有機(jī)碳含量與其他類(lèi)型的土壤相比較低，在優(yōu)化種植措施下，各處理土壤有機(jī)碳含量隨著作物的收獲逐漸升高，導(dǎo)致土壤碳庫(kù)相應(yīng)增加，如表 2所示，說(shuō)明該土壤具有碳匯的功能。其中OF與NT處理增加最多，S處理次之，玉米季結(jié)束后NT處理增加了約33%，小麥季結(jié)束后OF處理增加了約53%；而土壤有機(jī)碳含量最高的是OF+S處理，對(duì)照則最低。增施氮肥并沒(méi)有顯著提高土壤的有機(jī)碳水平，免耕和施用有機(jī)肥可以促進(jìn)碳在土壤中的累積。在兩季作物種植結(jié)束后，各處理間土壤的有機(jī)碳含量沒(méi)有顯著性差異。

圖2 作物收獲后不同處理對(duì)土壤有機(jī)碳（0 ～ 40 cm）含量的影響Fig.2 Effects of different treatments on soil organic carbon （0-40 cm） after harvest

表2 不同處理土壤CO2累積釋放量和碳庫(kù)變化（kg/hm2）Table 2 Cumulative emission of CO2and changes in soil corbon storage in different treatments

2.3 植株碳庫(kù)

由表 3可知，施用有機(jī)肥和秸稈還田明顯提高了作物植株地上部和地下部的生物量，從而增加了植株各部分對(duì)碳的固定。而免耕處理并沒(méi)有顯著增加作物生物量和固定碳量。與對(duì)照相比，施用有機(jī)肥和秸稈處理的作物總固定碳量分別增加了41% 和52%，而兩者配施效果更加顯著。免耕處理的作物總固定碳量?jī)H比對(duì)照增加了18%，同時(shí)，增施氮肥并沒(méi)有顯著提高作物的固碳能力。

表3 作物地上部和地下部固定碳量（kg/hm2）Table 3 Carbon sequestration by crops in aboveground and underground parts

3 討論

3.1 土壤CO2的釋放

在作物種植初期，土壤CO2的釋放量相對(duì)較少，隨著作物的不斷生長(zhǎng)以及氣溫的升高，CO2的釋放量隨之增加，在作物灌漿期達(dá)到最大值，隨之逐漸減少。在冬小麥種植季節(jié)的12月份到翌年2月份，土壤呼吸相對(duì)穩(wěn)定。影響土壤呼吸比較重要的因子包括土壤溫度和水分狀況，主要是由于土壤中微生物的活性主要受這兩個(gè)因素的影響，而 CO2的釋放是微生物分解土壤中的有機(jī)物質(zhì)的結(jié)果。在本研究中，試驗(yàn)區(qū)夏季氣溫逐漸升高，土壤呼吸作用強(qiáng)度較高出現(xiàn)在 7月下旬至8月下旬，該時(shí)期日平均氣溫高于32℃，同時(shí)降水量達(dá)到全年最大值，溫度和水分狀況的改變有效地促進(jìn)了土壤中微生物的活性上升，開(kāi)始分解作物殘留和土壤中的碳源，CO2的釋放也隨之增加；而冬季氣溫低且比較穩(wěn)定，降水較少，抑制了土壤中微生物的活性，CO2的釋放量相應(yīng)較低。

土壤中鹽分含量的升高也會(huì)對(duì)微生物的活性產(chǎn)生抑制作用，從而降低了微生物分解有機(jī)質(zhì)的速率，減少了土壤中 CO2的排放［10］。在本試驗(yàn)中，供試土壤屬于中等鹽漬化土壤，在春夏季，由于降水量較大，表層土壤的鹽分被淋洗至土體下層，鹽分降低后微生物活性增強(qiáng)，加上上述兩個(gè)因素，均有利于土壤呼吸作用的增強(qiáng)；在秋冬季節(jié)，隨著降水量的減少，土壤中的鹽分隨著水分的蒸發(fā)被帶至土壤表層，從而限制了微生物的活性。

農(nóng)田土壤施用有機(jī)物質(zhì)導(dǎo)致土壤呼吸作用的增強(qiáng)已經(jīng)被許多相關(guān)研究所證明。在作物生育期期間，秸稈還田處理和施用有機(jī)肥與對(duì)照相比土壤 CO2的釋放量差異較大，其主要原因是隨著有機(jī)物質(zhì)的輸入，土壤中的碳源增加，這為微生物分解提供了基質(zhì)，在適宜的溫度和水分條件下，使得 CO2的釋放量增加。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，增施氮肥處理對(duì)土壤 CO2的排放影響不顯著，這可能是由于影響土壤呼吸的因素較多，氮肥的施用效應(yīng)較為復(fù)雜［11］。黃斌［12］認(rèn)為，在施用氮肥的較短時(shí)間內(nèi)，土壤 C/N下降，有利于土壤有機(jī)碳的礦化過(guò)程，因此土壤CO2的釋放量增加。本試驗(yàn)中可能是土壤含碳量極低，碳氮比小，從而氮肥對(duì)有機(jī)質(zhì)分解的促進(jìn)有限，所以在作物的整個(gè)生育期施用氮肥對(duì)增強(qiáng)土壤呼吸作用并不明顯。

保護(hù)性耕作，如少耕免耕，可以減少對(duì)土壤的擾動(dòng)，增強(qiáng)土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，并降低土壤中穩(wěn)定的有機(jī)物質(zhì)的礦化速率，減少 CO2的排放［13］。本研究中，免耕減少了 CO2的釋放，這與多數(shù)研究基本一致。但同時(shí)也有研究結(jié)果表明，免耕并沒(méi)有顯著增加 CO2的釋放，可能是由于免耕提高了土壤表層的有機(jī)質(zhì)含量和酶活性，彌補(bǔ)了與耕作土壤碳排放的差異，也可能由于受采樣時(shí)間的影響［9，14］。也有耕作實(shí)驗(yàn)顯示，免耕促進(jìn)了土壤CO2的釋放，可能是因?yàn)槊飧黾恿送寥赖乃趾?，保持了土壤溫度，從而提高了碳的礦化水平［15］。

目前有很多國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者應(yīng)用鈉石灰堿吸收法進(jìn)行土壤的 CO2測(cè)定。該方法有一定不利因素，如在圓筒放置時(shí)對(duì)土壤有輕微擾動(dòng)，增加了原點(diǎn)位的土壤含水量，影響地表土壤O2和CO2的流動(dòng)變化，并且改變了土壤溫度，但該方法能夠在設(shè)定時(shí)間內(nèi)持續(xù)監(jiān)測(cè)土壤 CO2釋放，且操作簡(jiǎn)單，試驗(yàn)成本低，可利用一定的重復(fù)以消除土壤空間變異對(duì)測(cè)定的影響［12］。另外，試驗(yàn)所采用的烘干時(shí)間、鈉石灰使用量、測(cè)定重復(fù)數(shù)和測(cè)定時(shí)間都經(jīng)過(guò)學(xué)者的研究論證，為合理的選擇，可在一定程度上抵消測(cè)定方法帶來(lái)的誤差［16］。

3.2 土壤有機(jī)碳含量、土壤與植株碳庫(kù)

土壤固定的有機(jī)碳主要來(lái)自于作物殘留和外源有機(jī)物質(zhì)的輸入，大量有機(jī)物質(zhì)的輸入通常會(huì)產(chǎn)生更高的有機(jī)碳含量。在本研究中，隨著不同管理措施的應(yīng)用產(chǎn)生了不同的土壤有機(jī)碳含量。在鹽漬土中，土壤表層鹽分含量升高會(huì)抑制土壤結(jié)構(gòu)的更新，降低土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性、有機(jī)碳的存儲(chǔ)和生物量的產(chǎn)量［17］。在本研究區(qū)域的相關(guān)研究中，侯曉靜等［18］認(rèn)為與傳統(tǒng)耕作相比，免耕能使土壤有機(jī)碳含量增加 18% ～ 32%。鹽漬土壤通常以促進(jìn)分散團(tuán)粒的結(jié)合，增加作物生物量來(lái)改良土壤，通過(guò)物理保護(hù)和阻止微生物分解來(lái)增強(qiáng)土壤顆粒的團(tuán)聚，從而增加有機(jī)碳的固定。本試驗(yàn)中土壤有機(jī)碳的變化有其特殊性，即土壤起點(diǎn)有機(jī)碳含量非常低，約為正常土壤的十分之一，但經(jīng)過(guò)一年的試驗(yàn)之后土壤有機(jī)碳含量明顯增加，一方面可能是由于秸稈還田和有機(jī)肥的施用在短期內(nèi)提供了基質(zhì)碳源，使得土壤中有機(jī)碳的含量在短時(shí)間內(nèi)顯著提高；另一方面，隨著管理措施的利用，改善了土壤結(jié)構(gòu)，增加了碳的儲(chǔ)存，使得有機(jī)碳含量升高［19］。免耕處理由于減少了對(duì)土壤的擾動(dòng)，從而減少了土壤中有機(jī)碳的氧化和分解速率，增加了其含量。本研究發(fā)現(xiàn)，氮肥的施用沒(méi)有顯著增加土壤有機(jī)碳的含量，可能的原因是與本試驗(yàn)的采樣時(shí)間有關(guān)，試驗(yàn)中所施用的氮肥主要是尿素，易于揮發(fā)，而土壤樣品的采集時(shí)間是作物收獲后，因此可能在作物整個(gè)生育期內(nèi)對(duì)提高有機(jī)碳含量效果不明顯。

在兩季作物種植結(jié)束后，各處理之間的土壤有機(jī)碳含量并沒(méi)有顯著性差異，表明在作物的試驗(yàn)種植過(guò)程中，土壤中有機(jī)碳的分解率低，碳基質(zhì)的轉(zhuǎn)化速率慢［20］。因此需要開(kāi)展長(zhǎng)期持續(xù)的相關(guān)試驗(yàn)，以揭示各管理措施對(duì)土壤中有機(jī)碳和鹽分的影響。

在鹽漬化土壤中，影響作物生長(zhǎng)的主要障礙因子為土壤鹽分含量。在本試驗(yàn)中，隨著秸稈和有機(jī)肥料的加入，使得土壤表層鹽分含量下降，可能是由于商品有機(jī)肥明顯改善鹽漬化農(nóng)田的理化特性［21］，從而促進(jìn)了作物地上部和地下部的生長(zhǎng)，這可能是由于作物秸稈在起分解的過(guò)程中，促使土壤顆粒團(tuán)聚體的形成，有效地改善了土壤結(jié)構(gòu)，通氣性增加；而有機(jī)肥可以阻止土壤結(jié)構(gòu)惡化［22］。因此，秸稈和有機(jī)肥良好的養(yǎng)分供給和土壤改善功能［23］降低了土壤體積質(zhì)量，提高其導(dǎo)水率，增加了鹽分的滲漏，促進(jìn)了作物的生長(zhǎng)，使得作物地上部和地下部固定碳量明顯高于對(duì)照。

3.3 碳平衡的估算

土壤中碳的平衡包括土壤固定碳量、作物植株固定碳量以及土壤釋放的 CO2等。其中，土壤碳庫(kù)和作物植株固定的碳量為碳輸入，而由于本試驗(yàn)均為旱旱輪作，土壤釋放的CO2則為碳輸出。由表4可知，在兩季作物種植結(jié)束后，各處理的碳輸入均高于碳輸出，使得各處理均為碳凈輸入，表現(xiàn)出較強(qiáng)的碳匯特征。秸稈還田和施用有機(jī)肥的碳凈輸入均顯著高于對(duì)照，說(shuō)明兩種處理通過(guò)提高土壤有機(jī)碳含量和作物生物量來(lái)增加農(nóng)田系統(tǒng)的碳輸入。同時(shí)，免耕處理的碳凈輸入也相對(duì)較高，表明免耕能使土壤積累更多的有機(jī)碳而排放更少的CO2。此外，從表中可以看出，有機(jī)肥與秸稈配施的凈固碳量要低于單施處理和農(nóng)田免耕，可能的原因是雖然配施處理增加了土壤碳輸入量和作物的生物量產(chǎn)量，但是同時(shí)也提高了土壤的CO2排放量，導(dǎo)致了土壤的碳凈輸入較低。在本研究中，增施氮肥與傳統(tǒng)施肥相比增加了土壤中碳的凈輸入，但與其他單項(xiàng)管理措施相比效果不明顯。

表4 不同處理碳收支及平衡估算（kg/hm2）Table 4 Assessment of carbon budget in different treatments

通過(guò)本輪試驗(yàn)研究，建議考慮應(yīng)用秸稈還田、施用有機(jī)肥和農(nóng)田免耕措施來(lái)增加土壤中有機(jī)碳的含量，提高鹽漬農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳匯能力，以減緩因農(nóng)田土壤CO2排放而造成的全球氣候變化問(wèn)題。

4 結(jié)論

1） 所有處理與對(duì)照相比均增加了土壤的碳庫(kù)容量，同時(shí)也提高了鹽漬農(nóng)田土壤 CO2的排放水平，其中以秸稈還田和有機(jī)肥處理最為顯著。

2） 農(nóng)田免耕可以降低CO2的釋放，同時(shí)增加土壤中有機(jī)碳的含量。

3） 秸稈還田、有機(jī)肥的施用和農(nóng)田免耕處理提高了鹽漬農(nóng)田系統(tǒng)碳的輸入，表現(xiàn)出較強(qiáng)的大氣碳匯的功能。

參考文獻(xiàn)：

［1］ IPCC.政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)第四次評(píng)估報(bào)告第一工作組報(bào)告決策者摘要-氣候變化［R］.2007.http://wk.baidu.com/view/a657203143323968011c92a7

［2］ Lal R.Soil carbon sequestration impacts on global climate change and food security［J］.Science， 2004， 304 （5 667）: 1 623-1 627

［3］ 楊勁松.中國(guó)鹽漬土研究的發(fā)展歷程與展望［J］.土壤學(xué)報(bào)， 2008， 45（5）: 837-845

［4］ 段曉男， 王效科， 逯非， 等.中國(guó)濕地生態(tài)系統(tǒng)固碳現(xiàn)狀和潛力［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)， 2008， 28（2）: 463-469

［5］ 嚴(yán)慧峻， 劉繼芳， 張銳， 等.黃淮海平原鹽漬土有機(jī)質(zhì)消長(zhǎng)規(guī)律的研究［J］.植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)， 1997， 3（1）: 1-8

［6］ 范亞文.種植耐鹽植物改良鹽堿土的研究［D］.哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué)， 2001

［7］ 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析［M］.北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2005

［8］ Keith H， Wong S C.Measurement of soil CO2efflux using soda lime absorption: Both quantitative and reliable［J］.Soil Biology ＆ Biochemistry， 2006， 38: 1 121-1 131

［9］ 李成芳， 曹湊貴， 汪金平， 等.不同耕作方式下稻田土壤 CH4和 CO2的排放及碳收支估算［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 2009， 28（12）: 2 482-2 488

［10］ Li Y L， Wang L， Zhang W Q， et al.Variability of soil carbon sequestration capability and microbial activity of different types of salt marsh soils at Chongming Dongtan［J］.Ecological Engineering， 2010， 36: 1 754-1 760

［11］ 孟凡喬， 關(guān)桂紅， 張慶忠， 等.華北高產(chǎn)農(nóng)田長(zhǎng)期不同耕作方式下土壤呼吸及其季節(jié)變化規(guī)律［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 2006， 26（6）: 992-999

［12］ 黃斌.冬小麥、夏玉米輪作農(nóng)田土壤 CO2釋放與碳平衡的研究［D］.北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2004

［13］ 楊學(xué)明.利用農(nóng)業(yè)土壤固定有機(jī)碳—緩解全球變暖與提高土壤生產(chǎn)力［J］.土壤與環(huán)境， 2000， 9（4）: 311-315

［14］ 李華興， 盧維盛， 劉遠(yuǎn)金， 等.不同耕作方法對(duì)水稻生長(zhǎng)和土壤生態(tài)的影響［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)， 2001， 12（4）: 553-556

［15］ Franzluebbers A J， Hons F M， Zuberer D A.Tillageinduced seasonal changes in soil physical properties affecting soil CO2evolution under intensive cropping［J］.Soil and Tillage Research， 1995， 34: 41-60

［16］ Kleber M.Carbon exchange in humid grass land soils［D］.Stuttgart， Germany: University Hohenheim，1997

［17］ Lal R.Global potential of soil carbon sequestration to mitigate the green-house effect［J］.Critical Reviews in Plant Sciences， 2003， 22（2）: 151-184

［18］ 侯曉靜， 楊勁松， 趙曼， 等.耕作方式對(duì)濱海鹽漬土有機(jī)碳含量及團(tuán)聚體特性的影響［J］.土壤， 2015， 47（4）: 781-789

［19］ Wong V N L， Dalal R C， Greene R S B.Carbon dynamics of sodic and saline soils following gypsum and organic material additions: A laboratory incubation［J］.Applied Soil Ecology， 2009， 41: 29-40

［20］ Setia R， Marschner P， Baldock J， et al.Salinity effects on carbon mineralization in soils of varying texture［J］.Soil Biology ＆ Biochemistry， 2011， 43: 1 908-1 916

［21］ 侯曉靜， 楊勁松， 趙曼， 等.不同施肥措施對(duì)濱海鹽漬土有機(jī)碳含量的影響［J］.土壤， 2014， 46（5）: 780-786

［22］ Thomas G W， Haszler G R， Blevines R L.The effects of organic matter and tillage on maximum compactibility of soils using the Proctor test［J］.Soil Science， 1996， 161: 502-508

［23］ 張建兵， 楊勁松， 李芙榮， 等.有機(jī)肥與覆蓋對(duì)蘇北灘涂重度鹽漬土壤水鹽調(diào)控效應(yīng)分析［J］.土壤學(xué)報(bào)， 2014，51（1）: 184-188

中圖分類(lèi)號(hào)：S19；X37

DOI:10.13758/j.cnki.tr.2016.03.020

基金項(xiàng)目：①?lài)?guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41171181）資助。

* 通訊作者（jsyang@issas.ac.cn）

作者簡(jiǎn)介：米迎賓（1984—），男，吉林白城人，博士研究生，主要從事鹽漬土壤改良利用與碳平衡的研究。E-mail：ybmi@issas.ac.cn

Effects of Different Managements on CO2Emission and Carbon Balance in Coastal Saline Soils

MI Yingbin， YANG Jinsong*， YAO Rongjiang， YU Shipeng
（State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture （Institute of Soil Science， Chinese Academy of Sciences）， Nanjing 210008， China）

Abstract:To evaluate the effects of different management measures on carbon balance in the inshore saline farmland， field maize-wheat rotation experiments were conducted to study CO2emissions and corbon balance under different management measures.The treatments were: 1） conventional control （CK）； 2） application of organic fertilizer （OF）； 3） the increase of nitrogen fertilizer （NF）； 4） application of straw （S）； 5） application of organic fertilizer and straw （OF + S）； 6） no tillage （NT）.The results showed that the measures of straw returned and organic fertilizer application increased the intensity of soil respiration， and the no-tillage led to the minimum average CO2efflux.The average carbon emission rate under different measures followed the order: OF+S ＞ S ＞ OM ＞ NF ＞ CK ＞ NT.As crops harvest， soil organic carbon content increased in each treatment， and OF and NT led to the greatest increase in soil organic carbon， while NF did not significantly raise the level of soil organic carbon.The difference of soil organic carbon among different treatments was not significant.After the two cropping seasons， the carbon input was higher than carbon output in each treatment， which led to the net carbon input， showing the strong characteristics of carbon sink.The corbon net inputs in the treatments of S and OF were significantly higher than CK.These measures can effectively slow down the global climate change caused by the CO2emissions from farmland soils.

Key words:Saline farmland； CO2emission； Soil corbon pool； Carbon balance