不同耕作措施下小麦–玉米轮作农田温室气体交换及其综合增温潜势

分类： 农、林、牧、渔 >> 农业基础学科 提交时间： 2017-11-07 合作期刊: 《中国生态农业学报》

闫翠萍 张玉铭 胡春胜 董文旭 王玉英 李晓欣 秦树平

摘要： 研究不同耕作措施下小麦-玉米轮作农田N2O、CO2 和CH4 等温室气体的综合增温潜势, 有助于科学评价农业管理措施在减少温室气体排放和减缓全球变暖方面的作用, 为制定温室气体减排措施提供依据。基于2001 年开始的位于华北太行山前平原中国科学院栾城农业生态系统试验站的不同耕作与秸秆还田方式定位试验, 应用静态箱/气相色谱法于2008 年10 月冬小麦播种时开始, 连续两个作物轮作年动态监测了秸秆整秸覆盖免耕播种(M1)、秸秆粉碎覆盖免耕(M2)、秸秆粉碎还田旋耕(X)、秸秆粉碎还田深翻耕(F)和无秸秆还田深翻耕(CK, 代表传统耕作方式)5 种情况下冬小麦-夏玉米轮作农田土壤N2O、CO2 和CH4 排放通量, 并估算其排放总量。试验期间同步记录每项农事活动机械燃油量、灌溉耗电量、施肥量, 依据燃油、耗电和单位肥料量的碳排放系数统一转换为等碳当量, 测定作物产量、地上部生物量, 估算农田碳截存量, 根据每个分支项对温室效应的作用估算了5 个处理的综合增温潜势。结果表明, 华北小麦-玉米轮作农田土壤是N2O 和CO2的排放源, 是CH4 的吸收汇, 每年M1、M2、X、F 和CK 农田土壤N2O 排放总量依次为2.06 kg(N2O-N)·hm-2、2.28 kg(N2O-N)·hm2、2.54 kg(N2O-N)·hm2、3.87 kg(N2O-N)·hm2 和2.29 kg(N2O-N)·hm2, CO2 排放总量依次为6 904 kg(CO2-C)·hm2、7 351 kg(CO2-C)·hm2、8 873 kg(CO2-C)·hm2、9 065 kg(CO2-C)·hm2 和7 425 kg(CO2-C)·hm2,CH4 吸收量依次为2.50 kg(CH4-C)·hm2、1.77 kg(CH4-C)·hm2、1.33 kg(CH4-C)·hm2、1.38 kg(CH4-C)·hm2 和1.57 kg(CH4-C)·hm2。M1 和M2 处理农田生态系统综合增温潜势(GWP)均为负值, 表明免耕情况下农田生态系统为大气的碳汇, 去除农事活动引起的直接或间接排放的等当量碳, 每年农田生态系统净截留碳947~1 070 kg(C)·hm2;其他处理农田生态系统的GWP 值均为正值, 表明温室气体是由系统向大气排放, CK、F 和X 每年向大气分别排放等当量碳3 364 kg(C)·hm2、989 kg(C)·hm2 和343 kg(C)·hm2。故华北小麦玉米轮作体系中, 秸秆粉碎还田旋耕是最优化的耕作措施, 其温室效应相对较低, 而又能保证较高的经济产量。

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