玉米-大豆帶狀套作系統(tǒng)碳平衡研究.pdf

1、全球變化問題的突出，使集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食安全面臨著巨大挑戰(zhàn)，如何通過栽培管理措施，提高農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)糧食產(chǎn)出，同時也為減緩全球CO2濃度升高做出貢獻(xiàn)，是當(dāng)前作物栽培學(xué)和生態(tài)學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題。基于此，本研究于2012-2013年，選擇仁壽、樂至和雅安雨城3個地區(qū)，以玉米-大豆帶狀套作為研究對象，并以傳統(tǒng)套作、玉米單作、大豆單作和休閑地處理為對照，從作物碳截獲、土壤碳排放及土壤有機(jī)碳變化等方面，研究了玉米-大豆帶狀套作系統(tǒng)碳平衡特點(diǎn)及其

2、可能影響機(jī)制。并同時研究了玉米-大豆帶狀套作系統(tǒng)物質(zhì)生產(chǎn)和土壤肥力維持能力及其與相應(yīng)單作的差異。主要研究結(jié)果如下:
　　1.與單作和傳統(tǒng)套作相比，玉米-大豆帶狀套作能夠提高作物的碳截獲能力。與玉米單作相比，玉米，大豆帶狀套作對玉米凈光合速率和碳積累動態(tài)無顯著影響，但與大豆單作相比，會顯著降低共生期大豆凈光合速率和碳積累。帶狀套作系統(tǒng)生長季總的作物碳截獲約為0.94 kg C m-2，比傳統(tǒng)套作高5.96％，比玉米單作高23.9％，

3、比大豆單作高217.6％。帶狀套作歸還到土壤的作物截獲碳也顯著高于單作和傳統(tǒng)套作處理，秸稈不還田與還田情況下，分別比傳統(tǒng)套作高13.6％和7.4％，比玉米單作高59.1％和26.9％?；貧w分析表明，套作碳截獲能力的提高可能是由共生期作物葉面積指數(shù)增加和作物光合時間延長所引起。但逐步回歸表明，共生期葉面積指數(shù)的貢獻(xiàn)可能更大，逐步回歸模型為:y=173.83+188.4x，R2=0.941。
　　2與玉米單作相比，玉米-大豆帶狀套作共

4、生期土壤呼吸速率顯著降低（-11.8％）(P＜0.05），但與傳統(tǒng)套作無顯著差異，生長季平均土壤呼吸速率約為268.4 mg m-2 h-1。與玉米單作相比，玉米-大豆帶狀套作共生期土壤溫度降低、土壤含水量增加、冠層底部光合有效輻射也降低，相關(guān)分析表明，套作系統(tǒng)作物空間配置變化所引起的共生期土壤溫度下降、光截獲能力增強(qiáng)及土壤含水量升高，可能是造成套作共生期土壤呼吸速率低于玉米單作的重要原因。另外，帶狀套作種植系統(tǒng)共生期土壤呼吸速率存在空

5、間異質(zhì)性，具體表現(xiàn)為玉米條帶顯著高于大豆條帶和玉豆行間，土壤呼吸速率空間上的差異與作物根系生物量的空間差異存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系(y=327.51+1.531x，R2=0.827)，表明，帶狀套作系統(tǒng)作物根系生物量的空間分布不均引起土壤呼吸速率在空間上存在異質(zhì)性。
　　3綜合試驗(yàn)處理2年后3個試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)的平均值發(fā)現(xiàn)，玉米-大豆帶狀套作土壤有機(jī)碳(SOC)含量高于單作處理，分別比玉米單作和大豆單作高9.14％和5.76％，但與傳統(tǒng)套

6、作無差異。帶狀套作土壤理化性狀指標(biāo)與傳統(tǒng)套作也不存在顯著差異，但與單作相比，土壤容重(SBD)降低(-6.58％)，土壤含水量(SMC)、土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)、土壤堿解氮(AN)、土壤速效磷(AP)和土壤速效鉀(AK)的含量提高，分別提高10.26％、7.47％、14.79％、22.54％和12.47％，表明，套作模式在土壤肥力維持方面優(yōu)于單作處理。SOC與AN、AP、SMC存在正相關(guān)關(guān)系，而與SBD存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。但逐步回歸分析發(fā)現(xiàn)，

7、AP首先被引入到回歸模型，AN隨后也被引入到方程中，逐步回歸關(guān)系式為:SOC=0.610+0.325AP+0.199AN(R2=0.857，P＜0.001)，且SOC與秸稈還田碳也存在顯著的回歸關(guān)系，表明套作系統(tǒng)土壤有機(jī)碳含量的提高可能是由土壤肥力維持能力增強(qiáng)和作物截獲碳輸入土壤增加共同引起。
　　4套作系統(tǒng)作物生產(chǎn)碳投入與單作相比也相應(yīng)增加，碳投入的增加主要是由于肥料的增加所引起。但與玉米單作和傳統(tǒng)套作相比，帶狀套作的碳匯功能卻

8、顯著提高，生長季總凈初級生產(chǎn)(NEP)分別約提高41.6％和10.7％。且NEP與NPP存在極顯著的回歸關(guān)系，表明套作系統(tǒng)自然資源利用率的提高能夠顯著提高農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)作物碳匯功能。
　　5與單作相比，套作玉米產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成無顯著變化（P＞0.05），但會造成大豆產(chǎn)量和生物量一定程度的降低，分別約下降15.6％和37.8％。但帶狀套作系統(tǒng)總籽粒和干物質(zhì)產(chǎn)出高于單作和傳統(tǒng)套作，分別比玉米單作高17.8％和24.2％，比大豆單作分別高3

9、52.2％和211.7％，比傳統(tǒng)套作高5％和5.97％，土地當(dāng)量比(LER)約為1.83，顯著高于傳統(tǒng)套作(1.54)?；貧w分析表明，共生期葉面積指數(shù)、作物生長時間與系統(tǒng)總產(chǎn)量和生物量均存在顯著的回歸關(guān)系，產(chǎn)量(Yield)與共生期葉面積指數(shù)(LAI)和生長時間(TIME)的二元回歸方程為Yield=3026.186 LAI-5.04 TIME-2488.558;生物量(Biomass)與二者的二元回歸方程為Yield=6010.756