秸秆还田对寒地玉米田土壤CO2排放及土壤温度的影响

秸秆还田对寒地玉米田土壤 CO2排放及土壤温度的影响

孙淑荣 岳东

黑龙江省齐齐哈尔市富裕县气象局  黑龙江 齐齐哈尔市   161000 黑龙江省齐齐哈尔市克东县气象局 黑龙江 齐齐哈尔市克东县   164800

摘要：为研究秸秆还田对寒地玉米田土壤CO₂排放及土壤温度的影响，以秸秆不还田为对照，设置秸秆覆盖还田和秸秆翻埋还田3个处理，研究和土壤CO₂排放及土壤温度变化特征，结果表明，随生育进程的推进，玉米田土壤CO₂排放量呈先升高后降低的变化趋势，在全生育期均是秸秆翻埋还田最多，5 cm、10 cm和15 cm深度土壤温度各处理在抽雄期达到最大值，在各生育期表现为秸秆翻埋还田＞秸秆覆盖还田＞对照。因此，秸秆还田均能够在一定程度上增加CO₂排放量，提高土壤温度，对环境影响较大。

关键词：玉米田；土壤；秸秆还田；CO₂排放；温度

玉米是我国主要的粮食作物之一，近年来玉米的种植面积越来越大，为作物增产及农民增收带来较大的效益，秸秆是农作物收获后的副产品，由于人们对秸秆的高效利用没有深入的了解，燃烧便成为处理秸秆的主要方法，但是秸秆燃烧不仅污染环境，还造成资源浪费^[1]。近年来，随着国家对可持续发展战略的深入实施和大力倡导，秸秆的利用率大大提高，在肥料、燃料、饲料等领域广泛应用，随着科技水平的进步，秸秆的利用技术不断完善，秸秆利用率不断提高^[2]。秸秆还田是秸秆主要利用方式之一^[3]，秸秆还田减少了焚烧带来的环境污染，同时，秸秆还田在土壤中腐烂分解，释放有机质、腐殖酸等营养成分，能够提高土壤孔隙度、改善土壤理化性质，增强土壤保肥水能力，有利于增加产量^[4]。还田秸秆还是影响碳固存的重要的因素，有机质的分解产生的炭以CO₂的形式释放到大气中^[5]，因此，本试验设计秸秆还田后玉米田土壤CO₂排放及土壤温度的变化特征，为进一步推广秸秆还田提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点及材料

试验于2019年进行，供试材料为京科968，试验地土壤基础肥力：碱解氮104.67 mg/kg，速效磷 85.15 mg/kg，速效钾146.71 mg/kg，有机质25.28 g/kg，pH=6.82。供试肥料为尿素(46% N)、过磷酸钙(17.5% P₂O₅ )和氯化钾(60% K₂O)。

1.2 实验设计

试验于2019年进行，试验共设3个处理，以秸秆不还田为对照（CK）、秸秆全量粉碎覆盖还田（T1）和秸秆全量粉碎翻埋还田（T2），于上一季玉米收获后，进行处理，每处理施氮（N）180 kg/hm²，磷（P₅O₂）90kg/hm²，钾（K₂O）90 kg/hm²。每小区8垄，垄宽0.65 m，长7 m，面积约36.4 m²，每处理重复3次，随机排列。试验分别在玉米拔节期、灌浆期和成熟期进行取样。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 CO2气体排放通量的测定

分别于玉米拔节期、抽雄期、乳熟期和成熟期采用静态箱采集CO₂气体用气相色谱 (Agilent 7820A, USA)分析 CO2浓度变化。

计算公式: F=ρ×V/A×Δc/Δt×273/(273+T)

式中: F为气体排放通量，CO2 单位为 mg·m^2 ·h^1，为标准状态下气体的浓度，V为采样箱体积(m³ )，A 为采样箱底面积(m² )，Δc为气体浓度差，Δt为采样时间间隔(h)，T为采样温度(℃)。

1.3.2 土壤温度的测定

分别于玉米拔节期、抽雄期、乳熟期和成熟期用地温表测定耕层5 cm、10 cm和15 cm的土壤温度。

1.4 数据分析方法

测定数据采用Microsoft Excel 2010和SPSS 17.0版软件进行处理和分析，多重比较釆用Tukey法。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田对寒地玉米田土壤CO2排放量的影响

由图1可知，随生育进程的推进，玉米田土壤CO₂排放量呈先升高后降低的变化趋势，在全生育期均是T2＞T1＞CK，在拔节和抽雄期各处理间差异均显著，在乳熟期和成熟期，T2处理显著高于CK，和T1 没有显著差异。

图1秸秆还田对寒地玉米田土壤CO₂排放量的影响

2.2 秸秆还田对寒地玉米田土壤温度的影响

由图2可知，秸秆还田能够显著影响玉米田土壤温度的变化，其中，5 cm深度土壤温度在拔节期没有明显差异，在抽雄到成熟期均是T2＞T1＞CK，且随生育进程的推进土壤温度呈先升高后降低的变化趋势，10 cm深度土壤温度在拔节期到成熟期均是T2＞T1＞CK，随生育进程的推进土壤温度呈先升高后降低的变化趋势。15 cm深度土壤温度在拔节期到成熟期均是T2＞T1＞CK，随生育进程的推进土壤温度呈先升高后降低又升高的变化趋势。

图2秸秆还田对寒地玉米田土壤温度的影响

3 讨论

近年来，全球变暖的趋势受到广泛的关注，温室气体的排放和全球变暖由直接的影响，其中CO₂是重要的温室气体^[6]，研究表明，农业生产是CO₂排放的重要组成部分，尤其是随着粮食需求的不断增加，不合理的耕作耕作管理，加剧了温室气体排放^[7]，研究表明，秸秆还田一方面减少了焚烧造成的污染，但是也加CO₂排放，本研究结果表明，随生育进程的推进，玉米田土壤CO₂排放量呈先升高后降低的变化趋势，在全生育期均是T2＞T1＞CK，主要是由于秸秆在微生物作用下矿化分解释放了大量的CO₂，而CO₂排放随生育进程呈先升高后降低主要跟玉米秸秆的物质组成有关，在秸秆还田初期，主要是分解容易分解的可溶性有机物，而在后期，则主要分解纤维素、木质素等难溶解的物质。

温度是影响土壤微生物活动及根系生长的重要环境因素^[8]。本研究结果表明，秸秆还田能够显著影响玉米田土壤温度的变化，5 cm、10 cm和15 cm深度土壤温度各处理在抽雄期达到最大值，在各生育期表现为秸秆翻埋还田＞秸秆覆盖还田＞对照。土壤温度较高一方面是由于秸秆在地表起到保温的作用，另一方面，秸秆还田增加了微生物群落，大量的微生物在土壤中生活繁殖，释放热量。因此，秸秆还田均能够在一定程度上增加CO₂排放量，提高土壤温度，对环境影响较大。

参考文献

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[3] 孙桂兰,冯克云,赵欣欣等.有机肥替代化肥对棉花生长发育和产量的影响[J/OL].新疆农业科学,2020(04):762-769[2020-04-09].

[4] 吴鹏年,王艳丽,侯贤清,李培富.秸秆还田配施氮肥对宁夏扬黄灌区滴灌玉米产量及土壤物理性状的影响[J].土壤,2020,52(03):470-475.

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[6]刘杏认,张星,张晴雯,等.施用生物炭和秸秆还田对华北农田CO_2、N_2O排放的影响[J].生态学报,2017,37(20):6700-6711.

[7]杨旭,兰宇,孟军,陈温福.秸秆不同还田方式对旱地棕壤CO_2排放和土壤碳库管理指数的影响[J].生态学杂志,2015,34(03):805-809.

[8]张丽华,徐晨,于江,等.半湿润区秸秆还田对土壤水分、温度及玉米产量的影响[J].水土保持学报,2021,35(04):299-306.