风沙半干旱区不同时期覆膜对玉米田固碳及碳平衡的影响

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb20191000714

中国农学通报 ›› 2020, Vol. 36 ›› Issue (30): 40-48.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb20191000714

所属专题：玉米；农业气象

• 资源·环境·生态·土壤·气象 • 上一篇下一篇

风沙半干旱区不同时期覆膜对玉米田固碳及碳平衡的影响

张哲¹(), 司鹏飞¹, 张旭³, 冯良山¹, 董雯怡², 刘恩科², 冯晨¹, 张燕卿², 孙占祥¹()

¹辽宁省农业科学院耕作栽培研究所/国家农业环境阜新观测实验站/辽宁省旱作农业节水工程技术中心,沈阳 110161
²中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所,北京 100081
³阜新市气象局,辽宁阜新 123000

收稿日期:2019-10-12 修回日期:2019-11-12 出版日期:2020-10-25 发布日期:2020-10-16
通讯作者: 孙占祥
作者简介:张哲,男,1984年出生,辽宁开原人,副研究员,博士,主要从事旱作节水农业研究。通信地址：110161 辽宁省沈阳市沈河区东陵路84号辽宁省农业科学院耕作栽培研究所,Tel：024-3102989,E-mail： chick409@126.com。
基金资助:
辽宁省科学事业公益基金(20180044);沈阳市中青年科技创新人才支持计划项目(RC200282);农业基础性长期性科技工作国家农业环境数据中心观测监测任务(ZX03S0601);国家重点研发计划(2016YFD0300204);国家自然科学基金青年基金(41807388);辽宁省农业科学院学科建设计划项目(2019DD062010);辽宁省兴辽英才计划(XLYC1908013);辽宁省兴辽英才计划(XLYC1807056);农业农村部农业科研杰出人才及其创新团队

Film Mulching During Different Periods: Effects on Carbon Fixation and Carbon Balance of Maize Field in Aealian Semi-arid Region

Zhang Zhe¹(), Si Pengfei¹, Zhang Xu³, Feng Liangshan¹, Dong Wenyi², Liu Enke², Feng Chen¹, Zhang Yanqing², Sun Zhanxiang¹()

¹Tillage and Cultivation Research Institute, Liaoning Academy of Agricultural Sciences/Fuxin Observation and Experimental Station for National Agricultural Environment/Engineering Research Centre for Dryland and Water-Efficient Farming of Liaoning, Shenyang 110161
²Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Science, Beijing 100081
³Fuxin Meteorological Bureau, Fuxin Liaoning 123000

Received:2019-10-12 Revised:2019-11-12 Online:2020-10-25 Published:2020-10-16
Contact: Sun Zhanxiang

摘要/Abstract

摘要：

通过对比秋季覆膜(AM)、春季覆膜(SM)和不覆膜(NM)3种模式栽培玉米对短期土壤有机碳储量和碳平衡影响的异同,旨在明确风沙半干旱区覆膜的固碳减排效应,为构建低碳地膜覆盖模式提供理论依据。结果显示,AM显著增加玉米籽粒产量、地上生物量和0~60 cm土层根系生物量(P<0.05);在0~100 cm土层,AM、SM、NM和初始的有机碳储量分别为83.7、84.2、89.2、90.53 Mg/hm²,各处理相同土层间差异不显著(P>0.05);NM、SM和AM土壤呼吸CO₂-C释放量平均值分别为2.10、2.09、2.37 Mg/(hm²·a),碳平衡分别为-522、-498、-474 kg CO₂-C/(hm²·a)。以上表明,AM增加系统碳输入的同时,增加了土壤呼吸碳排放,但在短期内不会引起土壤有机碳库的衰退,并能更大程度上减少单位面积产量的碳排放,是一种气候友好型的低碳农业技术。

关键词: 秋覆膜, 玉米, 有机碳, 土壤呼吸, 碳平衡

Abstract:

The paper aims to determine the mulching effect of carbon fixation and emission reduction in aealian semi-arid region and to provide a theoretical basis for constructing a low-carbon mulching pattern by comparing the effects of cultivating maize under 3 patterns of autumn mulching (AM), spring mulching (SM) and no mulching (NM) on the differences of short-term soil organic carbon storage and carbon balance. The results showed that: AM significantly increased the grain yield, aboveground biomass of maize and the root biomass of maize in 0-60 cm soil depth (P<0.05); in the 0-100 cm soil layer, the soil organic carbon storage of NM, SM, AM and initial was 89.2, 84.2, 83.7 and 90.53 Mg/hm², respectively, and there was no significant difference at the same soil layer (P>0.05); the average of soil respiration CO₂-C release of NM, SM and AM was 2.10, 2.09, 2.37 Mg/(hm²·a), respectively, and their carbon balance was -522, -498, -474 kg CO₂-C/(hm²·a), respectively. In conclusion, AM increases the carbon input of the system as well as the carbon emission of soil respiration, however, it will not cause the decline of soil organic carbon pool in the short term, and can reduce the carbon emission per unit area yield to a greater extent. So, AM is a climate-friendly low-carbon agricultural technology.

Key words: autumn film mulching, maize, organic carbon, soil respiration, carbon balance

中图分类号:

S158.1

张哲, 司鹏飞, 张旭, 冯良山, 董雯怡, 刘恩科, 冯晨, 张燕卿, 孙占祥. 风沙半干旱区不同时期覆膜对玉米田固碳及碳平衡的影响[J]. 中国农学通报, 2020, 36(30): 40-48.

Zhang Zhe, Si Pengfei, Zhang Xu, Feng Liangshan, Dong Wenyi, Liu Enke, Feng Chen, Zhang Yanqing, Sun Zhanxiang. Film Mulching During Different Periods: Effects on Carbon Fixation and Carbon Balance of Maize Field in Aealian Semi-arid Region[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2020, 36(30): 40-48.

图/表 9

参考文献 34

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内容	处理	具体操作
整地	3个处理一致	10月初将所有小区地膜移除,利用小型旋耕机灭茬统一整地,旋耕深度20 cm
覆膜	AM	秋季整地后,肥料一次性施入,并进行覆膜
	SM	春季播种前,肥料一次性施入,并进行覆膜
	NM	春季播种前,肥料一次性施入,不覆膜
播种	3个处理一致	2014年4月26日;2015年4月28日
收获	3个处理一致	2014年9月22日;2015年9月24日

内容	处理	具体操作
整地	3个处理一致	10月初将所有小区地膜移除,利用小型旋耕机灭茬统一整地,旋耕深度20 cm
覆膜	AM	秋季整地后,肥料一次性施入,并进行覆膜
	SM	春季播种前,肥料一次性施入,并进行覆膜
	NM	春季播种前,肥料一次性施入,不覆膜
播种	3个处理一致	2014年4月26日;2015年4月28日
收获	3个处理一致	2014年9月22日;2015年9月24日

农业投入	单位	CO₂排放系数/(kg CO₂-C/kg)
氮肥^[25]	kg N	2.10
磷肥^[25]	kg P₂O₅	0.22
钾肥^[25]	kg K₂O	0.14
农药^[25]	kg	4.99
地膜^[21]	kg	5.18
燃油^[25]	kg	0.92

农业投入	单位	CO₂排放系数/(kg CO₂-C/kg)
氮肥^[25]	kg N	2.10
磷肥^[25]	kg P₂O₅	0.22
钾肥^[25]	kg K₂O	0.14
农药^[25]	kg	4.99
地膜^[21]	kg	5.18
燃油^[25]	kg	0.92

年份	处理	籽粒产量	地上部生物量	0~60 cm土层根系生物量
2014	NM	12470±363.1b	27772±175.4b	4933±143.1b
	SM	12024±312.7b	27340±349.5b	5396±165.8ab
	AM	14280±330.3a	31744±291.1a	5734±131a
2015	NM	6850±303.2c	15984±376.9c	3691±121c
	SM	10940±239.0b	24588±270.6b	4728±127.2b
	AM	12120±300.5a	28536±647a	5741±124.9a

风沙半干旱区不同时期覆膜对玉米田固碳及碳平衡的影响

Film Mulching During Different Periods: Effects on Carbon Fixation and Carbon Balance of Maize Field in Aealian Semi-arid Region

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土层/cm	B	NM	SM	AM
0~10	7.9±0.59a	8.2±0.35a	8.6±0.32a	8.7±0.60a
10~20	7.8±0.61a	7.5±0.45a	7.6±0.60a	7.7±0.47a
20~30	7.5±0.67a	7.4±0.4a	7.4±0.42a	6.9±0.61a
30~40	7.4±0.69a	7.3±0.46a	6.9±0.53a	6.5±0.70a
40~50	6.6±0.50a	6.5±0.50a	5.9±0.35a	5.6±0.62a
50~60	6.3±0.26a	5.6±0.60ab	4.8±0.47b	4.9±0.35ab
60~80	5.3±0.55a	4.9±0.29a	4.3±0.57a	4.4±0.35a
80~100	5.0±0.52a	5.4±0.35a	4.8±0.46a	5.0±0.42a

土层/cm	B	NM	SM	AM
0~10	1.36±0.032a	1.35±0.047a	1.38±0.040a	1.39±0.080a
10~20	1.42±0.055a	1.42±0.061a	1.41±0.072a	1.45±0.082a
20~30	1.43±0.062a	1.45±0.056a	1.43±0.080a	1.45±0.091a
30~40	1.38±0.051a	1.39±0.046a	1.35±0.056a	1.44±0.050a
40~50	1.47±0.090a	1.44±0.060a	1.44±0.075a	1.41±0.100a
50~60	1.48±0.047a	1.42±0.066a	1.43±0.131a	1.39±0.085a
60~80	1.41±0.052a	1.45±0.061a	1.47±0.061a	1.41±0.062a
80~100	1.38±0.040a	1.4±0.067a	1.43±0.035a	1.4±0.079a

农业投入碳排放来源	二氧化碳排放当量[/kg CO₂-C/(hm²·a)]
农业投入碳排放来源	NM	SM	AM
氮肥	325	325	325
磷肥	10	10	10
钾肥	6	6	6
农药	1	1	1
地膜	0	325	325
农机燃油	20	20	20
总计	363	688	688
碳排放/籽粒产量/ (kg CO₂-C/kg grain)	0.038	0.060	0.052

	项目	二氧化碳排放当量/[kg CO₂-C/(hm²·a)]
	项目	NM	SM	AM
碳输入	籽粒	4444	5282	6072
	秸秆	4727	5605	6566
	根系	1940	2278	2582
	总计	11111	13165	15220
碳输出	籽粒收获	4444	5282	6072
	秸秆移出	4727	5605	6566
	农业投入排放	363	688	688
	土壤呼吸	2100	2089	2368
	总计	11633	13663	15694
碳平衡		-522	-498	-474
净碳排放/籽粒产量/(kg CO₂-C/kg grain)		0.054	0.043	0.036

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