不同耕作模式下麦田土壤温室气体排放和小麦产量_陈甜.pdf

不同耕作模式下麦田土壤温室气体排放和小麦产量不同耕作模式下麦田土壤温室气体排放和小麦产量陈甜，于振文，石玉*，张永丽（山东农业大学农学院/作物生物学国家重点实验室/农业农村部作物生理生态与耕作重点实验室，山东泰安271018）摘要:【目的目的】研究不同耕作模式对麦田土壤温室气体排放和小麦产量的影响，以期为实现小麦生产中固碳减排、绿色高产提供参考。【方法方法】供试小麦品种为济麦 22。本研究基于 2007 年的耕作模式田间定位试验，于 20202021 年小麦生长季选择 4 种耕作模式，即常年翻耕(P)、常年旋耕(R)、常年少免耕(S)和隔两年深松+少免耕(SS)。采集 045cm 土层土壤样品，测定不同耕作模式下直径0.25mm 的土壤团聚体、土壤有机碳和土壤微生物量碳含量，利用静态暗箱气相色谱法测定温室气体排放通量，成熟期测定籽粒产量及产量构成因素。【结果结果】SS 处理 015cm 土层直径0.25mm 的土壤团聚体含量与 S 处理无显著差异，显著高于 P 和R 处理，1545cm 土层显著高于其他处理；045cm 土层土壤有机碳含量和土壤微生物量碳含量最高；小麦生长季温室气体全球变暖潜力 SS 处理较 S 处理增加了 7.9%，较 P 和 R 处理分别降低了 12.2%和 7.3%；SS 处理温室气体排放强度较 P、R 和 S 处理分别减少了 28.6%、28.6%和 16.7%。在成熟期，SS 处理的千粒重较 P、R 和 S 处理分别提高了 4.7%、8.7%和 9.6%，籽粒产量较 P、R 和 S 处理分别增加了 7.1%、14.2%和 19.4%。【结论结论】隔两年深松+少免耕(SS)处理增加了 045cm 土层直径0.25mm 的土壤团聚体含量，提高了土壤有机碳和微生物量碳含量，降低了温室气体排放强度，并获得小麦高产。综上所述，隔两年深松+少免耕(SS)处理是兼顾产量和环境效益的最佳耕作模式。关键词:小麦；耕作模式；温室气体排放；产量Soil greenhouse gas emission and yield in wheat fieldsunder different tillage patternsCHENTian,YUZhen-wen,SHIYu*,ZHANGYong-li(College of Agriculture,Shandong Agricultural University/State Key Laboratory of Crop Biology/Key Laboratory of CropEcophysiology and Farming System,Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Taian,Shandong 271018,China)Abstract:【Objectives】Theeffectsofdifferenttillagepatternsonsoilgreenhousegasemissionandyieldinwheatfieldswerestudiedinordertoprovideareferenceforachievinghighcarbonsequestrationandyield.【Methods】TheJimai22wheatvarietywastestedunderfourtillagetreatments(perennialplowingtillage,P;perennialrotarytillage,R;perennialminimumandnotillage,S;andminimumandnotillagewitha2-yearsubsoilinginterval,SS)duringthewheatgrowingseasonsof2020and2021.Soilsamplesof045cmsoillayerswerecollectedineachtodeterminethecontentofsoilaggregateswithdiameter0.25mmaswellasthecontentofsoilorganiccarbonandmicrobialbiomasscarbonacrossthetillagetreatments.Greenhousegasemissionfluxesweremeasuredusingstaticclosedchamber-gaschromatography.Grainyieldandyieldcomponentsweremeasuredatmaturity.【Results】Thecontentofsoilaggregatewithdiameter0.25mminthe015cmsoillayerunderSStreatmentwassimilartothatunderStreatment,buthigherthanthoseinPandRtreatments.Thesoilaggregatein1545cmsoillayerwassignificantlyhigherthanthoseofothertreatments.Thecontentofsoilorganiccarbonandmicrobialbiomasscarboninthe045cmsoillayertreatedwithSSwasthehighest.Inthewheatgrowingseason,theglobalwarmingpotentialofgreenhousegasesunderSStreatment植物营养与肥料学报2023,29(1):817doi:10.11674/zwyf.2022226JournalofPlantNutritionandFertilizershttp:/www.plantnutrifert.org收稿日期：20220428接受日期：20220719基金项目：国家自然科学基金项目（32172114,31771715）；财政部和农业农村部国家现代农业产业技术体系（CARS-03-18）。联系方式：陈甜E-mail:；*通信作者石玉E-mail:increasedby7.9%,comparedwithStreatment,anddecreasedby12.2%and7.3%comparedwithPandRtreatments,respectively.ComparedwithP,R,andStreatments,thegreenhousegasemissionintensityofSStreatmentdecreasedby28.6%,28.6%,and16.7%,respectively.Atmaturity,the1000-kernelweightunderSStreatmentincreasedby4.7%,8.7%,and9.6%,comparedwithP,R,andStreatments,whilethegrainyieldofSStreatmentincreasedby7.1%,14.2%,and19.4%,respectively.【Conclusions】SStreatmentincreasedthecontentofaggregateswithdiameter0.25mminthe045cmsoillayer,aswellasthecontentofsoilorganiccarbonandmicrobialbiomasscarbon,reducedtheintensityofgreenhousegasemissionsandpromotedhigheryield.Tosumup,theSSpatternisthebesttillagetreatmentforbetteryieldandenvironmentalbenefits.Key words:wheat;tillagepattern;greenhousegasemission;yield黄淮海麦区为我国小麦主产区，其小麦产业发展直接影响着我国的粮食安全。耕作模式作为改善土壤结构，调节土壤紧实度、透气性及养分的重要措施，对促进小麦的生长发育、实现小麦高产高效生产具有重要作用1。传统的旋耕会导致土壤耕层变浅、透水透气性变差，降低了土壤耕层的生产能力，进而使作物根系发育不良，不利于小麦高产2，而合理的耕作模式可以降低土壤容重，增加土壤养分含量，延缓土壤中有机质的分解，提高土壤对碳的固持，进而增加土壤有机碳储量和提高小麦产量。耕作模式因对土壤扰动程度有所差异，故对土壤有机碳组分的影响也有差别。土壤团聚体是构成土壤结构的基础，与土壤有机碳组分相互制约3。研究表明，翻耕会破坏土壤大团聚体，进而影响土壤有机碳储量，免耕则通过提高土壤有机碳储量，加强了土壤颗粒的胶结作用，从而构成了土壤团聚体4。免耕条件下还有利于增加土壤大团聚体含量，促进土壤有机碳的积累5。Guo 等6研究表明，在小麦播种前进行免耕，小麦两生长季收获后 020cm土层土壤有机碳含量较旋耕处理分别增加 5.6%和7.2%，免耕还增加了土壤微生物数量，促进了土壤中微生物的繁殖活动，提高了土壤微生物量碳含量7。另有研究表明，深松较旋耕有利于改善土壤微生态环境，显著提高了 2040cm 土层土壤微生物量碳储量8。耕作模式在改变土壤结构和土壤温湿度的同时也影响着土壤温室气体的排放。研究表明，与翻耕和旋耕等传统耕作模式相比，免耕易形成较硬的犁底层，增加了土壤容重，提高了土壤湿度，促进了土壤有机质的厌氧分解，导致 CH4气体排放910。由于免耕保持了良好的耕层结构，有效的减少了 N2O和 CO2气体排放量1112。另有为期 4 年的田间定位研究表明，深松相较于旋耕减少了土壤中 N2O 和 CO2的排放量，且在产量方面具有显著优势，有利于降低温室气体的排放强度13。综上所述，前人的研究多集中于单一的耕作模式对土壤理化性质和产量的影响，而关于组合型耕作模式对环境效益的长期影响研究尚少，因此，本试验拟在定位 14 年的试验基础上，设置深松与少免耕组合模式，通过分析土壤温室气体排放和麦田产量的差异，探究平衡产量和环境效益的最优耕作模式，以期为实现小麦绿色生产提供理论依据。1 材料与方法1.1 试验地概况田间试验于 20202021 年小麦生长季在山东省济宁市兖州区小孟镇史家王子村院士试验站(3540N，11641E)进行。试验田土壤类型为潮土，该区为温带季风气候，平均气温 13.6，年平均降水量 733mm。播种前 020cm 土层土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾含量分别为 14.5g/kg、1.30g/kg、119mg/kg、44.1mg/kg 和 115mg/kg。1.2 试验设计供试品种为济麦 22。试验从 2007 年开始，设置 4 种耕作模式，即常年翻耕、常年旋耕、常年少免耕和隔两年深松+少免耕(深松年份为 2007、2010、2013、2016、2019)，分别用 P、R、S 和 SS 表示，不同耕作模式的作业程序如表 1。小区面积为 160m2(4m40m)，每个处理 3 次重复。小麦在播种前施入 N105kg/hm2、P2O5150kg/hm2和 K2O150kg/hm2做基肥，拔节期追施 N135kg/hm2。钾、磷、氮肥分别选用硫酸钾、磷酸二铵和尿素。三叶一心期定苗，留苗密度为 180 株/m2，其他田间管理措施同高产田。1.3 测定项目与方法1.3.1土壤团聚体的测定于播种前、越冬期、拔节期、开花期和成熟期，取 015、1530、3045cm1期陈甜，等：不同耕作模式下麦田土壤温室气体排放和小麦产量9土层有代表性的原状土壤，每个处理选取 5 个样点。利用干筛法和湿筛法，测定土壤中直径0.25mm的土壤团聚体含量1415。1.3.2土壤有机碳组分的测定于拔节期、开花期和成熟期取 015、1530、3045cm 土层土样，每个处理选