长期施肥对华北平原农田土壤呼吸及碳平衡的影响

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1、生态环境学报2009,18(3):1054-1060http://www.jeesci.comEcologyandEnvironmentalSciencesE-mail:editor@jeesci.com长期施肥对华北平原农田土壤呼吸及碳平衡的影响*牛灵安，郝晋珉，张宝忠，牛新胜，吕振宇中国农业大学曲周实验站，河北曲周057250摘要：在具有21年历史的长期定位试验地，研究了土壤温度变化、不同施肥处理对土壤释放CO2及小麦（TriticumaestivumL.）、玉米（ZeamaysL.）吸收CO2量的影响，进而明确在华北平原小麦-玉米轮作制的农田生态系统中碳素平衡问题。研究****

2、表明：土壤释放CO2的量与土壤温度呈明显的正相关，相关系数分别达到r=0.717（5cm地温）和r=0.764（10cm地温）。进一步研究表明：在小麦生育期，施氮、磷各处理土壤释放CO2的数量随气温而增加，氮、磷肥配合的各处理与对照和单施氮、磷肥处理之间有显著的差异（P＜0.05）；但是2个处理组合（氮、磷肥配合、单施氮、磷肥）之内各处理之间差异不显著。土壤温度在10～20℃之间单施氮、磷肥无助于改变土壤释放CO2的量，而氮、磷肥配合施用可以明显地增加土壤释放CO2的量。不施肥与单施氮、磷肥处理麦田土壤呼吸释放的CO2量大于小麦固定的CO2量，向大气净排放的CO2量达0.83～-2-

3、23.73thm，而氮、磷肥配合处理的麦田从大气中净吸收的CO2量达7.89～12.49thm。在玉米生育期，土壤释放CO2的量-2-1-2-1-2-1在7月中旬达到最高值（12.40～22.52g·m·d），9月中旬降到最低（6.19～8.20g·m·d）。施用N540kg·hm·a，P2O5135-2-1-2-1kg·hm·a的处理（N2P2）释放的CO2量与施用N270kg·hm·a的处理（N1）之间差异不显著，与其它各处理之间差异显著（P＜0.05），表明在玉米生育期长期施用高量氮、磷肥明显地影响到土壤释放CO2的量。玉米不但可以吸收土壤释放的CO2，还要从大气中吸收大量CO

4、2，即在玉米生育期的农田生态系统可以降低大气中CO2的含量。总之，在华北平原小麦-玉米轮作制的农田生态系统土壤呼吸不会增加大气中CO2的含量，相反则有可能减少其含量。关键词：土壤呼吸；碳平衡；农田生态系统；氮；磷中图分类号：X144文献标识码：A文章编号：1674-5906（2009）03-1054-07土壤呼吸作用是全球碳循环中一个重要过程，现为NPP随气候变暖而增加，土壤呼吸速率在不同是土壤碳以CO2形式流向大气圈的主要途径，土壤的气候条件下有很大的差异。呼吸是陆地生态系统碳循环的一个重要组成部分。近20a来，中国学者尤其对森林生态系统在全[1-3][4-5][6][19-21]

5、土壤呼吸不仅受到温度、湿度、pH值和风球变化中的作用等方面作了许多探索。对草地[7][22-26]速等环境条件的影响，而且还受到有关生物过程生态系统的碳过程也作了一些研究。测定不同[8-9][10]如植被、土壤动物、土壤微生物以及人为因陆地生态系统土壤呼吸速率及其时空波动，阐明控[11][12][13]素，如土地利用、森林砍伐、环境污染及氮制土壤CO2释放量的环境因子和人为因素的影响，[14]素过量施用等因素的影响。对于全球碳平衡预算和估计全球变化的潜在效应研究表明土壤呼吸释放的CO2中约30%~50%是最为基础的数据，是全球变化研究的重点内容。来自根系的活动或自养呼吸作用，其余部分

6、主要源然而，土壤呼吸又是碳循环最主要的环节和研究最[27]于土壤微生物对有机质的分解作用，即异养呼吸作为薄弱的部分，尤其是农田生态系统土壤呼吸的[15][28-29]用。所以，土壤的CO2通量与植物生长密切相关，研究虽然有些进展，但有许多方面有待于进一植物生长为分解者提供有机残留物。当新鲜有机碳步深入研究。本文试图通过长期定位试验探讨施用加入到土壤中时，土壤呼吸速率增大。土壤呼吸速氮、磷肥对华北平原农田生态系统土壤呼吸的影响率和净初级生产力(NPP)之间存在正相关关系以及作物所吸收的CO2量，推算农田土壤CO2平衡，2[16](r=0.87)。为此，对不同生态系统碳的固定或生为进一步

7、研究减少土壤CO2排放的措施，为碳平衡产力的研究是全球碳循环研究的热点之一。如对美研究提供理论依据。国威斯康星北部的森林生态系统进行的模拟研究1研究方法表明气候变暖可以显著增加森林的净第一性生产1.1研究地区概况[17][18]力。Cao等研究了全球范围内NPP在20世纪曲周试区位于河北省邯郸市东北部(东经80－90年代的变化，结果显示，在全球各大洲均表114°50′22.3″~115°13′27.4″，北纬36°34′43″~基金项目：国家支撑计划基金项