作者：秦子? 劉子琪 曾慶亞 張爽 梁子晨 單位：東北師范大學城市與環境科學學院 洮南市城市職業技術教育中心

1材料與方法

1．1試驗地點試驗田位于吉林省四平市梨樹縣梨樹鎮高家村，地理坐標為124°14'E，43°18'N，屬溫帶半濕潤季風大陸性氣候，年平均氣溫5．8℃，年降水量平均為577．2mm，海拔158．7m。該地區主要為一年一熟制春玉米種植區。

1．2試驗設計選擇了4塊樣地，每塊面積2000m2。在控制施肥量和秸稈還田量的雙重因子下，設如下處理:①減施化肥且秸稈不還田;②減施化肥且秸稈67%還田;③減施化肥且秸稈100%還田。以常量施化肥且秸稈不還田作為對照(CK)。減施化肥、常規施肥分別為施用玉米復合肥(28-15-12)450、675kg/hm2。5月22日播種、施肥同時進行，6月28日追肥。與傳統耕作技術相比，該研究采用的保護性耕作可以有效地提高土壤有機質含量，改善土壤物理性質，提高單位作物產量［12］。

1．3測定項目與方法試驗以每月2次為測定頻率，每次測定項目為含水量和土壤碳排放量，不定期保存土樣以進行有機質、NPK等參數的對比測定。有關土壤碳排放量的研究一般采用封閉式靜態器室法、土壤類型法、遙感法、模型法、相關關系統計法等［13］。該試驗采用封閉式靜態氣室法(CSC)，即采用堿石灰在封閉氣室中吸收土壤所產生的二氧化碳。采用40cm×40cm×40cm的密閉玻璃氣室，寬度的選擇適用于兩壟間距(65cm)，而高度的選擇則保證了氣體在土壤內外的循環暢通［14］，以使試驗結果更貼近實際的土壤呼吸量。測定時間為24h，每個試驗組取3組平行試驗進行測定。由于降雨量和溫度的劇烈變化會對土壤有機碳庫造成極大地影響［15］，每次試驗時應避免陰雨或其他極端天氣，以減少實驗誤差。

2結果與分析

2．1碳排放量的變化情況有研究表明，施肥、輪作以及作物覆蓋都能降低CO2排放量，提高土壤固碳效率［16］，但其影響程度具有差異性。從圖1可以看出，碳排放量整體水平為對照(CK)＞處理③＞處理②＞處理①。處理③、②的碳排放量都大于處理①，而處理③、②之間碳排放量水平相差不大，碳排放量最大的為對照(CK)。由此可以看出，施肥和秸稈還田都使得二氧化碳的排放量增加，且施肥的效用更加明顯。各處理碳排放隨著玉米生長期的變化呈現不同程度的波動，但波動差異微小。波動原因較多，如高降水量會降低土壤呼吸量，而較高的溫度則對應較大的土壤呼吸量［17］。在作物的不同生長期，根呼吸作用強度會呈現不同的變化趨勢，周圍環境的變化也會對微生物活性造成影響。在10月玉米收割后，各處理碳排放量都降到低谷，均在4g/(m2•d)以下。其原因主要為收割后植物根呼吸降到最低谷，而氣溫的下降也使得微生物活動變弱［18］。

2．2土壤含水量的變化情況含水量是農業生產中衡量農業土壤土質的重要參數之一。從圖2可以看出，各層土壤含水量整體水平為處理③＞處理②＞對照(CK)＞處理①，即秸稈還田和施化肥都使得土壤含水量上升，且秸稈還田的作用更加明顯;隨著土壤深度的增加，各處理含水量都有小幅度的增加。

2．3玉米產量10月中旬玉米收割完畢后，對各處理玉米產量進行了統計。從表1可以看出，由于2010年整個吉林省大部分地區降水量異常充足，產量比2011年高。2010年對照(CK)玉米產量最高，其次是處理③，比正常施肥種植減產10．09%，比處理①減產7．28%;而2012年對照和處理間差異則更小，減產幅度控制在1．08%～6．02%。可見，當減少化肥施入量，產量會有所下降，但是秸稈作為一種生物肥，對產量起到一定的提升和保護作用。當全量覆蓋還田時，這種效果更佳。

2．4含水量與碳排放量的線性關系通常意義下，在排除含水量最高和最低的極端條件下，土壤含水量與土壤碳排放應該是正反饋。因此，用含水量和碳排放量數據進行對比分析，驗證兩者的關系。從圖3可以看出，土壤碳排放量和含水量大體上呈現線性關系。這一結果是與以往的研究結論大體趨于一致的。CO2的排放量是土壤呼吸的重要指標，與各層土壤含水量有著相互影響和制約的關系，一般情況下有正反饋的作用。為了真正理清土壤濕度對土壤碳排放量的影響，必須進行調控土壤水分的單因子試驗，即對其他環境因子如土壤溫度、pH、生物條件等進行必要的調控。因此，在野外試驗條件下，以上的數據比較結果是不能作為兩者關系的重要相關性參考。

土壤CO2的釋放主要來自有氧代謝，大體可分根呼吸、凋落物分解、微生物呼吸和有機質氧化4個部分，其中根呼吸作用貢獻最大，可占總排放量的50%［14，19］，而農業生態系統具有生物種類少、食物鏈單一等特點，所以這一比值將進一步增大［20］?；实氖┤朐黾恿藸I養物濃度，使得根呼吸速度得以提高，組織生長更快，能量的需求也相應升高。較高的生長呼吸水平對應較高的CO2釋放量。秸稈還田同樣會提高根呼吸速度。由于并不是直接突然增加底物濃度，效果并沒有化肥的施入那么明顯，而是一個相對緩慢的過程。秸稈覆蓋極大地增加了凋落物庫。凋落的分解需要在土壤動物和微生物的共同作用下完成。這一過程會釋放部分CO2，而土壤微生物活性也會得到相應的增強。研究證明，秸稈代替部分化肥可有效地降低碳排放量。但從土壤呼吸和土質的角度上進行分析，秸稈起到了保護作用，增加了微生物活性，達到了保水、保質的效果。而化肥只是提高了植物的生長速率，提高了生產量?；实氖褂脮淖兺寥赖奈锢砘瘜W性質，造成土壤營養和pH失衡，抑制土壤動物和微生物的正常作用［21］。長期過量施用會對農業土壤造成不可估量的危害。3結論與討論筆者在完成對秸稈還田試驗長達2年的跟蹤測定后，得出了包括土壤各土層含水量、土壤碳排放量、土壤有機質含量、土壤NPK含量等一系列數據。但是，土壤土質的改變是一個極為緩慢的過程，所以包括有機質含量、NPK含量等的變化并不是十分明顯。經過6年的試驗種植，100%覆蓋還田的土壤有機質含量達到了2．2%，而正常種植土壤有機質含量為19．1%，高出13．2%?？梢?，秸稈還田有效地保護了黑土地的土質。而NPK含量變化不明確，且沒有呈現具體規律。

研究表明，在東北黑土地，與正常種植相比，67%的秸稈還田可以使土壤平均減少28.25%的碳排放量，而全量秸稈還田則可以平均減少23.36%的碳排放量。總體來說，采用秸稈覆蓋種植可以減少碳排放量，提高土壤固氮率。秸稈作為生物肥代替部分化肥的使用，有效地提高了土壤的含水量和有機質含量，進而改善了黑土地土質。與化肥對土壤的有害作用相比，秸稈還田提高了微生物活性，減少了農殘含量，保證了土壤的養分平衡，是更適合黑土地水土保持的耕作模式。研究還表明，土壤碳排放量與土壤含水量存在著正相關關系。與傳統耕作模式相比秸稈還回降低了碳排放量，提高了土壤含水量。從產量的角度，秸稈代替部分化肥的使用雖然會帶來減產，但是減少了化肥施入量，防止秸稈的二次污染，同樣給農民降低生產成本和秸稈處理費用，從長遠的角度看仍具有可觀的生態和經濟效益。在倡導農業尋求可持續發展的時代背景下，在東北地區實行和推廣秸稈還田的耕作模式，減少了二氧化碳的排放，有利于土壤有機碳的固定，提高了農業用地的肥力，改善了東北黑土的生態環境，使得環境保護與農民收益得到更好的兼顧。