温度和降水改变对大豆田土壤呼吸的影响

论文总字数：15737字

目 录

摘要 3

1.材料与方法 6

1.1 田间试验 6

1.2 试验方法 6

1.3 统计分析 8

2.结果与分析 8

2.1 土壤温湿度 8

2.2 不同处理对土壤呼吸的影响 9

3.讨论 12

4.结论 13

5.参考文献 14

致谢 16

温度和降水改变对大豆田土壤呼吸的影响

卓嘎

，China (Unit ：School)

Abstract: This research experimented at the agricultural experiment station of Nanjing University of Information Science amp;Technology. The experimental treatments include the control(CK)，diurnal warming ( T，increased 2℃ )、redused water 30% (P) and the combined treatment ( TP，reduced water 30% and diurnal warming 2℃ ). Soil respirasions were measured with static dark chamber-gas chromatograph method. The results showed that warming 2℃ prompted a significant increase with soil respiration in the Soybean branching and maturity ; The P and T two treatments Decreased soil respiration rate averaged 68%. The results of our study suggested that compared to the single treatment (reduced water and warming)，the combined treatment (reduced water warming treatment) may have different effects on Soil respiration，and Throughout the growth period reduced the soil respiration. Compared with CK，The T treatment increased soil cumulative emissions，but not significant. While the T and TP two kinds of treatments decrease soil cumulative emissions significantly.

key words : reduced water ; diurnal warming ; soybean ; farmland ; soil respiration

气候变暖已成为人们最关注的话题以及科研的重要课题，大气中温室气体浓度的不断升高从而导致气候变暖，其中浓度最高的就是CO₂，数据资料显示，大气中CO₂浓度以从工业革命（1750年）的约280μL.L^-1增长到2005年的379μL.L^-1，然而在空气中CO₂的含量不断升高的同步，过去一百多年内，地球表面的平均温度大概升高了0.6℃^[1,2]。已有研究表明,全球气候变化除导致温度发生了变化之外,同时也使得世界水分分布状况发生了巨大改变^[3]。在各类的陆地生态系统中，降水状态的改变会对植物根的分布范围、微生物形成的种群以及植物根系的呼吸受到影响，正因为如此，土壤呼吸也会明显改变，这对未来全球的C循环产生较显著的影响^[4]。

大气温度的不断升高必定会对农田整个土壤呼吸过程以及农作物的生长产生比较显著的影响。全球的大气环流与局域的水的分布模式将会受到地表面温度升高的影响而发生变化，研究结果表明，我国未来几十年内降水格局变化的整体趋势就是“南涝北旱”^[5,6]，并且这种极端的趋势仍将持续^[7,8]。所以在农田土壤呼吸的研究中，降水的变化也是不能忽略的重要因素。

有许多的研究表明一方面，增温通过整体两种表现来影响农田土壤呼吸速率，一是增温能使植物的NPP增加，使而促进根际分泌物从根际传到土壤以及促进农田土壤呼吸，再次是增温直接促进了土壤微生物的呼吸和作物的根呼吸。在草地、苔原、森林生态系统进行一些模拟增温的研究结果表明，增温促进了土壤呼吸作用^[9]，从而使土壤呼吸增大。模拟增温对冬小麦-大豆田间土壤CO₂排放量影响试验结果表明：模拟增温对冬小麦田土壤呼吸有显著影响，随温度的升高，T处理的农田土壤呼吸大于CK处理的农田土壤呼吸，同时促进了小麦田土壤二氧化碳产生速率^[10] 。在翟晓燕等在这方面的研究结果表明，在冬小麦-大豆轮作在整个生育期内的土壤呼吸速率在增温条件下比对照处理要大的多，即增温能使土壤呼吸速率增大，温度的升高通常能使光合速率增大，并且使NPP增加，从而促进根呼吸作用并增加了根际分泌物向土壤的输送。^[11]

许多研究表明，近地层气温的升高会对农作物的生长和微生物群落都有比较显著的影响^[12]。全球碳循环的一个极为重要的过程即为土壤呼吸，土壤每年向大气中释放的碳估算值大概为75-120pg^[13]。研究结果表明，地表面温度升高对农作物生长和土壤微生物的生物群落均有显著影响。增温不仅能降低叶绿素含量和光合速率^[14]，还能缩短作物本身的生育周期^[15,16]。土壤呼吸作为土壤有机碳的主要输出途径和大气中CO₂的重要来源，以成为研究的核心问题，它对了解未来气候的变化以及温室气体含量的变化情况有着非常重大的意义。温度变化强烈影响土壤呼吸过程，其通过影响植物叶片光合作用、根系的生长、土壤微生物组成及活性、土壤水分以及土壤养分循环等关键过程进而调控土壤呼吸强度^[17]。水分不仅参与作物的很多生理活动还参加微生物的大多数生理活动，所以对这两个来说水分是一个极为重要因素。而降水对农田土壤CO₂的排放也有显著的作用，也就是说改变降水量，对农田土壤二氧化碳的排放量也跟着发生变化。降水的变化主要是经过对土壤含水量的不同来反应本身生态系统功能和过程。虽然到目前为止人们对增温条件下农田土壤呼吸的影响进行很多的研究，但是增温和降水的减少复合处理条件下的土壤呼吸的变化规律的研究尚未罕见。

有关增温对大豆农田土壤呼吸影响的研究已有好多报道，但是增温和降水两种复合处理对大豆田土壤呼吸的影响的报道还比较少。本研究通过大豆作为研究对象，进行模拟增温处理和降水减少处理的试验，利用红外辐射加热方法达到增温效果，利用静态箱—气相色谱仪测量大豆田土壤二氧化碳排放通量，分析增温和降水减少处理两种因素下大豆田土壤CO₂排放量的整体的影响规律。目的是为未来气候变暖的影响下客观的估算局地农田CO₂的排放及其变化规律，为适当的减少CO₂的排放来缓慢气候变暖提供基础的科学资料。

1 材料与方法

1.1 田间试验

试验是从2015年6月～2015年12月在农试站进行（32.16°N，

118.86°E）。当地多年平均温度为约16℃，年平均降水量为1102mm，其土壤类型为潴育型水稻土，耕层土壤的粘粒含量、PH值、全氮含量和有机碳含量分别为26.1%、6.78、0.59g.kg^-1、37.4g.kg^-1，其试验大豆的品种为八月白。按照南京当地常规农作物的种植方法来进行大豆的播种，施肥方法也与当地农作物的施肥方式一样。大豆各个生育期及期间的施肥情况见表1.

表1 大豆主要生育期与肥料管理

1.2 试验方法

1.2.1 水分与温度处理

根据程徐冰等研^[18]究降水的减少设置为30%，根据丁一汇等^[19]和Wan 等^[20]控制试验设置为温度增加2℃，共设以下四种不同处理：对照（CK）、增温（T：只对叶面和土壤增温2℃，不对空气进行加热）、降水减少30%（P）和升高温度2℃ 减少降水30%（TP）4种不同田间控制试验。每一种处理试验设置三个区域，总共为12个区域，几个小区进行随意排列。每小区面积设为2.5m×2.5m，相邻小区隔0.5m的间隔，并且为了避免各不同试验样地之间的物质进行交换，我们挖出宽度、深度分别为0.4、0.15m的排水沟。从大豆出苗开始，直到大豆成熟收获为止，在此期间进行模拟增温处理和降水的减少的处理。

本文采用的是红外辐射加热管（加热管的长度：1.0m 功率：250瓦 ）来达到增温效果，每个小区在试验地上面平行排列三个不锈钢的灯罩，在不锈钢灯管之中设置辐射加热管，进行昼夜不分地增温。红外加热管对农作物本身和土壤进行加热之外，对周围的空气不受影响。每一个加热管都有唯一的电源可控开关。据通电加热测试，除了因为边际效应，小区边远比小区中间温度稍低之外，每一个增温处理的试验小区都能达到比较理想的增温效果，同时为了避免灯罩的作用而对该处理的小区减少光照或者挡雨等情况的发生，从而对试验结果造成误差，在CK、P俩处理上方也同样挂灯罩，但是无加热管。此方法安装比较简易、维护起来也比较方便，而且提供充足电量的情况下，增温效果也比较理想^[21,22]，国外、国内很多学者经常使用这种增温方法。

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