2019, Vol. 40
2. 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所, 北京 100081
2. Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agriculture Sciences, Beijing 100081, China
重庆市位于西南丘陵区域, 是发展柑橘产业的黄金地带[1].作为中国柑橘主产区之一, 截止2017年底, 重庆市果园种植面积为32.91万hm2, 其中柑橘种植面积达21.75万hm2, 占重庆市果园种植面积的66.06%[2].柑橘园果树行间距大(柑橘种植株距一般采用3 m×4 m, 交错种植), 林下闲置的可利用空间多, 科学利用果树行间的闲置土地资源可成为提高果树林地综合效益的重要手段.近年来, 相继出现了在果树行间播优良多年生牧草、禾本科、豆科、中草药、食用菌等的立体种植模式, 该种植模式既能充分利用闲置土地, 又能增加果园综合经济效益.
果菇套作是将一种异养型食用菌的培养与自养型果树栽培相结合的套作方式, 由于食用菌和果树不同的代谢特征以及对环境条件的不同需求, 使得两者在一定空间内实现互利共存成为可能, 不仅可以增加果园的综合经济效益, 而且也能提高果园的土壤耕地质量.大球盖菇是国际粮农组织推荐栽培的特色菇类之一, 也是国际食用菌市场十大交易菇类之一, 它可生长在各种秸秆培养基料上, 具有喜阴凉、生长周期短、经济及营养价值高等特点[3].现已有学者结合大球盖菇生长特性, 对果园内套作大球盖菇的技术进行了研究.廖家艳等[4]提出了以稻草为培养基料的梨园套作大球盖菇技术, 颜淑婉等[5]结合柑橘园的种植特点及其生态环境, 提出了大球盖菇立体高效栽培模式, 其研究表明利用柑橘树天然遮阳和果园湿度较大的特点, 在柑橘园栽培大球盖菇, 有利于大球盖菇生长, 可实现早出菇、多出菇.除了有利于增加经济效益外, 果菇套作还可以在一定程度上能够提高土壤中活性有机碳和氮素的形成和累积, 增加土壤碳氮储量[6, 7].
秸秆还田不仅可以实现秸秆资源二次利用、减少焚烧带来的大气污染, 还可以增加土壤有机碳含量、改善土壤肥力、土壤孔隙度, 改变土壤微生物活动[8~11], 但短期内秸秆还田也会增加土壤CO2排放量[12, 13], 给大气环境造成一定负效益.将秸秆作为培养基填埋还田是目前秸秆利用的重要方式之一[14], 秸秆作为食用菌的培养基, 施入土壤后会对土壤碳转化产生一定的影响.但目前针对果菇套作下秸秆作为培养基还田后食用菌产量和土壤环境效应的研究鲜有报道.因此, 本研究基于柑橘/大球盖菇套作模式, 以秸秆作为大球盖菇的培养基料, 通过设置不同秸秆还田量处理, 连续监测大球盖菇生长期内土壤CO2排放速率、土壤水分和温度的变化, 对比分析不同秸秆还田量下土壤CO2累积排放量差异及其影响因素, 揭示果菇套作模式下土壤CO2的排放特征, 并结合大球盖菇产量, 综合比较经济正效益和环境负效益, 通过探求柑橘/大球盖菇套作模式下的适宜还田量, 以期为柑橘园土地经营方式及秸秆还田利用的土壤碳排放的研究提供理论依据.
1 材料与方法 1.1 供试区概况试验地点位于重庆市江津区慈云镇(106°19′76.43″E, 29°09′10.44″N), 平均海拔265.6 m, 整体地势较为平坦, 境内丘陵起伏, 属典型的浅丘地貌.全年四季分明, 气候温和, 光照充足, 雨量充沛, 属典型的亚热带季风气候.常年平均气温18.4℃, 夏季平均气温28.5℃, 冬季平均气温7.7℃; 年日照时数1207.9 h, 全年太阳总辐射量约4 348.4 MJ·m-2; 年均降水量1 034.7 mm, 且降水主要集中于5~9月, 其量占全年降水量的70%左右; 无霜期长, 可达341 d.柑橘园试验区域总长30 m, 总宽10 m, 柑橘树交错种植, 行株距为2 m×4 m, 相邻柑橘树行间有宽0.5 m的排水沟, 土壤类型为发育的紫色砂页岩, 属酸性紫色土, 土壤基本理化性质见表 1.
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表 1 供试土壤基本理化性质 Table 1 Physical and chemical properties of the experimental soils |
1.2 试验材料
柑橘品种：锦橙; 使用菌种：大球盖菇.
培养基辅料成分：水稻秸秆75%, 谷壳15%, 麸皮8%, 生石灰2%.
辅料制备过程：①将谷壳、麸皮、麸皮打碎后的水稻秸秆混合, 将混合料平铺在地面上, 喷水让混合料全面湿透, 上下翻搅使其均匀混合; ②将生石灰溶于水中, 并均匀地泼洒到混合料表面; ③将混合料堆结实后, 用塑料薄膜将其盖严实, 并用石块压住薄膜边缘, 防止被风吹起; ④每隔3 d将上下层混合料对翻1次, 若发现混合料太干燥, 则加水喷湿.如此重复翻堆4次.最后去掉塑料薄膜, 将混合料平铺在地面, 露天散温2 d, 就此培养基料发酵完成, 可移入柑橘园中使用.
1.3 试验设计本试验于2017年11月8日至2018年5月30日期间内开展, 采用裂区试验设计, 主因素为是否栽培大球盖菇, 副因素为秸秆填埋还田量.在柑橘树行间划分试验小区, 每个小区长4 m, 宽1.5 m.试验共设置7个处理(每个处理设3个重复)：①常规种植(CK)；②半量秸秆填埋还田(HS)；③半量秸秆填埋还田+栽培大球盖菇(HSM)；④全量秸秆填埋还田(AS)；⑤全量秸秆填埋还田+栽培大球盖菇(ASM)；⑥倍量秸秆填埋还田(DS)和⑦倍量秸秆填埋还田+栽培大球盖菇(DSM).
栽培大球盖菇的处理(HSM、ASM和DSM)是将大球盖菇套作在柑橘树行间.栽培方式采用地坑式栽培, 即在相邻两棵柑橘树之间, 距两端植株各50 cm处, 挖深20 cm, 宽100 cm, 长300 cm的地坑, 将地坑底部整平, 填入长度、宽度与地坑均一致的秸秆辅料(半量还田填埋8 cm厚的秸秆辅料, 全量还田填埋16 cm厚的秸秆辅料, 倍量还田填埋32 cm厚的秸秆辅料)作为菌种的培养基床; 然后采用穴播法接种大球盖菇菌种, 每个培养基种植两行大球盖菇, 大球盖菇菌种栽培行株距为10 cm×20 cm, 最后在菌种上覆盖5 cm厚度的土壤, 试验设计详见图 1.净秸秆还田即未栽培大球盖菇的处理(HS、AS和DS)只填埋相应厚度的秸秆辅料; 常规种植为常规柑橘园种植.试验期间, 柑橘树生长所需水分均为自然降水(即不进行局部人工灌溉), 而大球盖菇生长所需水分较多, 其生长期间视自然降水情况, 在土壤含水量较低时对每个处理均进行喷灌, 保证喷灌次数及每次灌溉量基本一致. 7种处理除辅料添加量和播种不同外, 其他管理措施均相同.
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图 1 柑橘园套作大球盖菇试验设计示意 Fig. 1 Experimental design of the citrus/mushroom intercropping system |
土壤CO2排放速率、土壤温度及土壤含水量测定
本试验采用美国Li-8100A开路式土壤呼吸通量测定系统(Li-COR, Lincoln, NE), 从播下菌种开始(2017-11-08)至大球盖菇出菇后一个月(2018-05-30), 分别每隔7 d在上午09:00~12:00测定土壤呼吸强度(即CO2排放速率), 遇到降雨适当推迟1~2 d.为减少对土壤的扰动, 在试验小区布置完后, 在每个试验小区中央安置一个高11 cm、内径20 cm的PVC环(作为土壤呼吸测定气室), 插入土壤的高度为5 cm.在试验期内, PVC环固定不动, 测定前清除圈内杂草和菌菇.每个样点测定时间约为7 min(每次测定时间为120 s, 间歇15 s进行下一次测定, 重复3次).
测定土壤呼吸的同时, 用Li-8100A仪器的辅助测定端口P/N-8100-201 Omega Probe土壤温度探头和Theta Probe type ML2x土壤水分探头分别测定5 cm土层的土壤温度和体积含水量.
1.5 数据处理与统计分析土壤CO2累积排放量估算：根据涂纯[15]等提出的公式, 大球盖菇生长期间土壤CO2累积排放量可用测量的平均值相加计算得出：
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(1) |
式中, Rt为土壤CO2累积排放量(t·hm-2); Ri和Ri+1为第i次和第i+1次测定的土壤呼吸速率[μmol·(m2·s)-1]; 60×60×24表示将秒转化为天; n为相邻两次测定间隔的天数(d); 44为CO2的摩尔质量; 10-8表示将μg·m-2转化为t·hm-2.
经验指数方程反应了土壤呼吸速率(Re)与土壤温度(T)的关系：
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(2) |
式中, Re指土壤呼吸速率[μmol·(m2·s)-1]; T指表层5 cm土壤温度(℃); a指温度为0℃的土壤呼吸, b为温度反应系数.
土壤呼吸温度敏感系数Q10：表示温度每升高10℃, 土壤呼吸速率增加的倍数.
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(3) |
式中, b为由公式(2)得到的温度反应系数.
通过用Quadratic回归模型, 反映土壤呼吸速率(Re)与土壤湿度(W)的关系：
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(4) |
式中, W为土壤体积含水量(%), a、b和c为方程拟合参数.
为检验土壤温度与湿度对土壤呼吸的叠加效应, 将温度、水分及其两者乘积作为独立变量, 引入到对数变换后的方程(2)中, 进行多元线性回归分析, 通过检验, 推断土壤温度、土壤湿度以及两者叠加能否检验土壤呼吸变异, 如下所示：
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(5) |
式中, T和W含义同上, c1、c2、c3和c4为方程拟合参数.
土壤碳排放效率(carbon emission efficiency, CEE), 指作物生长期间土壤每排放1kg碳所产生的籽粒产量, 具体公式如下：
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(6) |
式中, GY为作物产量(t·hm-2), Rt为作物生长期内土壤碳累积排放量(t·hm-2)
所有数据及图表均采用Excel 2010、SPSS 20.0、Origin 8.5软件进行分析处理.
2 结果与分析 2.1 不同秸秆还田量下土壤CO2排放 2.1.1 土壤CO2排放速率如图 2所示, 试验期内, 各处理的CO2排放速率的最大值均出现在试验初期, 即刚填埋入秸秆辅料和栽培大球盖菇时的菌丝生长期.随着种植时间的增加, 各处理的土壤CO2排放速率呈下降趋势, 在出菇期趋于平稳, 出菇后出现小幅上升.与对照CK[1.07~3.33 μmol·(m2·s)-1]相比, 栽培大球盖菇和未栽培大球盖菇处理均增加了土壤CO2排放速率, 其中栽培了大球盖菇(HSM、ASM和DSM)处理的土壤CO2排放速率普遍高于未栽培.
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图 2 果菇套作系统下土壤CO2排放速率变化 Fig. 2 CO2 emission rates of soil under the citrus/mushroom intercropping system |
未栽培大球盖菇(HS、AS和DS)的不同秸秆还田量处理间土壤CO2排放速率差异不明显, 且变化趋势基本一致, 其中HS的CO2排放速率[0.82~10.99 μmol·(m2·s)-1]低于AS[2.28~21.86 μmol·(m2·s)-1]和DS[1.49~23.26 μmol·(m2·s)-1].在栽培了大球盖菇的处理中, 不同秸秆还田量处理间土壤CO2排放速率存在显著差异, 表现为：DSM [4.32~32.84 μmol·(m2·s)-1]>ASM [2.87~20.23 μmol·(m2·s)-1]>HSM [1.68~15.77 μmol·(m2·s)-1].总体上, 秸秆还田处理均增加了土壤CO2排放速率, 各处理平均土壤CO2排放速率排序为：DSM [10.45 μmol·(m2·s)-1]>ASM [8.21 μmol·(m2·s)-1]>HSM [6.39 μmol·(m2·s)-1]>AS [5.35 μmol·(m2·s)-1]>DS [5.29 μmol·(m2·s)-1]>HS [3.58 μmol·(m2·s)-1]>CK [2.31 μmol·(m2·s)-1], 其中倍量秸秆还田+栽培大球盖菇(DSM)处理的土壤CO2排放速率最高.
2.1.2 土壤CO2累积排放量试验期间(图 3), 各处理的土壤CO2累积排放量表现为DSM(52.09 t·hm-2)>ASM(41.10 t·hm-2)>HSM(33.20 t·hm-2)>DS(27.15 t·hm-2)>AS(25.34 t·hm-2)>HS(18.94 t·hm-2)>CK(12.16 t·hm-2), 可见栽培大球盖菇和未栽培大球盖菇的处理均增加了土壤CO2累积排放量, 且随着秸秆还田量的增加, 土壤CO2累积排放量呈增加趋势.未栽培大球盖菇(HS、AS和DS)处理的土壤CO2累积排放量随秸秆还田量的增加而增加, 较对照CK分别增加了55.76%, 108.39%和123.27%.栽培了大球盖菇(HSM、ASM和DSM)处理的土壤CO2累积排放量也表现为随秸秆还田量的增加而增加, 其中, HSM处理的土壤CO2累积排放量较对照CK增加了173.03%, ASM和DSM处理分别增加了237.99%和328.37%, 且HSM、ASM和DSM处理土壤CO2累积排放量主要集中在大球盖菇菌丝生长期.与未栽培大球盖菇的处理相比较, 在菌丝生长期, HSM处理土壤CO2累积排放量增长率明显低于ASM和DSM处理; 出菇期, DSM处理的CO2累积排放量增长幅度最大, 其次为HSM和ASM处理; 出菇结束后, ASM处理的土壤CO2累积排放量增长率最高.
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小写字母表示大球盖菇不同生育期各处理间土壤CO2累积排放量的差异显著性分析结果; 大写字母表示大球盖菇整个生长周期各处理间土壤CO2累积排放量的差异显著性分析结果 图 3 果菇套作系统下土壤CO2累积排放量 Fig. 3 Cumulative CO2 emissions of soil under the citrus/mushroom intercropping system |
如图 4所示, 各处理的5 cm土壤温度的变化基本趋于一致, 差异不显著, 且与大气温度变化规律相似, 呈现出明显的季节性特征.在大球盖菇生长期间, 1月(菌丝生长期)和2月(出菇期)土壤温度较低, 各处理在1月30日达到整个生长期温度最低值4.72℃; 11月(菌丝生长期)和5月(出菇完成后)温度较高, 各处理均在5月16日达到整个生长期温度最高值26.78℃.观测期间, 各处理5 cm土壤温度在4.72~26.78℃之间变化, 各处理5 cm土壤温度均值表现为：CK>ASM>DSM>AS>DS>HSM>HS, 其中对照CK的5 cm土壤温度均值最大, 为14.02℃, 而HS处理的最小, 为13.46℃.
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图 4 果菇套作系统下土壤5 cm温度和土壤体积含水量变化 Fig. 4 Change in soil temperature (5 cm depth) and soil moisture under the citrus/mushroom intercropping system |
土壤体积含水量变化较为复杂, 且受降雨影响较大, 试验期内各处理的土壤体积含水量为3.36%~45.93%.总体上, 对照CK的体积含水量及其波动幅度均明显高于秸秆还田处理.造成这种现象的原因与所覆盖的秸秆辅料有关, 秸秆辅料对降雨有一定的截留和保水作用, 会吸收部分雨水, 导致覆盖了辅料的处理土壤含水量比裸地对照处理要低, 且导致土壤含水量变化反应存在一定的滞后.
2.3 土壤CO2排放与水热因子相关性分析 2.3.1 土壤CO2排放速率与土壤温度相关性分析土壤温度是影响土壤呼吸最重要的环境因子之一, 通过经验指数方程拟合了土壤CO2排放速率与5 cm土壤温度之间的关系发现(图 5), 各处理的土壤呼吸速率与5 cm土壤温度之间存在显著相关性(P < 0.01).由拟合公式看出, 本试验条件下5 cm土壤温度变化可以解释27%~71%的土壤CO2排放速率的变化, 其中5 cm土壤温度对对照CK的土壤CO2排放速率变化的解释程度最大(71%)[图 5(a)], 而5 cm土壤温度对栽培大球盖菇处理的土壤CO2排放速率解释程度, 较相应的未栽培大球盖菇的处理下降了5%~9%.如图 5所示, 在温度较低的情况下, 表征土壤CO2排放速率的散点集中分布在拟合曲线附近, 当温度较高时, 点则比较分散, 表明在土壤温度较低的情况下, 土壤CO2排放速率受温度影响较大, 而在温度较高时, 其他因素对其的影响则更为突出.
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图 5 土壤CO2排放速率与5cm土壤温度的关系 Fig. 5 Relationships between soil temperature (5 cm depth) and the CO2 emission rate of soil |
温度敏感系数Q10是用来表征土壤呼吸对土壤温度变化的响应程度, 其值越大表明土壤呼吸速率对土壤温度变化越敏感.利用公式(2)计算得到各处理的温度敏感系数, 其中DS处理最大, 为2.49, 其次为HS处理(2.03)和ASM处理(1.56).如图 6所示, 与对照CK相比, 栽培大球盖菇(HSM、ASM和DSM)降低了Q10值, 而未栽培大球盖菇的处理(除AS处理外)Q10值均有所增加.在秸秆还田量相同的条件下, 栽培了大球盖菇的处理较相应未栽培大球盖菇处理的Q10值有所降低, 分别较HS、AS和DS处理减少了7.4%、16%和24%.
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图 6 果菇套作系统下土壤CO2排放的温度敏感系数Q10 Fig. 6 Temperature sensitivity index of soil CO2 emissions (Q10) under the citrus/mushroom intercropping system |
分别利用了Quadratic回归模型和指数模型对土壤CO2排放速率和土壤体积含水量关系进行了拟合, 结果见表 2. Quadratic回归模型的拟合度R2在0.008 5~0.375 1之间, 指数模型的拟合度R2在0.005 9~0.118 4之间, 可见本试验条件下, Quadratic回归模型对土壤CO2排放速率和土壤体积含水量的拟合效果更优.并且在进行土壤CO2排放速率和土壤体积含水量相关性分析时发现, HS、AS、DS、CK、HSM和ASM处理的土壤CO2排放速率和土壤体积含水量不存在显著相关性, 而DSM处理的土壤CO2排放速率和土壤体积含水量呈现出显著相关性, 且拟合效果最好(Quadratic回归模型拟合度R2的值为0.375 1), 说明倍量秸秆还田+栽培大球盖菇处理(DSM)增大了土壤体积含水量对土壤CO2排放速率的贡献.
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表 2 土壤CO2排放速率与土壤体积含水量的关系方程 Table 2 Relationship equations between soil CO2 emissions rates and soil moisture (5 cm depth) |
进行回归模型拟合发现, 土壤体积含水量对土壤CO2排放速率的影响存在一个响应阈值, 土壤体积水分含量过高或过低都会抑制土壤CO2排放.在DSM处理中, 水分含量较低时, 土壤CO2排放速率随土壤体积含水量的增加而降低, 当土壤体积含水量超过12.67%时, 土壤CO2排放速率则呈现出随土壤体积含水量增加而增加的趋势.从目前相关研究来看, 土壤体积含水量对土壤CO2排放的影响较为复杂, 对此尚未达成一致结论.对于为何本研究中除DSM外的其他处理土壤CO2排放速率与土壤体积含水量相关性不显著, 有待进一步研究.
2.3.3 果菇套作系统下水热因子对土壤CO2排放的协同作用由表 3可以看出, 5 cm土壤温度和土壤体积含水量双因子拟合出来的R2值均比与单因子拟合的高, 构建水热双因子拟合比单因子拟合能够更好地解释土壤CO2排放的变化, 其解释程度在40%~80%之间, 且水热因子协同作用与土壤CO2排放速率变化呈现极显著相关性(P < 0.05), 其中对照CK对水热因子的响应程度最高(R2=0.824), HSM处理的响应程度最低(R2=0.357).
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表 3 果菇套作系统下土壤CO2排放与土壤温度、体积含水量的复合模型参数 Table 3 Composite model parameters derived for the combined influence of soil temperature (T) and moisture (W) on the soil CO2 emissions under the citrus/mushroom intercropping system |
2.4 不同秸秆还田量下的土壤碳排放效率
如图 7所示, 不同秸秆还田量下大球盖菇的产量存在差异, 其中ASM和DSM处理的大球盖菇产量较HSM处理明显增加了23.70 t·hm-2和26.40 t·hm-2, 而ASM和DSM处理间差异不显著.进一步对比不同秸秆还田量下的土壤碳排放效率发现, ASM处理的土壤碳排放效率最高(1.14), 其次是DSM(0.95), HSM处理最低(0.70).
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图 7 大球盖菇产量及土壤碳排放效率对比 Fig. 7 Comparison of the yield of stropharia mushrooms and the carbon emissions efficiency of soil |
秸秆还田能改善土壤水热状况, 提高土壤有机碳含量, 促进土壤CO2排放[16].本研究中, 秸秆还田处理的土壤CO2累积排放量均明显高于未有秸秆填埋还田处理(对照CK), 这一结果与前人的研究结论一致.这是因为秸秆还田后可显著提高土壤微生物量和酶活性, 促进土壤原有机碳的分解[11, 17, 18], 从而增加了碳排放.此外, 短期秸秆还田可增加土壤总有机碳、溶解性有机碳等组分含量[19].可溶性有机碳作为土壤微生物利用的主要碳源, 其含量的提高会刺激土壤微生物代谢活动, 增强土壤微生物呼吸, 加剧土壤碳素分解, 最终表现出较高的土壤CO2累积排放量[20, 21].张莉等[12]的研究也表明, 秸秆还田在短期内显著提高了小麦-玉米系统中土壤呼吸速率和碳累积排放量.本试验中, 在秸秆还田基础上, 栽培了大球盖菇后土壤CO2累积排放量比净秸秆还田(未栽培大球盖菇)高, 说明以秸秆为培养基料栽培大球盖菇对土壤CO2排放的贡献大于单纯的秸秆还田, 这可能是因为在柑橘园中套作大球盖菇能加速秸秆辅料的分解, 提高土壤活性有机碳含量[6], 从而导致一定程度上促进土壤CO2排放.
本研究还发现大球盖菇对土壤CO2排放速率影响高峰主要集中在菌丝生长期, 栽培了大球盖菇(HSM、ASM和DSM)的处理均表现出菌丝生长期的土壤CO2排放量在总累积排放量中的占比最大.这可能是由于在大球盖菇菌丝生长期, 菌丝能分泌出各种不同的酶, 对培养基料和土壤中的营养元素及有机质进行分解, 增加土壤中微生物的活性, 导致土壤CO2累积排放量增加[22, 23].此外, 栽培了大球盖菇的处理(HSM、ASM和DSM)与净秸秆还田(HS、AS和DS)处理相比, 前者的土壤CO2排放量均有明显增加, 在菌丝生长期和出菇期, DSM增长率最大, 出菇结束后其增长速率有所减缓, 这表明倍量秸秆还田条件下, 大球盖菇菌丝生长增大了秸秆辅料对土壤呼吸的贡献作用.强学彩等[24]的研究表明, 土壤碳排放与土壤中微生物活性呈正比, 在微生物作用下, 还田秸秆量越多, 秸秆中的碳向环境的释放量越大.
土壤温度、土壤水分和土壤孔隙度等是影响土壤CO2排放的重要因子.秸秆填埋还田后, 会导致土壤结构发生变化, 其土壤透气性、热传导性等也随之改变, 随着土壤温度的升高, 土壤中微生物活性增强, 促进土壤矿化, 加速秸秆腐解, 从而对土壤呼吸速率及CO2排放量产生影响[25~29], 本研究中, 秸秆填埋还田缓解了外界水热变化对土壤CO2排放的影响, 对照CK对水热因子的响应程度最高(R2=0.707).但秸秆作为碳源, 作为培养基填埋还田后为微生物创造了适宜的生存和繁殖条件, 同时秸秆的腐解更是为土壤微生物提供了丰富的营养, 有利于土壤微生物繁殖和生长, 一定程度上增加了土壤CO2累积排放量[20, 30, 31].由于大球盖菇的种植, 虽然促进了土壤碳排放, 但同时也增加了土壤表面的覆盖度, 减少外界水热变化对土壤CO2的影响, 这也进一步解释了5 cm土壤温度对栽培大球盖菇处理的土壤CO2排放速率解释程度低于相应的未栽培大球盖菇处理.
在全球气候变暖的态势下, 秸秆资源的二次利用不仅要考虑经济效益, 还有兼顾由此带来的环境影响.胡发龙等提出[32], 作物生长期内释放每千克碳所生产的作物产量称为土壤碳排放效率, 其受作物产量和土壤碳排放的综合影响, 能较好地反映秸秆还田所产生的经济和环境综合效益.胡发龙等[32]的研究还发现, 在干旱地区免耕秸秆还田能降低土壤碳排放量, 从而提高土壤碳排放效率.而涂纯等认为[15], 秸秆覆盖还田明显降低了作物产量, 导致土壤碳排放效率降低.本研究中, 柑橘/大球盖菇套作模式下, 大球盖菇产量和土壤碳排放量均受秸秆填埋还田量影响, 随秸秆还田量的增加而增加, 但不同秸秆还田量下土壤碳排放效率存在差异, 其中ASM的土壤碳排放效率最高(CEE=1.14).
4 结论(1) 与柑橘园中净秸秆填埋还田相比, 基于秸秆填埋还田的柑橘/大球盖菇套作模式会进一步增加土壤CO2排放量, 给环境造成一定的负效益.该套作模式下土壤CO2排放量随秸秆还田量的增加而增加, 其中倍量秸秆还田(DSM)处理的增排效果最明显, 且土壤CO2排放主要集中在大球盖菇菌丝生长期. 5 cm土壤温度单因子与土壤CO2排放速率变化表现出极显著相关性, 可以单独解释土壤CO2排放速率变化的27%~71%;土壤体积含水量单因子对土壤CO2排放速率的影响比较复杂, 仅DSM处理中体现出了极显著相关性, 其他处理均未体现出显著相关性.而土壤温度和土壤体积含水量双因子拟合可以解释土壤CO2排放速率变化的36%~82%.
(2) 基于秸秆填埋还田的柑橘/大球盖菇套作模式充分利用了柑橘林下闲置土地资源, 提高了柑橘园的综合经济效益.本试验中, 倍量秸秆还田(DSM)处理下的大球盖菇产量最高(49.70 t·hm-2), 但其投入产出比最大, 经济效益最差.
(3) 基于秸秆填埋还田的柑橘/大球盖菇套作模式下, 全量秸秆还田(ASM)处理的土壤碳排放效率最高(CEE=1.14), 建议实际生产过程中的适宜秸秆填埋量可以参考本试验设计的全量秸秆还田.
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