2022, Vol. 43
2. 陕西省地表系统与环境承载力重点实验室, 西安 710127;
3. 中国科学院水利部水土保持研究所, 杨凌 712100;
4. 河北农业大学国土资源学院, 保定 071001
2. Shaanxi Key Laboratory of Earth Surface System and Environmental Carrying Capacity, Xi'an 710127, China;
3. Institute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources, Yangling 712100, China;
4. Collage of Land and Resources, Hebei Agricultural University, Baoding 071001, China
黄土高原地区是我国典型的旱作农业区, 受水热条件限制, 粮食作物多为一年一熟或两年三熟, 粮食作物收获到下一季播种存在一定时间的休闲期.在休闲期间播种覆盖作物(cover crop or catch crop)一方面覆盖地表保护土壤, 另一方面其翻压还田用作绿肥(green manure)提升土壤肥力[1].有研究发现[2~5], 这种绿肥填闲种植方式能够促进土壤团聚作用、控制土壤侵蚀、减少养分淋溶以及抑制杂草和害虫, 在土壤质量提升和农田固碳减排方面具有巨大潜力.
与传统裸地休闲相比, 绿肥种植增加了有机输入, 能够刺激土壤微生物活动[3, 4, 6], 进而影响土壤温室气体排放过程[7~10].Muhammad等[6]的研究表明, 全球尺度上绿肥种植导致土壤CO2排放量增加了33%, 变异因素主要源于绿肥种类及其生物量.例如Sainju等[11]在北美平原的研究表明, 种植非豆科绿肥土壤CO2排放量高于豆科绿肥.绿肥种植对土壤N2O排放的影响存在较大变异[12, 13].豆科绿肥生长期间通过生物固氮作用增加氮输入, 且较低的碳氮比使其残余养分释放快, 促进土壤N2O排放, 而非豆科绿肥通常具有更高的生物量, 会减少其生长期间土壤矿质氮含量, 抑制土壤N2O排放[14].Basche等[13]基于26篇文献的Meta分析发现, 60%的研究结果认为绿肥种植增加土壤N2O排放, 其余40%的研究结果则相反.这种种植方式同样也影响土壤CH4排放/吸收过程.例如Gong等[15]在日本茨城的研究发现, 与非豆科绿肥相比, 豆科绿肥能显著减少土壤CH4吸收, 主要原因在于豆科或者包含豆科的混播会抑制与土壤CH4氧化有关的酶活性.
黄土高原地区受水热条件限制, 绿肥种植多集中在夏季进行, 且多关注绿肥的水肥效应, 但对冬季绿肥种植的产量效应及其对土壤温室气体排放的影响较少涉及.本文基于一个春玉米-冬季绿肥定位试验, 系统观测了种植不同绿肥条件下土壤温室气体(CO2、N2O和CH4)排放过程, 以期为绿肥填闲种植系统在黄土高原地区的推广应用提供科学依据.
1 材料与方法 1.1 研究区概况试验区位于陕西长武农田生态系统国家野外科学观测站(35°12′N, 107°44′E, 海拔高度1 200 m), 属暖温带半干旱半湿润大陆性季风气候, 年平均气温9.2℃, 全年无霜期171 d, 多年平均降水量584 mm, 降水多集中在7、8和9月, 约占全年降水量一半以上, 属于典型的旱作雨养农业区.供试土壤为黏壤质黑垆土, 土质疏松, 土层深厚, 肥力中等.试验区耕层土壤钾素丰富, 试验前0~20 cm土层土壤ω(有机碳)为9.10 g ·kg-1, ω(全氮)为0.78 g ·kg-1, ω(速效磷)为5.24 mg ·kg-1, ω(速效钾)为180 mg ·kg-1, pH值为8.4.试验期间的降水如图 1所示.
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图 1 试验期间降水量 Fig. 1 Precipitation during the experimental period |
本试验开始于2017年10月.采用完全随机区组试验设计, 绿肥作物包括燕麦(oat)、小扁豆(lentil)、燕麦与小扁豆混播(mixture)和裸地休闲(CK), 总计4个处理, 每处理重复3次, 共12个小区, 小区面积21 m2, 小区间距为0.5 m, 四周设有1 m的保护行.
供试玉米品种为先玉335, 每年4月下旬播种, 行距60 cm, 株距30 cm, 同年10月初收获(小区面积仅21 m2, 春玉米整区收获并测产, 使其产量数据具有较好的代表性).绿肥作物于春玉米收获后播种, 其中燕麦单播处理播量为150 kg ·hm-2, 小扁豆单播处理播量为75 kg ·hm-2, 二者混播时播量各自减半.每年4月上旬用旋耕机将绿肥作物翻压还田, 腐解两周后播种春玉米.试验区常见管理措施为粮食作物播前补充一定量的氮肥与磷肥(当地土壤钾素丰富), 考虑到本研究仅探究冬季绿肥对温室气体排放的影响, 而且冬闲期间低温会限制其生物量, 较低的生物量可能会造成温室气体排放的差异较小, 另外, 施加无机氮肥会显著影响农田生态系统温室气体的排放, 为避免后期观测与处理分析的困难, 本研究春玉米播前不施加氮肥, 按90 kg ·hm-2施入磷肥(以P2O5计)作为基肥.作物生长期间无灌溉, 其他田间管理措施与当地保持一致.
1.3 样品采集与测定温室气体测定采用静态箱-气相色谱法[16].静态箱包含两部分[17]：静态箱气室(具有通风口和采样口)和固定基座(采样期间一直安置在各小区固定位置, 地下8 cm, 地上4 cm).两部分均由聚乙烯化合物制成(高12 cm、直径21 cm), 用反光锡纸包裹外层起到隔热作用, 在底部装有与固定基座密封的软橡胶圈. 采样时将静态箱气室罩在固定基座上, 用软橡胶圈固定密封, 同时用TDR100便携式土壤水分速测仪和TP3001数字温度传感器测量固定基座外侧边缘的5 cm深土壤水分(%)和温度(℃).在2018年10月至2019年9月采样, 每周1~2次, 时间为09:00~11:00[18].选择晴朗无雨雪天进行, 如遇雨雪等天气延期采样(降雨较少时平衡至少2 d采样, 降雨较多时视田间情况延期采样.降雪当天不进行采样).使用注射器(20 mL)在第0、20和40 min这3个时间点采样并存于气体储存瓶, 使用气相色谱仪(安捷伦7890B, 美国)测定样品中的CO2、N2O和CH4浓度, 并利用HM模型计算气体通量[17].
全球增温潜势(global warming potential, GWP)是估算不同温室气体对气候系统潜在效应的指标, 表示同质量的不同温室气体对温室效应增加的相对辐射效应[17].
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(1) |
式中, GWP为农田综合增温潜势(kg ·hm-2, 以CO2计); GWPsoil export为土壤温室气体排放增温潜势; GWPindirect为农业活动投入所引起的间接增温潜势, 包括机械燃油、化肥投入和人工劳动, 其中人工劳动忽略不计, 呼吸排放CO2是人生存基本的特征; GWPresidue为前一年返回到土壤的作物残余固定的CO2, 前一年返回到土壤的作物残余包括绿肥地上及地下生物量和玉米根系.
由于CO2、N2O和CH4的增温效应不同, 根据IPCC报告[19]以100年影响尺度计, 一般以CO2为标准, 用CO2当量表示, 计算公式如下:
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(2) |
式中, GWPsoil export为土壤温室气体排放增温潜势(kg ·hm-2), CO2、N2O和CH4分别为试验期间土壤CO2、N2O和CH4的累积排放量(kg ·hm-2).
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(3) |
式中, GWPindirect为农业活动投入所引起的间接增温潜势(kg ·hm-2), Ni和Fi分别为第i种农业活动耗用物质的用量和CO2等当量排放系数.参照文献[20, 21], 机械燃油耗能CO2等量排放系数为2.59 kg ·L-1, 磷肥耗能CO2等量排放系数为0.61 kg ·L-1.
绿肥地上生物量在翻压还田前用样方法测定, 用1 m×1 m的样方将绿肥地上部分齐地刈割, 然后在105℃下杀青30 min, 之后70℃烘干并称重, 春玉米地上部分整区收获并移走, 然后脱粒晒干并称重测产.
将烘干的绿肥地上部用粉碎机粉碎并过0.15 mm筛子, 使用EA3000元素分析仪测定其碳含量[22].在未采集绿肥及玉米地下部分的情况下, 参照Sainju[22]提供的估算方法确定其地下生物量产量及其碳含量, 1.15为地上总生物量转换植株总生物量的系数[22, 23], 这里统一取0.15作为根系占地上总生物量的系数; 作物中平均含有40% ~45%的碳[22], 这里统一取43%来估算绿肥及玉米地下部的碳含量.
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(4) |
式中, TCR为前一年返回到土壤的作物残余固定的碳(total amount of previous year crop residue C returned to the soil, TCR, kg ·hm-2), 0.001为转换系数(1 kg/1 000 g), Wi和Ci分别为前一年第i种作物残余量(kg ·hm-2)及其碳含量(g ·kg-1).
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(5) |
式中, GWPresidue为前一年返回到土壤的作物残余固定的CO2(kg ·hm-2).
温室气体排放强度(greenhouse gas intensity, GHGI)表示单位面积产量的温室气体排放通量(kg ·kg-1)[17], 计算公式如下：
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(6) |
式中, GHGI为温室气体排放强度(kg ·kg-1), Yield为春玉米籽粒产量(kg ·hm-2).
1.4 数据统计分析采用Microsoft Excel和SPSS 22.0软件处理数据和统计分析, 用Origin 2018制图.
2 结果与分析 2.1 绿肥作物地上生物量2018年冬季绿肥播种后遭遇霜冻, 通过图 2可以看出, 次年春季绿肥翻压时各绿肥作物地上生物量积累均偏低, 其中混播地上生物量较燕麦和小扁豆分别提高了50.0%和62.9%(P < 0.05).
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不同小写字母表示不同处理间差异显著(P < 0.05) 图 2 冬季绿肥作物地上生物量 Fig. 2 Winter cover crop aboveground biomass |
从冬闲期土壤CO2排放通量动态来看[图 3(a)], 绿肥作物生长前期和后期土壤CO2排放通量要高于中期.绿肥作物播种22 d内土壤CO2排放通量逐渐减少且波动大, 且3个绿肥处理均大于裸地休闲, 第71~154 d各处理趋于稳定且接近于零, 第161 d后, 各处理逐渐上升.从土壤CO2累积排放通量变化来看[图 3(b)], 混播在第22 d后显著高于其它处理, 燕麦和小扁豆在第71 d后显著高于裸地休闲, 其中小扁豆和燕麦的变化大致相同.
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图 3 不同绿肥作物处理下冬闲期间土壤温室气体排放通量 Fig. 3 Greenhouse gas emissions flux during the winter fallow period under different cover crop treatments |
从表 1可知, 与裸地休闲相比, 燕麦和小扁豆土壤CO2累积排放通量差异不显著, 而混播增加了19.1%(P < 0.05).
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表 1 绿肥种植对冬闲期间土壤温室气体排放通量的影响1) Table 1 Effect of cover cropping on greenhouse gas emission fluxes during the winter fallow period |
2.2.2 N2O通量
从冬闲期土壤N2O排放通量动态来看[图 3(c)], 绿肥作物播种3周内土壤N2O排放通量呈快速下降趋势.从土壤N2O累积排放通量变化来看[图 3(d)], 燕麦和混播在第47 d后土壤N2O累积排放通量低于裸地休闲, 小扁豆在第57、71和89 d低于裸地休闲, 在第120 d后高于裸地休闲.其中小扁豆在第120 d后高于燕麦和混播, 燕麦在第138 d后高于混播.
从表 1可知, 与裸地休闲相比, 燕麦和混播土壤N2O累积排放通量分别减少了11.6%和19.2%(P < 0.05), 而小扁豆增加了31.9%(P < 0.05).
2.2.3 CH4通量与土壤CO2和N2O通量相反, 土壤CH4通量为负值, 表明供试土壤为CH4的汇.从冬闲期土壤CH4吸收通量动态来看[图 3(e)], 绿肥作物播种2个月内土壤CH4吸收通量呈快速增加趋势, 从第57~89 d土壤CH4吸收通量快速减少, 至第120 d稳定且接近于零, 第138 d至冬闲期结束土壤CH4吸收通量增加且各处理波动较大.从土壤CH4累积吸收通量变化来看[图 3(f)], 3个绿肥处理土壤CH4累积吸收通量始终低于裸地休闲, 燕麦和混播始终低于小扁豆, 其中在绿肥作物播种后120 d内, 燕麦变化与混播大致相同, 第120 d后低于混播.
从表 1可知, 与裸地休闲相比, 燕麦、小扁豆和混播处理土壤CH4累积吸收通量分别减少了37.9%、23.6%和29.6%(P < 0.05), 其中燕麦和混播处理均显著高于小扁豆处理.
2.3 春玉米生长期土壤温室气体通量 2.3.1 CO2通量从春玉米生长期土壤CO2排放通量动态来看[图 4(a)], 3个绿肥处理在春玉米播种后第15、23、28和42~70 d较裸地休闲增加了土壤CO2排放通量.从土壤CO2累积排放通量变化来看[图 4(b)], 小扁豆在第23 d后高于其它处理, 燕麦和混播在第42 d后高于裸地休闲, 其中混播在第70 d后高于燕麦.
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图 4 不同绿肥作物处理下春玉米生长期间土壤温室气体排放通量 Fig. 4 Greenhouse gas emission fluxes during the spring maize growing period under different cover crop treatments |
从表 2可知, 与裸地休闲相比, 燕麦、小扁豆和混播土壤CO2累积排放通量分别增加了7.77%、25.7%和14.5%(P < 0.05), 其中3个绿肥处理间差异显著.
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表 2 绿肥种植对春玉米生长期间土壤温室气体排放通量的影响1) Table 2 Effect of cover cropping on greenhouse gas emission fluxes during the spring maize growing period |
2.3.2 N2O通量
从春玉米生长期土壤N2O排放通量动态来看[图 4(c)], 小扁豆在春玉米播种后第3~42 d和53~105 d土壤N2O排放通量高于裸地休闲, 而燕麦在第7、34、47和84~148 d低于裸地休闲.从土壤N2O累积排放通量变化来看[图 4(d)], 小扁豆在第7 d后始终高于裸地休闲; 燕麦在第7~84 d高于裸地休闲, 从第98 d至春玉米收获低于裸地休闲; 混播在第3~98 d与裸地休闲大致相同, 从第105 d至春玉米收获高于裸地休闲.小扁豆在春玉米生长期间土壤N2O累积排放通量始终大于燕麦和混播, 其中混播在第105 d后高于燕麦.
从表 2可知, 与裸地休闲相比, 小扁豆土壤N2O累积排放通量增加了14.9%(P < 0.05), 燕麦减少了14.7%(P < 0.05), 而混播的差异不显著, 其中3个绿肥处理间差异显著.
2.3.3 CH4通量从春玉米生长期土壤CH4吸收通量动态来看[图 4(e)], 3个绿肥处理在春玉米播种后第3、7、23、28、34、53、70和98 d至春玉米收获, 土壤CH4吸收通量低于裸地休闲.从土壤CH4累积吸收通量变化来看[图 4(f)], 绿肥处理土壤CH4累积吸收通量始终大于裸地休闲, 3个绿肥处理表现为：小扁豆>混播>燕麦.
从表 2可知, 与裸地休闲相比, 燕麦、小扁豆和混播土壤CH4累积吸收通量分别减少了19.4%、33.5%和31.5%(P < 0.05), 其中燕麦分别与小扁豆和混播差异显著, 而小扁豆和混播差异不显著.
2.4 土壤水分、温度与土壤CO2、N2O和CH4排放的相关性分析从图 5(a)和图 5(b)可知, 土壤水分和温度与冬闲期、春玉米生长期和全年土壤CO2排放通量均呈正相关.从图 5(c)和图 5(d)可知, 冬闲期和全年的土壤N2O排放通量与土壤水分均呈正相关, 但春玉米生长期土壤N2O排放通量与土壤水分不相关, 而土壤温度与冬闲期、春玉米生长期和全年土壤N2O排放通量均呈正相关.从图 5(e)和图 5(f)可知, 土壤水分和温度与冬闲期、春玉米生长期和全年土壤CH4吸收通量均呈正相关, 随土壤水分和温度增加, 会促进土壤CH4吸收.
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图 5 土壤水分和温度与土壤CO2、N2O和CH4排放通量的相关性分析 Fig. 5 Correlation analysis of soil water content, soil temperature and CO2, N2O, and CH4 emission fluxes |
从表 3可知, 本研究GWP中CO2的贡献率最高, 其次是N2O, CH4对GWP的贡献为负效应, 而机械燃油和肥料投入的碳排放占较小比例.与裸地休闲相比, 小扁豆和混播GWP分别提高了23.9%和10.5%(P < 0.05), 而燕麦差异不显著, 其中小扁豆分别与燕麦和混播差异显著.与裸地休闲相比, 小扁豆和混播的春玉米产量分别提高了20.3%和15.4%(P < 0.05), 而燕麦对玉米产量没有影响.不同绿肥作物处理的GHGI差异不显著.
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表 3 2018~2019年绿肥种植对周年温室气体增温潜势(GWP)、玉米产量和温室气体排放强度(GHGI)的影响1) Table 3 Effect of cover cropping on global warming potential (GWP), maize yield, and greenhouse gas intensity (GHGI) from 2018-2019 |
3 讨论 3.1 绿肥种植对土壤CO2排放的影响
春玉米-绿肥填闲种植系统土壤是CO2的排放源.本研究中, 与裸地休闲相比, 绿肥种植对土壤CO2排放有不同程度的增加, 这与Singh等[24]在美国南达科他州试验结果类似.有研究表明[25, 26], 冬季绿肥(燕麦、野豌豆和冬季油菜等)也会促进后续作物生长期间土壤CO2排放.原因可能是绿肥种植较裸地休闲能刺激微生物活性和根系呼吸[27].另外, 绿肥翻压还田向土壤输入新鲜有机物料, 提高土壤有机碳含量[28, 29], 翻压增加了土壤通气性, 破坏土壤团聚体加速土壤有机碳的分解, 导致土壤CO2排放增加[13, 30~32].
植物根系的呼吸受其生物量影响, 生物量越高, 土壤CO2排放越高[6, 33].与本研究的结果一致, 在冬闲期间, 混播土壤CO2排放量高于燕麦和小扁豆, 与绿肥间地上生物量大小一致; 燕麦和小扁豆在土壤CO2排放量和其地上生物量均无差异.而在春玉米生长期间土壤CO2排放量表现为：小扁豆>混播>燕麦.原因可能是豆科碳氮比较低, 翻压还田后其腐解速率快, 更能刺激微生物活性和作物根系呼吸, 从而促进土壤CO2排放[34].
土壤水分和温度可能会影响土壤CO2排放[16, 24].特别在干旱与半干旱地区, 低土壤水分的土壤CO2排放对水分更为敏感[35].由图 5(a)和5(b)可知, 土壤水分和温度与全年土壤CO2排放均呈正相关, 这说明土壤水分和温度是影响土壤CO2排放的重要因素.这与戈小荣等[17]的试验结果一致.
3.2 绿肥种植对土壤N2O排放的影响土壤N2O的产生高度依赖土壤氮素的有效性[36].有研究表明[6], 绿肥种类影响土壤N2O排放.本研究中, 豆科较非豆科和混播促进土壤N2O排放, 这与Muhammad等[6]基于48篇文献的Meta分析结果一致.原因可能是, 虽然豆科和非豆科在冬闲期间都能从土壤中吸收氮, 降低土壤矿质氮含量, 但非豆科在降低硝态氮和氮淋溶方面比豆科更有效[37~39], 另一方面豆科生物固氮及其较低的碳氮比[6, 31, 38~40], 翻压还田其矿化率高, 提高土壤中速效氮含量和氮基质的有效性, 为硝化和反硝化细菌提供底物, 提高土壤微生物活性, 促进硝化和反硝化过程, 导致更多的土壤N2O排放[38~43].
土壤水分和温度是影响土壤N2O产生和排放的重要因素[42, 44].由图 5(c)和5(d)可知, 与土壤CO2排放通量的相关性一致, 土壤水分和温度与全年土壤N2O排放均呈正相关.原因可能是土壤水分和温度的增加会加速氮的矿化作用或反硝化过程, 促进土壤N2O排放[11, 17, 43].
3.3 绿肥种植对土壤CH4排放的影响土壤可以作为大气CH4的源或汇, 不同的研究时间尺度、区域和气候条件都会对其产生影响[45, 46].本研究中, 土壤CH4通量与CO2、N2O通量相反, 全年均为负值, 成为大气的汇, 罗晓琦等[18]在陕西杨凌的研究也得出, 旱作农田土壤为CH4的吸收汇.与裸地休闲相比, 绿肥种植对土壤CH4吸收有不同程度的减少, 原因可能是绿肥种植减少土壤表层水分蒸发, 改善土壤结构, 增加土壤充水空隙, 进而对CH4的吸收能力减弱[34].
本研究中, 非豆科在冬闲期土壤的CH4吸收比豆科和混播更少, 与戈小荣等[17]在冬小麦-夏季填闲种植系统中的研究结果不同.原因可能是冬季和夏季休闲期间气候条件的差异, 冬闲期在霜冻和积雪融化后, 特别是土壤温度和水分的变化明显[24].而非豆科较豆科和混播在春玉米生长期间增加了土壤CH4吸收, Gong等[15]在日本茨城县的研究也有相似结果, 翻压还田后豆科较非豆科更能减少土壤CH4的吸收.另外, 因为春玉米播前不施氮肥, 所以土壤中产生NH4+的化合物主要受绿肥残余腐解的影响, 而且非豆科碳氮比较高, 残余腐解对土壤速效氮的需求更大, 而豆科或者包括豆科的混播翻压还田后NH4+或者产生NH4+化合物更多, 降低土壤的氧化能力, 抑制氧化CH4的酶活性, 进而影响土壤CH4的吸收[18, 47].
由图 5(e)和5(f)可知, 土壤水分和温度与全年土壤CH4吸收呈正相关.原因可能是随土壤温度上升能提高土壤CH4的氧化率, 促进土壤CH4吸收[48].孙海妮等[49]的研究发现土壤水分与土壤CH4吸收呈负相关, 原因可能是土壤水分的增加会降低土壤通气性, 减少大气向土壤的扩散, 阻碍了土壤CH4的氧化, 相关结论有待进一步研究.
3.4 绿肥种植对周年综合增温潜势(GWP)、玉米产量和温室气体排放强度(GHGI)的影响GWP是评价农田管理措施对土壤温室气体排放的影响指标.本研究中, 绿肥种植较裸地休闲提高了GWP.与常单娜等[50]在河南信阳试验结果一致.这可能与绿肥生物量及其碳输入量有关, 根据Lee等[51]在韩国密阳的两年试验建议, 种植生物量大、碳输入高及其增加后续作物产量为主的绿肥可以降低GWP.另外, 在GWP计算中, GWPsoil export是通过观测土壤CO2、N2O和CH4排放通量计算得出, 结果表明, 土壤CO2排放对GWP起到关键作用[17, 47]且贡献比重较大, 其次是N2O排放, 而土壤CH4排放贡献为负效应, 绿肥种植较裸地休闲增加了全年土壤CO2累积排放量, 3种绿肥表现为：小扁豆>混播>燕麦, 这与GWP表现一致.而在GWPresidue的计算中, 绿肥地上生物量及其碳含量分别通过样方法和元素分析仪来测定, 由于未采集绿肥和玉米的地下生物量, 只能通过文献估算其地下生物量及其碳含量, 虽然绿肥及春玉米地下生物量较小, 但也会增加GWPresidue的不确定性, 其结果有待进一步研究.
有研究表明[47, 52], 提高后续作物产量可以有效降低GHGI.而本文发现小扁豆和混播较裸地休闲增加了春玉米产量, 但对GHGI没有影响.另外, GWP和GHGI的结果仅观测1a试验土壤CO2、N2O和CH4排放通量, 后续需要更长的试验周期.如果仅评价GWP, 燕麦的温室气体排放相对最低, 但农业生产活动需兼顾经济效益与环境效益, 在考虑温室气体排放的同时, 也要保证粮食作物产量.综合考虑GWP、春玉米产量和GHGI, 混播的GWP较低, 又能保证绿肥地上生物量和春玉米产量, 且不会对GHGI造成影响.
考虑到本研究仅探究冬季绿肥对温室气体排放的影响, 而且冬闲期间低温会限制其生物量, 较低的生物量可能会造成温室气体排放差异较小[6], 春玉米播前没有添加氮肥, 这对客观评价冬季绿肥对该地区土壤温室气体排放会产生一定的偏差.该地区其它研究结果表明[53], 添加氮肥增加了土壤无机氮含量, 提高了粮食作物产量, 显著增加土壤CO2排放.另外, 播前施加的氮肥与粮食作物吸收利用往往不同步, 会增加微生物活动的氮源和底物, 同时促进硝化和反硝化作用, 增加土壤N2O排放[54, 55], 可能会抑制土壤CH4吸收, 进而提高农田温室气体增温潜势[56].由于本试验中没有添加氮肥, 结果仅能从一定程度上反映冬季绿肥对该地区土壤温室气体排放的影响, 在该地区种植绿肥是否受添加氮肥的影响而导致土壤温室气体排放增加, 未来需要进行添加氮肥试验(参照当地常见施肥管理), 以期更准确反映实际状况.
4 结论(1) 春玉米-绿肥填闲种植系统土壤为CO2和N2O的排放源, 为CH4的吸收汇.
(2) 与裸地休闲相比, 绿肥种植增加了土壤CO2排放, 但降低了土壤CH4吸收.燕麦降低了土壤N2O排放, 而小扁豆增加了土壤N2O排放.
(3) 虽然小扁豆和混播提高了GWP, 但增加了春玉米产量, 且对GHGI没有影响.
(4) 综合考虑GWP、春玉米产量和GHGI, 将燕麦和小扁豆二者混播可以保证春玉米产量的情况下, 有效降低GHGI.
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