耕作模式对河西绿洲灌区夏玉米农田土壤呼吸的影响

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00019

摘要/Abstract

摘要：

以河西绿洲灌区夏玉米农田土壤为研究对象，设置免耕（NT）和传统耕作（CT）两种耕作方式，玉米间作小麦（W/M）、玉米小麦轮作（W→M）和麦后插播冬油菜还田玉米轮作（W-G→M）3种种植模式，探讨河西绿洲灌区不同耕作模式对夏玉米农田土壤呼吸变化特征的影响。测定夏玉米不同生育时期土壤呼吸速率、土壤温度和土壤含水量。结果表明：河西绿洲灌区不同耕作模式下夏玉米农田土壤呼吸有着明显的单峰型日变化，且峰值出现在15:00左右，玉米生育期峰值出现在拔节期（6月上旬）。土壤呼吸速率与土壤温度、土壤含水量均显著正相关，且土壤呼吸速率日变化主要受5 cm土壤温度影响。6种耕作模式的土壤呼吸的温度敏感性Q₁₀值为1.60~2.70，免耕均高于传统耕作，且依次为NT W→M>NT W/M>NT W-G→M>CT W-G→M>CT W→M>CT W/M。河西绿洲灌区不同耕作模式下夏玉米农田土壤呼吸不仅受土壤温度影响，还受土壤含水量的影响。

关键词: 河西绿洲灌区, 耕作方式, 夏玉米, 土壤呼吸

Abstract:

In this experiment， summer corn field soil in Hexi Oasis irrigation area was selected as the research object. Two tillage modes were set， namely， no-tillage （NT） and traditional tillage （CT）， and three planting modes were maize intercropping wheat （W/M）， maize wheat rotation （W→M） and maize rotation （W-G→M） after wheat intercropping and winter rape returning to field. In order to investigate the effects of different tillage modes on the characteristics of soil respiration in summer maize fields in Hexi Oasis irrigation area， soil respiration rate， soil temperature and soil moisture content were measured at different growth periods of summer maize. The results showed that the diurnal variation of summer maize field soil respiration was obvious under different cultivation modes in Hexi Oasis irrigation area， and the peak value appeared at about 15：00， and the peak value of maize growth period appeared at jointing stage （early June）. Soil respiration rate was positively correlated with soil temperature and soil water content， and the diurnal variation of soil respiration rate was mainly affected by soil temperature of 5cm. The temperature sensitivity Q₁₀ values of soil respiration under six different tillage modes ranged from 1.60 to 2.70， and the values of no-tillage were higher than those under traditional tillage， in order of NT W→M>NT W/M>NT W-G→M>CT W-G →M>CT W→M>CT W→M>CT W/M. Soil respiration of summer maize field under different cultivation modes in Hexi Oasis irrigation area was affected not only by soil temperature but also by soil water content.

Key words: Hexi Oasis irrigation area, farming methods, summer corn, soil respiration

中图分类号:

S153

冯彦淞, 杨彩红, 强玉泉. 耕作模式对河西绿洲灌区夏玉米农田土壤呼吸的影响[J]. 中国沙漠, 2023, 43(4): 200-208.

Yansong Feng, Caihong Yang, Yuquan Qiang. Effects of tillage patterns on soil respiration in summer maize field in Hexi Oasis irrigation area[J]. Journal of Desert Research, 2023, 43(4): 200-208.

图/表 8

图1 不同耕作模式下玉米各生育时期土壤含水量变化

Fig.1 Changes of soil moisture content in maize under different tillage modes

图2 不同耕作模式下玉米各生育时期土壤温度变化

Fig.2 Soil temperature changes at different growth stages of maize under different tillage modes

图3 不同耕作模式下玉米各生育时期土壤呼吸速率日变化

Fig.3 Diurnal variation of soil respiration rate in different growth periods of maize under different tillage patterns

图4 不同耕作模式下玉米各生育时期5 cm土壤温度日变化

Fig.4 Diurnal variation of ground temperature at 5 cm in different growing periods of maize under different tillage modes

图5 不同耕作模式在玉米各生育时期土壤呼吸速率变化

Fig.5 Changes of soil respiration rate under different tillage patterns at different growth stages of maize

表1 不同耕作模式下土壤呼吸速率与土壤温度（5 cm）间的关系及土壤呼吸温度敏感性系数

Table 1 The relationship between soil respiration rate and soil temperature （5 cm） under different tillage patterns and the sensitivity coefficient of soil respiration temperature

处理	线性函数		指数函数		Q₁₀
处理	拟合方程	拟合系数R²	拟合方程	拟合系数R²	Q₁₀
NT W/M	$y = 0.2723 x - 2.8075$	0.45	$y = 0.5921 e 0.07517 x$	0.44	2.12
CT W/M	$y = 0.2150 x - 1.012$	0.39	$y = 1.316 e 0.0470 x$	0.39	1.60
NT W-G→M	$y = 0.2791 x - 2.190$	0.55	$y = 0.9053 e 0.06553 x$	0.53	1.93
CT W-G→M	$y = 0.2821 x - 1.983$	0.55	$y = 1.066 e 0.06125 x$	0.53	1.85
NT W→M	$y = 0.3969 x - 4.221$	0.58	$y = 0.5059 e 0.0979 x$	0.58	2.66
CT W→M	$y = 0.2672 x - 1.470$	0.59	$y = 1.131 e 0.0606 x$	0.58	1.83

表1 不同耕作模式下土壤呼吸速率与土壤温度（5 cm）间的关系及土壤呼吸温度敏感性系数

Table 1 The relationship between soil respiration rate and soil temperature （5 cm） under different tillage patterns and the sensitivity coefficient of soil respiration temperature

处理	线性函数		指数函数		Q₁₀
处理	拟合方程	拟合系数R²	拟合方程	拟合系数R²	Q₁₀
NT W/M	$y = 0.2723 x - 2.8075$	0.45	$y = 0.5921 e 0.07517 x$	0.44	2.12
CT W/M	$y = 0.2150 x - 1.012$	0.39	$y = 1.316 e 0.0470 x$	0.39	1.60
NT W-G→M	$y = 0.2791 x - 2.190$	0.55	$y = 0.9053 e 0.06553 x$	0.53	1.93
CT W-G→M	$y = 0.2821 x - 1.983$	0.55	$y = 1.066 e 0.06125 x$	0.53	1.85
NT W→M	$y = 0.3969 x - 4.221$	0.58	$y = 0.5059 e 0.0979 x$	0.58	2.66
CT W→M	$y = 0.2672 x - 1.470$	0.59	$y = 1.131 e 0.0606 x$	0.58	1.83

表2 不同耕作模式的土壤呼吸速率与土壤含水量间的关系

Table 2 Relationship between soil respiration rate and soil water content under different tillage patterns

土层	处理	拟合方程	拟合系数R²	P
0~5 cm	NT W/M	$y = 0.08074 x 2 - 1.997 x + 15.58$	0.49	<0.01
	CT W/M	$y = 1579 x 2 - 1.997 x + 25.38$	0.59	<0.01
	NT W-G→M	$y = 1406 x 2 - 378.6 x + 22.59$	0.44	<0.01
	CT W-G→M	$y = 1766 x 2 - 338.2 x + 24.72$	0.60	<0.01
	NT W→M	$y = - 76.88 x 2 - 402.4 x + 0.3044$	0.58	<0.01
	CT W→M	$y = 1631 x 2 - 350.6 x + 21.39$	0.51	<0.01
5~20 cm	NT W/M	$y = - 2204 x 2 + 605.0 x - 36.56$	0.48	<0.01
	CT W/M	$y = 717.8 x 2 - 226.0 x + 19.62$	0.55	<0.01
	NT W-G→M	$y = 61.69 x 2 - 30.05 x + 5.948$	0.36	<0.01
	CT W-G→M	$y = - 151.7 x 2 + 18.48 x + 3.900$	0.58	<0.01
	NT W→M	$y = - 1127 x 2 + 285.0 x - 13.32$	0.57	<0.01
	CT W→M	$y = - 223.0 x 2 + 66.33 x - 1.929$	0.46	<0.01
20-30 cm	NT W/M	$y = - 3261 x 2 + 962.3 x - 65.13$	0.61	<0.01
	CT W/M	$y = 58.06 x 2 - 55.06 x + 9.188$	0.56	<0.01
	NT W-G→M	$y = - 1021 x 2 + 259.4 x - 11.88$	0.71	<0.01
	CT W-G→M	$y = 1449 x 2 - 372.0 x + 26.35$	0.75	<0.01
	NT W→M	$y = - 1843 x 2 + 475.1 x - 25.43$	0.76	<0.01
	CT W→M	$y = - 512.0 x 2 + 108.7 x - 2.080$	0.44	<0.01

表2 不同耕作模式的土壤呼吸速率与土壤含水量间的关系

Table 2 Relationship between soil respiration rate and soil water content under different tillage patterns

土层	处理	拟合方程	拟合系数R²	P
0~5 cm	NT W/M	$y = 0.08074 x 2 - 1.997 x + 15.58$	0.49	<0.01
	CT W/M	$y = 1579 x 2 - 1.997 x + 25.38$	0.59	<0.01
	NT W-G→M	$y = 1406 x 2 - 378.6 x + 22.59$	0.44	<0.01
	CT W-G→M	$y = 1766 x 2 - 338.2 x + 24.72$	0.60	<0.01
	NT W→M	$y = - 76.88 x 2 - 402.4 x + 0.3044$	0.58	<0.01
	CT W→M	$y = 1631 x 2 - 350.6 x + 21.39$	0.51	<0.01
5~20 cm	NT W/M	$y = - 2204 x 2 + 605.0 x - 36.56$	0.48	<0.01
	CT W/M	$y = 717.8 x 2 - 226.0 x + 19.62$	0.55	<0.01
	NT W-G→M	$y = 61.69 x 2 - 30.05 x + 5.948$	0.36	<0.01
	CT W-G→M	$y = - 151.7 x 2 + 18.48 x + 3.900$	0.58	<0.01
	NT W→M	$y = - 1127 x 2 + 285.0 x - 13.32$	0.57	<0.01
	CT W→M	$y = - 223.0 x 2 + 66.33 x - 1.929$	0.46	<0.01
20-30 cm	NT W/M	$y = - 3261 x 2 + 962.3 x - 65.13$	0.61	<0.01
	CT W/M	$y = 58.06 x 2 - 55.06 x + 9.188$	0.56	<0.01
	NT W-G→M	$y = - 1021 x 2 + 259.4 x - 11.88$	0.71	<0.01
	CT W-G→M	$y = 1449 x 2 - 372.0 x + 26.35$	0.75	<0.01
	NT W→M	$y = - 1843 x 2 + 475.1 x - 25.43$	0.76	<0.01
	CT W→M	$y = - 512.0 x 2 + 108.7 x - 2.080$	0.44	<0.01

表3 不同耕作模式下土壤呼吸速率与土壤水热因子的相关性

Table 3 Correlation between soil respiration rate and soil water and heat factors under different tillage patterns

	耕作模式	5 cm 地温	10 cm 地温	15 cm 地温	20 cm 地温	25 cm 地温	0~5 cm 土壤含水量	5~20 cm 土壤含水量	20~30 cm 土壤含水量	土壤呼吸速率
耕作模式	1
5 cm地温	-0.271^**	1
10 cm地温	-0.287^**	0.973^**	1
15 cm地温	-0.279^**	0.948^*	0.985^**	1
20 cm地温	-0.269^**	0.926^**	0.969^**	0.986^**	1
25 cm地温	-0.256^**	0.920^**	0.961^**	0.961^**	0.978^**	1
0~5 cm土壤含水量	-0.202^**	0.126^**	0.126^**	0.123^**	0.121^**	0.123^**	1
5~20 cm土壤含水量	-0.189^**	0.113^**	0.110^**	0.106^*	0.102^**	0.103^**	0.967^**	1
20~30 cm土壤含水量	-0.239^**	0.124^**	0.123^**	0.117^**	0.114^**	0.115^**	0.957^**	0.959^**	1
土壤呼吸速率	0.013	0.434^**	0.419^**	0.414^**	0.412^**	0.411^**	0.102^**	0.116^**	0.121^**	1

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