唐海明，李超，肖小平，潘孝晨，程凱凱，董春華，石麗紅，羅尊長(zhǎng)

湖南省土壤肥料研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410125

水稻（Oryza sativaL.）是中國(guó)最重要的糧食作物之一，水稻種植面積和產(chǎn)量對(duì)國(guó)家的糧食生產(chǎn)安全均起著重要的戰(zhàn)略意義（張小莉等，2009）。水稻產(chǎn)量受較多因素的影響，耕作是影響水稻產(chǎn)量重要的關(guān)鍵因素之一。科學(xué)合理的耕作措施通過(guò)影響土壤的理化特性（物理結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分）和生物學(xué)（土壤微生物活性及多樣性）特性，維持和提高農(nóng)田的可持續(xù)生產(chǎn)能力，影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益（Huang et al.，2012；Putte et al.，2010），進(jìn)而改善農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的功能（Roge-Estrade et al.，2010；Huang et al.，2010）。近年來(lái)，農(nóng)田土壤碳固定研究已經(jīng)成為當(dāng)前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。研究農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤碳的固定、積累與周轉(zhuǎn)及其對(duì)氣候變化的反饋機(jī)制，對(duì)于正確評(píng)估土壤碳固定在溫室氣體減排中的作用，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)碳匯相關(guān)技術(shù)體系的研究構(gòu)建等方面具有重要意義（韓冰等，2008；李潔靜等，2009）。

近年來(lái)，中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械化水平得到快速提升，在農(nóng)田土壤機(jī)械耕作過(guò)程中由于農(nóng)機(jī)具操作使用不合理，造成了中國(guó)農(nóng)田的耕層變淺、理化性狀變差，降低了土壤的庫(kù)容能力，進(jìn)而影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量（石彥琴等，2010）。目前，耕作結(jié)合秸稈還田措施是維持和提高土壤地力重要的農(nóng)藝措施，不同的耕作措施和秸稈還田方式對(duì)土壤的耕翻深度和作用強(qiáng)度不同，對(duì)土壤碳效應(yīng)影響程度不一樣。前人主要就不同耕作和秸稈還田方式對(duì)農(nóng)田土壤理化特性、土壤碳儲(chǔ)量等方面進(jìn)行了相應(yīng)的研究。Lal et al.（1999）研究結(jié)果表明，全球耕地總固碳潛力為 0.75—1.0 Pg·a-1；West et al.（2002）研究認(rèn)為，短期條件下，少、免耕處理明顯增加了表層土壤有機(jī)質(zhì)含量。魏燕華等（2013）研究表明，免耕+秸稈還田處理下0—30 cm土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量最高，而翻耕+秸稈還田處理與免耕+秸稈不還田、翻耕+秸稈不還田、旋耕+秸稈還田處理間均無(wú)明顯差異；韓冰等（2008）研究認(rèn)為，免耕+秸稈還田處理有利于提高中國(guó)農(nóng)田土壤的總固碳量。李瑋等（2014）研究表明，秸稈還田增加了農(nóng)田耕層土壤有機(jī)碳（SOC，soil organic carbon）儲(chǔ)量，比秸稈不還田處理增加6.58%—14.83%。李潔靜等（2009）研究認(rèn)為，秸稈還田配施氮肥處理增加了水稻生長(zhǎng)季稻田的碳匯量（-4.70 t·hm-2·a-1），碳匯量明顯高于無(wú)肥和化肥處理。由于各地開(kāi)展研究的氣候條件、土壤類型、試驗(yàn)周期、種植制度和栽培方式等因素不同，前人所開(kāi)展研究的試驗(yàn)結(jié)果存在明顯的不同。

湖南是中國(guó)主要的雙季稻區(qū)，采取科學(xué)合理的耕作措施能增強(qiáng)稻田固碳和凈碳匯效應(yīng)，維持該區(qū)域稻田的土壤肥力，有利于水稻獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和保障國(guó)家糧食生產(chǎn)安全。目前，在該區(qū)域的雙季稻主產(chǎn)區(qū)不同耕作條件下（翻耕、旋耕和免耕）對(duì)雙季稻田溫室氣體排放、土壤有機(jī)碳含量、組分和分布、碳儲(chǔ)量等方面影響開(kāi)展了部分研究（徐尚起等，2011；何瑩瑩等，2010；Zhang et al.，2013；Xue et al.，2014；Chen et al.，2015；Tang et al.，2019），但在紫云英（Astragalus sinicusL.）-雙季稻種植模式采取秸稈還田培肥土壤條件下不同耕作模式對(duì)雙季稻田生態(tài)系統(tǒng)凈碳匯效應(yīng)及收益的影響還有待進(jìn)一步開(kāi)展。因此，本研究以紫云英-雙季稻種植模式大田定位試驗(yàn)為基礎(chǔ)，開(kāi)展不同耕作模式條件下稻田耕層土壤（0—20 cm）碳密度及固碳速率研究，以明確不同耕作模式下稻田生態(tài)系統(tǒng)的凈固碳效率和經(jīng)濟(jì)效益變化特征，從而為南方雙季稻區(qū)科學(xué)評(píng)價(jià)和選擇環(huán)境友好型的耕作模式提供科學(xué)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

該大田試驗(yàn)開(kāi)始于 2015年，試驗(yàn)田位于湖南省寧鄉(xiāng)市回龍鋪鎮(zhèn)回龍鋪村（28°07′N，112°18′E），海拔36.1 m，年均氣溫17.2 ℃，年平均降雨量1553 mm，年蒸發(fā)量1354 mm，無(wú)霜期274 d。試驗(yàn)田土壤為水稻土，河沙泥土種，為典型的雙季稻主產(chǎn)區(qū)。種植制度為紫云英-雙季稻，土壤肥力中等，排灌條件良好。試驗(yàn)前耕層土壤（0—20 cm）基礎(chǔ)肥力如下：有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù) 22.07 g·kg-1、全氮 2.14 g·kg-1、全磷 0.82 g·kg-1、全鉀 13.21 g·kg-1、堿解氮 192.20 mg·kg-1、有效磷 13.49 mg·kg-1、速效鉀81.91 mg·kg-1，pH 值 5.79。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及田間管理

試驗(yàn)包括 4個(gè)耕作處理：（1）雙季水稻翻耕+秸稈還田（CT：conventional tillage with residue incorporation）早稻和晚稻移栽前用鏵式犁翻地 1遍，翻耕深度約15—20 cm，再用旋耕機(jī)旋地2遍以平整土地，翻耕深度約8—10 cm，紫云英和稻草秸稈均還田；（2）雙季水稻旋耕+秸稈還田（RT：rotary tillage with residue incorporation）早稻和晚稻移栽前用旋耕機(jī)旋地4遍，旋耕深度約8—10 cm，紫云英和稻草秸稈均還田；（3）雙季水稻免耕+秸稈還田（NT：no tillage with residue retention）不整地，早稻和晚稻均采用免耕移栽，紫云英和稻草秸稈均還田；（4）雙季水稻旋耕+秸稈不還田為對(duì)照（RTO：rotary tillage with residue removed）早稻和晚稻移栽前用旋耕機(jī)旋地4遍，旋耕深度約8—10 cm，紫云英和稻草秸稈均不還田。每個(gè)處理3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積56.0 m2（7 m×8 m）。CT、RT和NT處理中紫云英還田量均為2.25×104kg·hm-2，早稻和晚稻的稻草秸稈還田量均為2000.0 kg·hm-2；RTO處理中紫云英和稻草秸稈均不還田。CT和RT處理的秸稈在耕作時(shí)翻壓還田，NT處理的秸稈為地表覆蓋還田；其中，紫云英在4月上旬翻壓還田或地表覆蓋還田；早稻和晚稻稻草秸稈分別在水稻移栽前結(jié)合耕作翻壓還田或地表覆蓋還田。

在生產(chǎn)過(guò)程中，保證早稻季和晚稻季各處理間N、P2O5、K2O總施用量一致（總施用量為化肥與紫云英、早稻、晚稻稻草秸稈養(yǎng)分含量之和），各處理的早稻和晚稻品種，大田化肥施用量、施肥比例、移栽日期、移栽密度、灌溉、除草等農(nóng)事操作安排均按唐海明等（2019b）的方法進(jìn)行。試驗(yàn)稻田的生產(chǎn)投入與價(jià)格等具體情況見(jiàn)表1。

表1 雙季稻稻田生產(chǎn)的投入與價(jià)格情況Table 1 Information of inputs per area and price of unit input during double-cropping rice production

1.3 樣品采集與測(cè)定方法

1.3.1 樣品采集

2019年，晚稻成熟期進(jìn)行土壤樣品采集；于每個(gè)小區(qū)采用“S”型取樣法用土鉆取耕層0—20 cm的土壤，將樣品充分混勻，重復(fù)3次；土壤樣品自然風(fēng)干，過(guò)2 mm篩，用于土壤有機(jī)碳含量的測(cè)定，測(cè)定方法參照鮑士旦（2005）的方法進(jìn)行。

1.3.2 相關(guān)項(xiàng)目測(cè)定

晚稻成熟期，在每個(gè)小區(qū)采用環(huán)刀法測(cè)定土壤容重，3次重復(fù)；同時(shí)，在每個(gè)小區(qū)選擇3個(gè)點(diǎn)測(cè)定耕層土壤深度，取平均值。

分別于紫云英收割前、早稻和晚稻成熟期，測(cè)定各小區(qū)紫云英和水稻實(shí)際產(chǎn)量。

稻田耕層土壤（0—20 cm）固碳速率、土壤碳密度、碳平衡和系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)流等計(jì)算方法均參照李潔靜等（2009）的方法進(jìn)行，具體的計(jì)算公式如下：

式中：SCRF為農(nóng)田土壤固碳速率，t·hm-2·a-1；DSOCF為不同耕作處理農(nóng)田土壤碳年變化量，t·hm-2·a-1；DSOCo為對(duì)照農(nóng)田土壤碳年變化量，t·hm-2·a-1。

式中：DOC為碳密度，t·hm-2；SOC為有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，g·kg-1；r為土壤容重（體積質(zhì)量），g·cm-3；H為耕層土壤厚度，cm。

式中：Cs為系統(tǒng)的凈碳匯，t·hm-2·a-1；RH為系統(tǒng)內(nèi)土壤的呼吸碳排放，t·hm-2·a-1；CNPP為系統(tǒng)的碳吸收（作物固碳和凋落物固碳之和），t·hm-2·a-1；Eh為生產(chǎn)活動(dòng)涉及的碳排放，t·hm-2·a-1。

其中，物質(zhì)投入成本=種子成本+化肥成本+農(nóng)藥成本+灌溉水，管理成本=(灌溉+耕作+收獲)機(jī)電費(fèi)+生產(chǎn)管理人工費(fèi)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

用 Microsoft Excel 2003軟件處理數(shù)據(jù)，DPS 3.11（Data Processing System for Practical Statistics）軟件進(jìn)行不同處理間各測(cè)定指標(biāo)的方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻田耕層土壤固碳速率和土壤碳密度

不同耕作措施下，各處理稻田耕層土壤固碳速率如圖1a和表2中所示。經(jīng)過(guò)5年的定位試驗(yàn)后，各處理稻田土壤的碳庫(kù)變化范圍為 2.98—3.43 t·hm-2·a-1。不同耕作措施下，土壤碳年增長(zhǎng)量以 CT處理最高，其次是RT和NT處理，大小順序表現(xiàn)為 CT＞RT＞NT＞RTO（圖 1a）；CT、RT 和 NT 處理稻田土壤碳年變化量均顯著高于 RTO處理（P＜0.05），這說(shuō)明秸稈還田措施均有利于增加稻田土壤碳庫(kù)。

不同耕作措施下，各處理稻田耕層土壤的固碳速率大小順序表現(xiàn)為CT＞RT＞NT（表2），各處理間稻田土壤的固碳速率均達(dá)顯著差異水平（P＜0.05）。在秸稈還田條件下，CT和RT處理稻田土壤的固碳速率分別是NT處理的3.67倍和2.15倍，這說(shuō)明翻耕和旋耕結(jié)合秸稈還田措施均能顯著提高土壤固碳速率，有利促進(jìn)土壤碳庫(kù)年變化量朝“匯”的方向發(fā)展，提高土壤固碳能力和有機(jī)碳庫(kù)貯量。

圖1 不同耕作模式下稻田耕層土壤（0—20 cm）有機(jī)碳年變化量和有機(jī)碳密度Fig. 1 Annual change of soil organic carbon and soil organic carbon density of plough layer in paddy field under different tillage patterns

表2 不同耕作模式下稻田耕層土壤固碳速率Table 2 Soil carbon sequestration rate of plough layer in paddy field under different tillage patterns

不同耕作處理對(duì)稻田耕層土壤（0—20 cm）碳密度的影響如圖 1b中所示。各處理間稻田耕層土壤碳密度的范圍為29.77—34.33 t·hm-2，其中以CT處理稻田耕層土壤的碳密度最高，其次是RT和NT處理，大小順序表現(xiàn)為CT＞RT＞NT＞RTO（圖1b）。CT處理稻田耕層土壤的碳密度顯著高于RTO處理（P＜0.05），RT和 NT處理耕層土壤的碳密度高于RTO處理，但無(wú)顯著性差異（P＞0.05）。CT、RT和NT處理耕層土壤的碳密度分別比 RTO處理增加15.33%、9.00%和4.18%，這表明秸稈還田措施均能顯著提高耕層土壤的碳密度。

2.2 稻田生態(tài)系統(tǒng)的凈碳匯

不同耕作處理稻田生態(tài)系統(tǒng)水稻的碳吸收（凈碳固定）變化范圍為 5.27—7.43 t·hm-2·a-1，其大小順序表現(xiàn)為CT＞RT＞NT＞RTO（表3）。其中，以CT處理最高，比RTO處理增加40.99%，其次是RT和NT處理，分別比RTO處理增加28.46%和20.87%；這說(shuō)明秸稈還田措施均有利于稻田生態(tài)系統(tǒng)固碳，翻耕和旋耕結(jié)合秸稈還田措施的固碳效果高于免耕結(jié)合秸稈還田措施。各個(gè)耕作處理間，作物固碳占稻田生態(tài)系統(tǒng)水稻碳吸收的96.37%—97.34%。不同耕作處理稻田土壤全年碳排放為 1.65—2.70 t·hm-2·a-1，其大小順序表現(xiàn)為 CT＞RT＞NT＞RTO（表3）。不同耕作處理稻田土壤全年投入碳排放的變化范圍為 2.01—2.11 t·hm-2·a-1，其大小順序表現(xiàn)為CT＞RTO＞RT＞NT，但各處理間均無(wú)顯著性差異（P＞0.05）。

水稻生長(zhǎng)季節(jié)不同耕作處理稻田土壤凈碳匯量分析結(jié)果表明，各耕作處理的凈碳匯量為-1.08—-0.77 t·hm-2·a-1，CT 處理為-1.08 t·hm-2·a-1，RT 和NT 處理分別為-0.80、-0.77 t·hm-2·a-1；CT 處理土壤凈碳匯量比NT處理增加40.26%，RT處理比NT處理增加3.90%（表3）。可見(jiàn)，翻耕和旋耕結(jié)合秸稈還田措施均能促進(jìn)稻田土壤碳匯。

2.3 稻田生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)流

在稻田生產(chǎn)過(guò)程中的投入與價(jià)格、產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)上，對(duì)不同處理稻田生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益分析結(jié)果表明，不同處理農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的大小順序表現(xiàn)為 CT＞RT＞NT＞RTO（圖 2）。CT處理的凈收益比RTO處理增加1693.5 CNY·hm-2，其次是RT和NT處理，分別比RTO處理增加1042.5、190.5 CNY·hm-2。其中，CT和RT處理均顯著高于NT和RTO處理（P＜0.05），NT和RTO處理間無(wú)顯著性差異（P＞0.05）。這與不同耕作措施下稻田生態(tài)系統(tǒng)碳匯效應(yīng)的變化趨勢(shì)一致，即產(chǎn)量越高、經(jīng)濟(jì)效益越大，其碳匯量也越大。

表3 不同耕作模式下稻田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)中碳流通Table 3 Carbon flux estimation in paddy ecosystem production under different tillage patterns t·hm-2·a-1

圖2 不同耕作模式下稻田生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)收益比較Fig. 2 Comparison with economic profit of paddy ecosystem under different tillage patterns

3 討論

3.1 不同耕作模式稻田耕層土壤固碳速率和土壤碳密度

土壤有機(jī)碳是稻田土壤重要的肥力指標(biāo)之一，對(duì)于稻田溫室氣體減排和維持土壤較高的生產(chǎn)力等方面均有十分重要的意義。稻田耕層土壤固碳速率和碳密度與所在區(qū)域的外界環(huán)境因素關(guān)系密切，易受當(dāng)?shù)氐姆N植制度、作物種類、品種、耕作、秸稈還田和施肥制度等因素的影響（陳安磊等，2009；魏燕華等，2013）。韓冰等（2008）研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采取秸稈還田和免耕措施，使中國(guó)農(nóng)田土壤固碳量分別提高到 42.23 Tg·a-1和 3.58 Tg·a-1。前人研究結(jié)果表明，中國(guó)耕地和稻田土壤有機(jī)碳密度分別為(35±32) t·hm-2和 (46.9±25.7) t·hm-2（陳安磊等，2009）。在雙季稻區(qū)不同耕作模式大田定位試驗(yàn)條件下，本研究結(jié)果表明，不同處理稻田耕層土壤（0—20 cm）固碳速率變化范圍為 2.98—3.43 t·hm-2·a-1、碳密度變化范圍為 29.77—34.33 t·hm-2，與前人的研究結(jié)果范圍一致。與秸稈不還田處理相比，秸稈還田措施均明顯提高了稻田耕層土壤的固碳速率和碳密度，其原因可能是結(jié)合耕作措施所翻壓還田的秸稈經(jīng)過(guò)土壤微生物的分解，轉(zhuǎn)化成有機(jī)碳，為耕層土壤提供了充足的外源碳，促進(jìn)了土壤對(duì)碳的固定作用，提高了耕層土壤的固碳速率和碳密度，增加了耕層土壤碳庫(kù)（Tang et al.，2019）。不同耕作措施條件下，CT和RT處理稻田耕層土壤固碳速率和碳密度均大于NT處理，其原因可能是NT條件下改變了土壤的部分理化性狀，增加了耕層土壤的容重（表 2），土壤孔隙度減小，不利于微生物的活動(dòng)，降低了有機(jī)碳的分解速率，且所還田的秸稈僅覆蓋在地表，有機(jī)碳呈現(xiàn)表層富集現(xiàn)象（何瑩瑩等，2010）；而CT和RT處理?xiàng)l件下降低了土壤容重、改善土壤部分物理特性，增強(qiáng)了土壤的通氣性，有利于土壤微生物的活動(dòng)（Hartmann et al.，2015；Tang et al.，2020），加速了對(duì)所還田秸稈的分解、并轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳（韓冰等，2008）；且所還田的秸稈經(jīng)翻耕和旋耕后與耕層土壤混合，頻繁的耕作加速了有機(jī)碳的礦化分解，增加了耕層土壤的外源有機(jī)質(zhì)輸入，從而提高了土壤有機(jī)碳的含量，這與前人研究報(bào)道一致（武際等，2012；Tang et al.，2020）。與前人研究結(jié)果認(rèn)為少（免）耕保護(hù)性耕作有利于增加土壤有機(jī)碳含量不同（魏燕華等，2013；李琳等，2006），本研究中NT處理耕層土壤的固碳速率和碳密度均高于RTO處理，這是因?yàn)榍叭碎_(kāi)展相應(yīng)研究的試驗(yàn)田為旱地，而本研究為水稻田、種植制度為紫云英-雙季稻水旱輪作，采取免耕+秸稈還田措施秸稈覆蓋在稻田土壤表面，秸稈在水稻生育期干濕交替的灌溉條件下有利于增強(qiáng)土壤微生物活性、還田秸稈的礦化分解，增加土壤中腐殖質(zhì)碳含量（Tang et al.，019），從而增加了耕層土壤固碳速率和土壤碳含量。而 RTO處理稻田耕層土壤由于缺少作物秸稈等外源物質(zhì)（有機(jī)碳）的投入，其有機(jī)碳含量低于秸稈還田處理（Tang et al.，2019），RTO處理耕層土壤固碳速率和碳密度均低于秸稈還田處理。因此，各耕作處理稻田耕層土壤的固碳速率和碳密度均與所在區(qū)域的氣候、作物類型、土壤耕作方式、還田秸稈類型和還田量、灌溉措施等農(nóng)事操作密切相關(guān)。

3.2 不同耕作模式稻田生態(tài)系統(tǒng)的碳匯效應(yīng)

前人研究結(jié)果表明，稻田生態(tài)系統(tǒng)的碳匯效應(yīng)與生產(chǎn)過(guò)程中所采取的田間管理措施密切相關(guān)，如農(nóng)作制度、作物類型、耕作、秸稈還田和施肥制度等（李瑋等，2014；李潔靜等，2009；Xue et al.，2014）。在實(shí)際生產(chǎn)中，一般采取不同的田間管理措施，以恢復(fù)、維持和提高土壤中的有機(jī)質(zhì)，進(jìn)而影響稻田生態(tài)系統(tǒng)的碳匯（Pu et al.，2019）。金琳等（2008）計(jì)算了秸稈還田和免耕等農(nóng)田管理措施對(duì)中國(guó)的碳匯效應(yīng)，結(jié)果表明，秸稈還田和免耕條件下農(nóng)田土壤有機(jī)碳的年增加量分別為 0.597、0.514 t·hm-2·a-1。本研究結(jié)果分析表明，各處理作物固碳是稻田生態(tài)系統(tǒng)中主要的碳匯來(lái)源，占碳匯來(lái)源的96.37%—97.34%（表3），這表明在水稻生產(chǎn)中可以把增加作物固碳相關(guān)農(nóng)事操作作為增加稻田生態(tài)系統(tǒng)碳匯的主要調(diào)控措施，這與前人的研究結(jié)果相一致（孟磊等，2005）。郝慶菊等（2007）研究結(jié)果認(rèn)為，三江平原水稻生長(zhǎng)季內(nèi)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳匯量為 (-6.19±0.21) t·hm-2。在本研究中，秸稈還田條件下明顯增加了稻田土壤碳匯，這是因?yàn)榻斩掃€田措施能改善稻田土壤部分理化特性、培肥土壤，為作物生長(zhǎng)發(fā)育提供良好的生態(tài)環(huán)境和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)源保障，有利于增加作物的生物學(xué)產(chǎn)量和作物產(chǎn)量（唐海明等，2019a），作物秸稈還田后轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳，有利于增加稻田耕層土壤碳儲(chǔ)量，提高了稻田生態(tài)系統(tǒng)中作物生產(chǎn)力和作物固碳能力，進(jìn)而增加了稻田生態(tài)系統(tǒng)的土壤碳匯和經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，不同耕作處理對(duì)稻田生態(tài)系統(tǒng)凈碳匯效應(yīng)具有明顯的影響，各處理的凈碳匯量變化范圍為-1.08—-0.77 t·hm-2·a-1，其中以翻耕結(jié)合秸稈還田措施增加稻田土壤碳匯的效果最佳，這是因?yàn)樵诜Y(jié)合秸稈還田措施條件下，擴(kuò)大了土壤庫(kù)容、改善了土壤生態(tài)環(huán)境，增強(qiáng)了土壤的通氣性，有利于土壤微生物的活動(dòng)（Hartmann et al.，2015；Tang et al.，2020），促進(jìn)對(duì)還田秸稈的分解，增加了作物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)和土壤有機(jī)碳的含量（Tang et al.，2020），提高了稻田生態(tài)系統(tǒng)中作物固碳能力、耕層土壤有機(jī)碳庫(kù)和有機(jī)碳的存儲(chǔ)；此外，翻耕有利于促進(jìn)作物的生長(zhǎng)發(fā)育，增強(qiáng)根系對(duì)外界營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收、增加了根系分泌物、根密度和作物地下部殘茬的還田量（Linh et al.，2015），增加了作物的干物質(zhì)積累和產(chǎn)量（唐海明等，2019a），增強(qiáng)了生態(tài)系統(tǒng)中作物生產(chǎn)力，從而提高了稻田生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，這與魏燕華等（2013）報(bào)道的不同耕作和秸稈還田條件下翻耕+秸稈還田土壤碳儲(chǔ)量最高的研究結(jié)果表現(xiàn)一致。其次是旋耕和免耕結(jié)合秸稈還田處理，稻田土壤碳匯均高于RTO處理，其原因是采取旋耕和免耕結(jié)合秸稈還田條件下均能促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成，有利于增加土壤有機(jī)碳含量（Tang et al.，2020），提高稻田生態(tài)系統(tǒng)中土壤的固碳能力；此外，外源投入的秸稈腐解后能為作物生長(zhǎng)發(fā)育提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)源，促進(jìn)了植株地下和地上部的生長(zhǎng)，有利于增加作物的生物學(xué)產(chǎn)量和地下部殘薦還田量（唐海明等，2019a），提高稻田生態(tài)系統(tǒng)中作物生產(chǎn)力和作物固碳能力，在一定程度上增加了稻田生態(tài)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。本研究所計(jì)算的碳匯量和經(jīng)濟(jì)效益等方面的結(jié)果與前人的研究結(jié)果范圍略有差異，這可能與各試驗(yàn)區(qū)不同耕作方式對(duì)土壤及其環(huán)境造成的影響不同，及不同試驗(yàn)區(qū)所使用的燃油、化肥、殺蟲(chóng)劑等生產(chǎn)資料投入、人工投入和價(jià)格等不同密切相關(guān)。

本文僅針對(duì)紫云英-雙季稻種植模式下不同耕作方式對(duì)雙季稻田生態(tài)系統(tǒng)凈碳匯效應(yīng)及收益的影響開(kāi)展了初步研究，不同耕作方式對(duì)雙季稻田溫室氣體排放特征及其土壤微生物影響機(jī)制等方面還需進(jìn)一步探討。

4 結(jié)論

本文在定位試驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)不同耕作措施條件下稻田土壤固碳速率分析結(jié)果表明，不同處理稻田耕層土壤（0—20 cm）固碳速率變化范圍為2.98—3.43 t·hm-2·a-1，耕層土壤碳密度為 29.77—34.33 t·hm-2，其大小順序均表現(xiàn)為 CT＞RT＞NT＞RTO；其中，CT和 RT處理稻田耕層土壤固碳速率和土壤碳密度均顯著高于RTO處理，這說(shuō)明秸稈還田條件下采取翻耕和旋耕措施均能明顯提高耕層土壤固碳速率和土壤碳密度，具有較佳的固碳效果，有利于促進(jìn)土壤碳庫(kù)年變化量朝“匯”的方向發(fā)展，提高稻田土壤固碳能力和有機(jī)碳庫(kù)貯量。不同耕作處理水稻生長(zhǎng)季節(jié)均表現(xiàn)為碳匯，其大小順序表現(xiàn)為CT＞RT＞NT＞RTO，翻耕和旋耕結(jié)合秸稈還田措施條件下碳匯效應(yīng)均高于免耕處理?？偟膩?lái)說(shuō)，翻耕和旋耕結(jié)合秸稈還田措施均有利于提高稻田生態(tài)系統(tǒng)的凈碳匯和經(jīng)濟(jì)效益，維持稻田的可持續(xù)生產(chǎn)。