夏旭　李銀坤　陳敏鵬　雷強

摘要：研究典型農田生態(tài)系統(tǒng)的碳平衡和不同農業(yè)措施的影響，對促進農業(yè)部門的減排增匯有十分重要的意義。試驗在山東省淄博市桓臺縣進行，共有8個處理，即C0N0W1：空白對照;C0N1W1：常規(guī)氮輸入+化肥氮+常規(guī)灌溉; C0N2W1：氮輸入減量+化肥氮+常規(guī)灌溉;C1N2W1：氮輸入減量+有機肥+常規(guī)灌溉;C2N2W1：氮輸入減量+有機肥化肥配施+常規(guī)灌溉;C0N2W2：氮輸入減量+化肥氮+減量灌溉;C1N2W2：氮輸入減量+有機肥+減量灌溉;C2N2W2：氮輸入減量+有機肥化肥配施+減量灌溉。研究表明，華北高產(chǎn)農田夏玉米季和冬小麥季都表現(xiàn)為大氣CO2的吸收匯，周年NEP為5.99～9.64t C·hm-2，周年凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力（NEP）固碳量 C1N2W1>C2N2W1>C2N2W2>C0N2W1>C0N1W1>C1N2W2>C0N2W2>C0N0W1。

關鍵詞：碳氮水添加;小麥玉米輪作;土壤呼吸;碳平衡;華北平原

中圖分類號：S19

DOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2020－02－011

Effects of carbon， nitrogen and water addition on carbon balance of wheat－maize double rotation systemin North China Plain

XIA XuLI Yinkun CHEN Minpeng3， LEI Qiang4

Abstract： It is important for promoting mitigation in agricultural sector to study the carbon balance of typical agro－ecosystem and the effects of different agricultural practices. The experiment was conducted in Huantai County， Shandong Province， and we set eight treatments： C0N0W1， CK; C0N1W1： traditional nitrogen addition， chemical fertilizer， traditional irrigation; C0N2W1： reduced nitrogen addition， chemical fertilizer and traditional irrigation; C1N2W1： reduced nitrogen addition， organic fertilizer and half of traditional irrigation; C2N2W1： reduced nitrogen addition， chemical and organic fertilizer， and traditional irrigation; C0N2W2： reduced nitrogen addition， chemical fertilizer， and half of traditional irrigation; C1N2W2： reduced nitrogen addition， organic fertilizer， and traditional irrigation; C2N2W2： reduced nitrogen addition， chemical and organic fertilizer， and half of traditional irrigation. Results show that the Wheat－Maize Double Rotation System in North China Plain represents a net carbon sink， and annual net ecosystem productivity （NEP） carbon ranged from 5.99 t C·hm-2 to 9.64 t C·hm-2， and the NEP carbon： C1N2W1>C2N2W1>C2N2W2>C0N2W1>C0N1W1>C1N2W2>C0N2W2>C0N0W1.

Key words： carbon， nitrogen and water addition; wheat－summer double rotation system; soil respiration; carbon balance; North China Plain

工業(yè)革命以來人類大量燃燒煤、石油、天然氣等化石燃料以及對森林、草地等自然生態(tài)的破壞，加劇了全球大氣中的溫室氣體濃度和溫室效應。政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第五次評估報告（AR5）表明，1750—2011年，人類活動已經(jīng)導致大氣中二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氧化亞氮（N2O）等溫室氣體的濃度增加到過去80萬年以來前所未有的水平;1880—2012年全球平均溫度升高了0.85℃（0.65～1.06℃）［1］。

農業(yè)是溫室氣體的主要排放源之一，全球農業(yè)、林業(yè)和土地利用（AFOLU）導致的溫室氣體排放占人為溫室氣體排放量的24％，其中農業(yè)源溫室氣體排放占人為溫室氣體排放的14％［1-2］。2014年，中國農業(yè)源溫室氣體排放為8.3億噸CO2－eq，占全國溫室氣體排放總量（不包括土地利用、土地利用變化和林業(yè)）的6.7％，其中農業(yè)土壤排放的N2O為93萬噸（2.88億噸CO2－eq），占農業(yè)溫室氣體排放的34.7％［3］。另一方面，土壤碳庫是全球碳循環(huán)的重要組成部分，農業(yè)土壤也有一定固碳潛力，通過合理的農作管理和土壤管理措施可以減少土壤呼吸、增加土壤有機碳含量，從而能在一定程度上抵消農業(yè)的碳排放［4-6］。因此，研究典型農田生態(tài)系統(tǒng)的碳平衡以及不同處理措施對農田生態(tài)系統(tǒng)碳平衡的影響，對促進農業(yè)部門的減排增匯和可持續(xù)發(fā)展有十分重要的意義［7］。

華北平原是中國最重要的商品糧生產(chǎn)基地之一，耕地面積占全國總耕地面積的25％，生產(chǎn)了全國70％以上的小麥和近30％的玉米［8］。華北平原糧食作物生產(chǎn)體系以“冬小麥-夏玉米”一年兩作為主，生產(chǎn)集約化程度高，具有“投入高、產(chǎn)量高、環(huán)境影響大”的特點［4，7-8］。其中，山東省淄博市桓臺縣地處魯中山區(qū)和魯北平原的結合地帶，是中國重要的商品糧生產(chǎn)基地之一和北方典型的農業(yè)生產(chǎn)集約區(qū)。因此，國內外針對華北平原典型種植系統(tǒng)的碳平衡開展了大量研究［9-11］，并分析了耕作方式［12-15］、施肥［7，16］、秸稈還田［17］、灌溉［18-19］等不同田間管理措施對碳平衡的影響，但對碳氮水綜合性調控方案的研究比較少。山東省淄博市桓臺縣是中國1990年建成的江北“第一噸糧縣”，此后一直保持著糧食產(chǎn)量高漲的勢頭，但是由于糧食高產(chǎn)伴隨著化學投入品的大量使用加劇了農田溫室氣體排放并帶來一系列環(huán)境問題，也影響了該區(qū)域農田的土壤碳平衡過程［20-21］。據(jù)梁龍等［22］報道，桓臺糧區(qū)十幾年的平均氮素投入是華北平原氮肥推薦施用量和山東省單位耕地面積施肥量的1.26～1.98倍和2.2～3.8倍，氮素的大量投入給當?shù)剞r業(yè)的可持續(xù)發(fā)展帶來了一系列問題。同時，由于降水量少，水資源不豐裕，該地區(qū)的灌溉農業(yè)也面臨著農業(yè)節(jié)水的嚴峻挑戰(zhàn)［23］。因此，以桓臺縣為例，研究不同碳氮水綜合調控措施對華北典型冬小麥-夏玉米種植系統(tǒng)碳平衡的影響和規(guī)律，探索最優(yōu)的調控策略，可為中國發(fā)展低碳農業(yè)和促進農業(yè)減排增匯提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗在山東省桓臺縣華北集約農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)實驗站（117°58′E，36°57′N，海拔6.5～29.5m，平均海拔17m）碳氮水循環(huán)試驗地進行（始于2010年6月）?；概_縣地處暖溫帶大陸性季風氣候帶，多年平均氣溫為12.5℃；平均日照時數(shù)為2 270.8h；平均降水量為587mm，主要集中在6～8月；平均無霜期198d。試驗地種植模式為冬小麥-夏玉米輪作，冬小麥和夏玉米的平均產(chǎn)量分別達7.5 t/hm2和8.5 t/hm2，是典型的冬小麥-夏玉米輪作高產(chǎn)區(qū)［24］。供試土壤為潮褐土，試驗地耕層土壤（0～20cm）土壤理化性狀見表1。

1.2 試驗設計

試驗布置于2010年6月，至2014年10月已完成4季冬小麥和5季夏玉米試驗（其中第1季夏玉米無施肥和灌水）。試驗設8個處理（具體方案見表3），每個處理3次重復，分別是① C0N0W1（空白對照+常規(guī)灌溉）;②C0N1W1（常規(guī)氮輸入+化肥氮+常規(guī)灌溉），③C0N2W1（氮輸入減量+化肥氮+常規(guī)灌溉），④C1N2W1（氮輸入減量+有機肥+常規(guī)灌溉），⑤C2N2W1（氮輸入減量+有機肥化肥配施+常規(guī)灌溉），⑥C0N2W2（氮輸入減量+化肥氮+減量灌溉），⑦C1N2W2（氮輸入減量+有機肥+減量灌溉），⑧C2N2W2（氮輸入減量+有機肥化肥配施+減量灌溉）;其中減量氮輸入比常規(guī)氮輸入的總氮輸入量減量30％，有機肥化肥配施處理中，有機肥和化肥的氮輸入比重為1∶1;常規(guī)灌水量為100 mm·次-1，減量灌溉水平比常規(guī)灌溉水平用水量減少50％，由水表控制灌溉量。各小區(qū)面積為3.3 m×4 m，隨機區(qū)組排列。

試驗地采樣期間為2013年6月至2014年5月， 其田間管理時間表詳見表2。 試驗中選用的玉米品種為鄭單958， 小麥品種為魯原502。 施用的氮化肥為含N 46％的尿素，施用的磷肥為含P2O530％的重過磷酸鈣， 施用的鉀肥為含K2O 50％的硫酸鉀，其中90 kg·hm-2P2O5和90 kg·hm-2K2O在夏玉米播種時作為基肥一次施入，120 kg·hm-2的P2O5作為冬小麥的基肥一次施入。玉米季和小麥季施用的商品有機肥含氮量分別為1.02％和1.27％;所有處理人工播種收割，除了秸稈還田之外的處理秸稈都不還田。灌溉時間與當?shù)剞r民的習慣灌溉時間保持一致，灌溉方式為管灌。

1.3 采樣、測定和計算方法

1.3.1 土壤呼吸速率及其累積排放量 研究采用了靜態(tài)箱法測定了2013年6月至2014年5月（下文提到周年皆指這段時間）的農田土壤呼吸速率。第一次采樣時間為上季冬小麥收獲和下季玉米播種之間，此時土壤未進行大的擾動之前，作為這段時期田間無作物情況下碳（C）排放量的平均值。播種（同時施肥）后連續(xù)一周采樣，此后采樣頻率通常情況下為每周一次，若進行施肥、灌水等田間管理活動或者強降雨則進行連續(xù)一周的采樣。具體的田間靜態(tài)箱采樣方法見李銀坤等（2013）［7，26］。在進行氣樣采集的同時，讀取靜態(tài)箱內的氣溫和5 cm地溫，并使用TDR同步測定土壤表層（0～10cm）體積水分。采集的CO2氣體樣本送到中國農業(yè)科學院農業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所用美國安捷倫公司生產(chǎn)的7890A型氣相色譜進行測定，并確保測定在2～5 d內完成。CO2氣體樣品的測定條件、工作溫度、標準氣體和相對誤差均見李銀坤等（2013）［7］：

土壤呼吸速率或CO2排放通量（F，mg·m-2·h-1）的計算為公式（1）：

式（8）中：SOC為某一特定深度土壤有機碳儲量（Mg·hm-2），ρ為土壤容重（g·cm-3），c為特定土層深度SOC的平均含量（g·kg-1），di為不同分層土層的厚度（cm），i為考慮的土壤分層數(shù)量。

1.3.5 其他項目的測定方法

本研究所需氣象數(shù)據(jù)由試驗區(qū)自動氣象站采集，部分缺失數(shù)據(jù)來自山東省桓臺縣氣象局。試驗數(shù)據(jù)采用軟件OriginPro 9.1繪圖，采用SAS 9.3進行指標間的方差及差異性檢驗。

2 結果和分析

2.1 不同處理土壤呼吸通量的季節(jié)變化

試驗期間周年日平均氣溫為13.9℃，比山東桓臺縣的多年平均氣溫（12.5℃）高1.4℃，變化幅度為-6.6℃（2014年2月10日）至31.7℃（2013年8月16日）;周年總降雨量為649mm，比山東桓臺縣的多年平均降雨量多62mm，最高降雨量為71.6mm，發(fā)生在2013年7月26日（圖1）。其中夏玉米季（2013年6月—2013年9月）日平均氣溫為24.4℃，累積降雨量557.8mm，高達周年降雨量的86％;冬小麥季（2013年10月—2014年6月）日平均氣溫為8.6℃，累積降雨量91.2mm，僅為周年降雨量的14％。

不同碳、氮、水處理措施土壤呼吸速率的季節(jié)變化都呈多峰模式，夏玉米季農田土壤呼吸速率顯著高于冬小麥季（圖2）。土壤呼吸速率在夏玉米播種（2013年6月17日）后波動上升，到大喇叭口期（2013年8月1日）達到周年峰值后開始下降;冬小麥播種時（2013年10月4日）出現(xiàn)土壤呼吸速率較小的峰值后下降，冬小麥越冬期（2013年11月26日至2014年2月17日）土壤呼吸速率下降到最低水平后，至小麥返青（2014年3月）又開始升高，土壤呼吸速率在小麥拔節(jié)期（2014年3月31日）和灌漿期出現(xiàn)峰值后再次小幅下降。影響土壤呼吸速率的農田管理措施包括播種施肥、追肥灌溉（夏玉米和冬小麥分別在大喇叭口期和拔節(jié)期追肥灌溉），兩個時期均出現(xiàn)土壤呼吸峰值。土壤呼吸速率的最高峰峰值和谷值分別出現(xiàn)在夏玉米大喇叭口期和冬小麥越冬期，峰值分別為214.3～273.7 mg C·m-2·h-1和3.0～6.7mg C·m-2·h-1，其中峰值最高的是C1N2W1。

夏玉米季各處理平均土壤呼吸速率（以C計）為79.3～107.6 mg·m-2·h-1，C0N1W1，C0N2W1，C1N2W1，C2N2W1，C0N2W2，C1N2W2，C2N2W2夏玉米季土壤呼吸速率比C0N0W1分別變化-0.9％，6.6％，30.8％，18.2％，34.5％，11.9％和5.2％。冬小麥季各處理土壤呼吸速率為31.9～38.6 mg·m-2·h-1，C0N1W1，C0N2W1，C1N2W1，C2N2W1，C0N2W2，C1N2W2，C2N2W2夏玉米季土壤呼吸速率比C0N0W1分別變化1.2％，5.2％，21.1％，8.7％，19.8％，10.7％和0.0％。系統(tǒng)周年各處理年均土壤呼吸速率為49.6～63.8 mg·m-2·h-1，C0N1W1，C0N2W1，C1N2W1，C2N2W1，C0N2W2，C1N2W2，C2N2W2夏玉米季土壤呼吸速率比C0N0W1分別變化0.0％，6.1％，26.9％，14.3％，28.5％，11.4％和3.1％。

夏玉米季各處理土壤呼吸累積排放量（以C計）為1.99～2.65 t C·hm-2，C0N1W1，C0N2W1，C1N2W1，C2N2W1，C0N2W2，C1N2W2，C2N2W2夏玉米季土壤呼吸累積排放量比C0N0W1分別變化-9.6％，-3.6％，18.6％，6.4％，-1.8％，20.5％和3.2％，C1N2W2夏玉米季土壤呼吸累積排放量最高，C0N1W1夏玉米季土壤呼吸累積排放量最低，C1N2W2>C1N2W1>C2N2W1>C2N2W2>C0N0W1>C0N2W1>C0N1W1（表4）。冬小麥季各處理土壤呼吸累積排放量為1.54～1.97 t C·hm-2，C0N1W1，C0N2W1，C1N2W1，C2N2W1，C0N2W2，C1N2W2，C2N2W2冬小麥季土壤呼吸累積排放量比C0N0W1分別變化6.5％，16.2％，27.9％，13.6％，9.1％，24.7％和20.8％，C1N2W1冬小麥季土壤呼吸累積排放量最高，C0N0W1冬小麥季土壤呼吸累積排放量最低，C1N2W1>C1N2W2>C2N2W2>C0N2W1>C2N2W1>C0N1W1>C0N0W1。周年各處理周年土壤呼吸累積排放量為3.64～4.58 t C·hm-2，C0N1W1，C0N2W1，C1N2W1，C2N2W1，C0N2W2，C1N2W2，C2N2W2周年土壤呼吸累積排放量比C0N0W1分別變化-2.9％，4.5％，22.1％，9.3％，2.1％，22.1％和10.1％，C1N2W1周年土壤呼吸累積排放量最高，C0N1W1周年土壤呼吸累積排放量最低，C1N2W1>C1N2W2>C2N2W2>C2N2W1>C0N2W1>C0N0W1>C0N1W1，其中夏玉米季土壤呼吸累積排放量占比為周年累積排放量的54.1～58.7％。

可以看出，秸稈還田和有機肥配施會增加土壤夏玉米季和冬小麥季的CO2排放，在其他管理方式相同的情況下，秸稈還田和有機肥配施會導致土壤CO2周年排放分別增加16.8～19.6％和4.6～7.8％。其中，在其他管理方式相同的情況下，秸稈還田會促使夏玉米季和冬小麥季的CO2排放量分別增加22.7～23.1％和10.1～14.3％，對夏玉米季的影響大于冬小麥季;有機肥配施主要增加了玉米生育期CO2排放量， 增加了5.1～10.4％， 對冬小麥季的影響為-2.2～10.7％。 在其他管理措施不變的情況下， 節(jié)水灌溉可以使夏玉米季、 冬小麥季和周年CO2排放分別變化-3.0～1.9％，-6.1～6.3％和-2.3～0.7％，其中在秸稈還田的情況下，節(jié)水灌溉會增加夏玉米季的CO2排放和減少冬小麥季的CO2排放，周年CO2排放與常規(guī)灌溉相似;在有機肥配施的情況下，節(jié)水灌溉會略微促進CO2排放;在沒有有機碳輸入的情況下，節(jié)水灌溉會減少冬小麥季，但是增加夏玉米季的CO2排放，周年CO2排放低于常規(guī)灌溉。

2.2 不同處理土壤呼吸速率與地溫和土壤含水量之間的關系

一般用Rs=a·ekT（Rs為土壤呼吸速率，T為土壤溫度，a和k為回歸系數(shù)常數(shù)）描述土壤呼吸與土壤5cm地溫間的關系［7］。統(tǒng)計分析結果表明，不同處理下土壤5cm地溫與土壤呼吸速率之間的關系擬合度均非常高，R2均在0.7以上，其中C0N2W2的R2最高，達到0.802，表明5cm地溫是影響不同碳、氮、水處理下土壤呼吸速率的主要因素，可以解釋其季節(jié)變化的71～81％（表5）。各處理土壤呼吸對地溫的敏感性系數(shù)（Q10）為2.06～2.43，Q10最高的是對照處理C0N0W1，Q10最低的是處理C2N2W2。

土壤呼吸與土壤含水量之間的關系可以用多種模型來擬合，例如線性模型、二次方程和指數(shù)模型等，其中y表示土壤呼吸速率（以C計，單位為mg·m-2·h-1），x為土壤表層（0～10cm）體積含水量［7］。線性模型擬合結果表明，在整個夏玉米-冬小麥的生育期，所有擬合均未達到顯著水平，R2也非常低，說明在整個夏玉米-冬小麥生育期土壤含水量的變化對土壤呼吸速率沒有顯著影響（表6）。若使用二次方程來擬合，當表層土壤（0～10 cm）體積含水量在15％以下時，土壤呼吸速率隨著土壤體積含水量（0～10 cm）的增加而減小，當表層土壤（0～10 cm）體積含水量在15％至25％時，土壤呼吸速率隨著土壤體積含水量（0～10 cm）的增加而增加。

2.3 不同處理的產(chǎn)量

夏玉米季各處理產(chǎn)量為5.05～8.45 t·hm-2，與對照相比，各處理都有顯著的增產(chǎn)效果（p<0.05），C0N1W1，C0N2W1，C1N2W1，C2N2W1，C0N2W2，C1N2W2，C2N2W2夏玉米季產(chǎn)量分別比C0N0W1增加56.2％，54.5％，66.9％，65.0％，56.0％，56.9％和67.3％，但非對照處理之間產(chǎn)量的差異則并不顯著（表7）。冬小麥季各處理產(chǎn)量為6.65～8.17 t·hm-2，與對照相比，除C0N2W2的處理都有顯著增產(chǎn)效果（p<0.05），C0N1W1，C0N2W1，C1N2W1，C2N2W1，C1N2W2，C2N2W2夏玉米季產(chǎn)量分別比C0N0W1增加13.2％，19.3％，21.6％，19.6％，12.2％和19.0％，但處理之間產(chǎn)量的差異也并不顯著。各處理在夏玉米季的增產(chǎn)效果大于冬小麥季。

不同處理周年產(chǎn)量為11.80～16.60t·hm-2，各處理都比對照有顯著的增產(chǎn)效果（p<0.05），C0N1W1，C0N2W1，C1N2W1，C2N2W1，C0N2W2，C1N2W2，C2N2W2周年產(chǎn)量分別比C0N0W1增加31.4％，33.9％，40.7％，39.0％，22.9％，32.2％和39.8％。其中，秸稈還田處理（C1N2W1和C1N2W2）可以使周年產(chǎn)量比常規(guī)處理（C0N1W1）和優(yōu)化施肥處理（C0N2W1和C0N2W2）分別顯著增加25.6％和26.4～30.1％（p<0.05）;有機肥處理（C2N2W1和C2N2W2）可以使夏玉米產(chǎn)量比常規(guī)處理（C0N1W1）和優(yōu)化施肥處理（C0N2W1和C0N2W2）分別增加21.0％和21.8～31.2％（p<0.05）;但是秸稈還田處理和有機肥處理對2014—2016年夏玉米產(chǎn)量影響的差異性并不顯著。

2.4 不同碳氮水處理的系統(tǒng)碳平衡

不同處理的系統(tǒng)碳平衡核算見表8?？梢钥闯?，不同處理夏玉米季的凈初級生產(chǎn)力（NPP）固碳量為7.5～13.5 t C·hm-2，各處理間有比較顯著的差異，夏玉米季NPP固碳量最高的是C1N2W1，最低的是C0N0W1;冬小麥季NPP固碳量為12.1～15.5t C·hm-2，各處理僅在不同的施氮量處理上差異明顯，冬小麥季NPP固碳量最高的是C1N2W1和C2N2W1，最低的為C0N2W2。周年NPP固碳量為19.7～29.0t C·hm-2，周年NPP固碳量變化為： C1N2W1>C2N2W1>C2N2W2>C0N2W1>C1N2W2>C0N1W1>C0N2W2>C0N0W1。因此，這表明施用氮肥可以通過增加產(chǎn)量提高周年的凈初級生產(chǎn)力固碳量，但是有機碳輸入（即秸稈還田或者有機肥配施）對周年NPP固碳量沒有顯著影響。

不同處理夏玉米季系統(tǒng)凈碳輸入為1.6～4.2t C·hm-2，表明夏玉米農田為大氣CO2的“匯”;各處理間都比空白對照（即C0N0W1）有比較顯著的差異，但是非對照處理間的差異不顯著，其中夏玉米季NEP最高的是C0N2W1，最低的是C0N0W1。冬小麥季NEP固碳量為4.2～5.8t C·hm-2，冬小麥農田也為大氣CO2的匯，各處理僅在不同的施氮量處理上差異明顯，冬小麥季NPP固碳量最高的是C1N2W1，最低的是C0N2W2。周年NEP固碳量為6.0～9.6t C·hm-2，周年NEP固碳量 C1N2W1>C2N2W1>C2N2W2>C0N2W1>C0N1W1>C1N2W2>C0N2W2>C0N0W1，與不同處理周年NPP固碳量的趨勢一致，除了C1N2W2，其余處理的都顯著高于空白對照（p<0.05）。

施用氮肥對系統(tǒng)碳平衡有雙方面的作用，一方面氮肥施用可通過增強作物根系呼吸和微生物呼吸促進土壤呼吸［28-29］，增加了土壤呼吸釋放的總碳量;另一方面，施用氮肥會通過增加產(chǎn)量提高系統(tǒng)凈碳輸入。本研究發(fā)現(xiàn)，在其他管理措施相同情況下，氮肥施用可以顯著增加48～55％的周年系統(tǒng)NEP（p<0.05），其中會讓夏玉米季的NEP顯著增加150～158％，但是常規(guī)氮肥施用和優(yōu)化氮肥施用對NEP的影響之間的差異不顯著，這與李銀坤等［7］對該系統(tǒng)早期的研究結論基本一致。有機碳輸入（秸稈還田或者有機肥配施）由于同時增加了土壤碳輸入和促進了土壤呼吸，對周年NEP固碳量沒有顯著影響。節(jié)水灌溉在沒有秸稈還田或者有機肥配施的情況下，會顯著減少冬小麥季的NEP，但對夏玉米季的NEP沒有顯著影響。

3 結 論

研究表明，華北高產(chǎn)農田夏玉米季和冬小麥季都表現(xiàn)為大氣CO2的吸收匯，周年NEP為5.99～9.64t C·hm-2，周年NEP固碳量 C1N2W1>C2N2W1>C2N2W2>C0N2W1>C0N1W1>C1N2W2>C0N2W2>C0N0W1。在其他管理措施相同情況下，氮肥施用可以顯著增加48～55％的周年系統(tǒng)NEP（p<0.05），其中會讓夏玉米季的NEP顯著增加150～158％，但是常規(guī)氮肥施用和優(yōu)化氮肥施用對NEP的影響之間的差異不顯著。有機碳輸入（秸稈還田或者有機肥配施）由于同時增加了土壤碳輸入和促進了土壤呼吸，對周年NEP固碳量沒有顯著影響。節(jié)水灌溉在沒有秸稈還田或者有機肥配施的情況下，會顯著減少冬小麥季的NEP，但對夏玉米季的NEP沒有顯著影響。

參考文獻：

［1］IPCC.Climate change 2014： Synthesis Report ［R］.Inter－governmental Panel on Climate Change，Switzerland， Geneva，2014.

［2］李鋒.我國小麥生產(chǎn)主要能耗投入品相關溫室氣體排放研究［J］.農業(yè)環(huán)境科學學報，2014，33（5）：1041－1049.

LI F.Greenhouse gas emissions from major energy consumption in wheat production in China ［J］.Journal of Agra－Environment Science，2014，33（5）：1041－1049.

［3］國家發(fā)展與改革委員會.中華人民共和國氣候變化第二次兩年更新報告［R］.北京：中國計劃出版社，2018.

［4］張璇， 謝立勇， 郭李萍， 等. Daycent模型模擬不同農作管理措施下華北地區(qū)土壤有機碳的變化［J］. 應用生態(tài)學報， 2016， 27（2）：539－548.

ZHANG X， XIE L Y， GUO L P， et al. Modelling the changes of soil organic carbon under different management practices using Daycent model in North China［J］. Chinese Journal of Applied Ecology， 2016， 27（2）：539－548.

［5］張玉銘，胡春勝，張佳寶，等.農田土壤主要溫室氣體（CO2CH4N2O）的源／匯強度及其溫室效應研究進展［J］.中國生態(tài)農業(yè)學報，2011，19（4）：966－975.

ZHANG Y M，HU C S，ZHANG J B，et al.Research advances on source／sink intensities and greenhouse effects of CO2，CH4 and N2O in agricultural soils［J］.Chinese Journal of Eco－Agriculture，2011，19（4）： 966－975.

［6］SMITH P，MARTINO D，CAI Z C，et al.Policy and technological constraints to implementationof greenhouse gas mitigation options in agriculture［J］.Agriculture，Ecosystem and Environment，2007，118（1／4）： 6－28.

［7］李銀坤，陳敏鵬，夏旭，等.不同氮水平下夏玉米農田土壤呼吸動態(tài)變化及碳平衡研究［J］.生態(tài)環(huán)境學報， 2013，22（1）：18－24.

LI Y K，CHEN M P，XIA X，et al.Dynamics of soil respiration and carbon balance of summer－maize field under different nitrogen addition ［J］.Ecology and Environmental Sciences，2013，22（1）： 18－24.

［8］王玉英， 李曉欣， 董文旭， 等. 華北平原農田溫室氣體排放與減排綜述［J］. 中國生態(tài)農業(yè)學報，2018， 26（2）： 167－174.

WANG Y Y， LI X X， DONG W X， et al. Review on greenhouse gas emission and reduction in wheat－maize double cropping system in the North China Plain ［J］. Chinese Journal of Eco－Agriculture， 2018， 26（2）：167－174.

［9］WANG Y Y， HU C S， DONG W X， et al. Carbon budget of awinter－wheat and summer－maize rotation cropland in the NorthChina Plain［J］. Agriculture， Ecosystems ＆ Environment， 2015，206： 33－45.

［10］黃斌，王敬國，龔元石，等.冬小麥夏玉米農田土壤呼吸與碳平衡的研究［J］.農業(yè)環(huán)境科學學報，2006，25（1）：156－160.

HUANG B，WANG J G，GONG Y S，et al.Soil respiration and carbon balance in winter wheat and maize fileds［J］.Journal of Agra－Environment Science，2006，25（1）：156－160.

［11］張雪松， 申雙和， 謝鐵嵩， 等. 華北平原冬麥田根呼吸對土壤總呼吸的貢獻［J］. 中國農業(yè)氣象， 2009， 30（3）：289－296.

ZHANG X S， SHEN S H， XIE T S， et al.The contribution of root respiration to soil respiration in winter wheat in North China Plain ［J］. Chinese Journal of Agro－meteorology， 2009， 30（3）：289－296.

［12］孟凡喬， 關桂紅， 張慶忠， 等. 華北高產(chǎn)農田長期不同耕作方式下土壤呼吸及其季節(jié)變化規(guī)律［J］. 環(huán)境科學學報， 2006， 26（6）：992－999.

MENG F Q， GUAN G H， ZHANG Q Z， et al. Soil respiration and its seasonal features under different long－term cropping practices in North China high－yields cropland［J］. Acta Scientiae Circumstantiae， 2006， 26（6）：992－999.

［13］劉爽，嚴昌榮，何文清，等.不同耕作措施下旱地農田土壤呼吸及其影響因素［J］.生態(tài)學報，2010，30（11）：2919－2924.

LIU S，YAN C R，HE W Q，et al.Soil respiration and it′s affected factors under different tillage systems in dryland production systems［J］.ActaEcologicaSinica，2010，30（11）：2919－2924.

［14］譚月臣， 諸葛玉平， 劉東雪， 等. 華北平原農田管理措施對冬小麥-夏玉米輪作系統(tǒng)N2O和CH4排放的影響［J］. 環(huán)境科學學報， 2016， 36（7）： 2638－2649.

TAN Y C， ZHUGE Y P， LIU D X， et al. Effect of farmlandmanagement on N2O and CH4 emission from winterwheat－summer maize rotation system in North China Plain［J］.Acta Scientiae Circumstantiae， 2016， 36（7）： 2638－2649.

［15］王同朝， 衛(wèi)麗， 田原， 等. 冬小麥-夏玉米一體化壟作覆蓋下農田土壤呼吸變化研究［J］. 農業(yè)環(huán)境科學學報， 2009， 28（9）：1970－1974.

WANG T C， WEI L， TIAN Y， et al. Dynamic Changes of Soil Respiration on Mulched Bed Planting Under Winter Wheat and Summer MaizeDouble Cropping Integration［J］. Journal of Agro－Environment Science， 2009， 28（9）：1970－1974.

［16］李占，丁娜，郭立月，等.有機肥和化肥不同比例配施對冬小麥-夏玉米生長產(chǎn)量和品質的影響［J］.山東農業(yè)科學，2013，45（7）：71－77.

LI Z，DING N，GUO L Y，et al.Effects of different ratios of organic manure and chemical fertilizer on growth，yield and quality of winter wheat and summer maize［J］.Shandong Agricultural Sciences，2013，45（7）：71－77.

［17］張慶忠，吳文良，王明新，等.秸稈還田和施氮對農田土壤呼吸的影響［J］. 生態(tài)學報，2005，25（11）： 2883－2887.

ZHANG Q Z， WU W L， WANG M X， et al. The effects of crop residue amendment and N rate on soil respiration［J］. ActaEcologicaSinica， 2005，25（11）： 2883－2887.

［18］萬運帆， 李玉娥， 高清竹， 等. 田間管理對華北平原冬小麥產(chǎn)量土壤碳及溫室氣體排放的影響［J］. 農業(yè)環(huán)境科學學報， 2009， 28（12）：2495－2500.

WAN Y F， LI Y E， GAO Q Z， et al. Field Managements Affect Yield， Soil Carbon， and Greenhouse Gases Emission of Winter Wheat in NorthChina Plain ［J］. Journal of Agro－Environment Science， 2009， 28（12）：2495－2500.

［19］郭樹芳， 齊玉春， 尹飛虎， 等. 不同灌溉方式對華北平原冬小麥田土壤CO2和N2O 排放通量的影響［J］.環(huán)境科學，2016， 37（5）： 1880－1890.

GUO S F， QI Y C， YIN F H， et al. Effect of irrigation patternson soil CO2 and N2O emissions from winter wheat field inNorth China Plain［J］. Environmental Science， 2016， 37（5）：1880－1890.

［20］高春雨. 麥-玉輪作系統(tǒng)施肥調查與配方施肥溫室氣體減排量估算——以山東省桓臺縣為例［C］∥農業(yè)部環(huán)境保護科研監(jiān)測所、中國農業(yè)生態(tài)環(huán)境保護協(xié)會.農業(yè)環(huán)境與生態(tài)安全——第五屆全國農業(yè)環(huán)境科學學術研討會論文集.農業(yè)部環(huán)境保護科研監(jiān)測所、中國農業(yè)生態(tài)環(huán)境保護協(xié)會：中國農業(yè)生態(tài)環(huán)境保護協(xié)會，2013：631－636.

［21］喬玉輝， 吳文良， 李花粉， 等. 華北高產(chǎn)糧區(qū)基于環(huán)境保護的農產(chǎn)品安全生產(chǎn)服務體系現(xiàn)狀及改進建議［J］. 中國農業(yè)資源與區(qū)劃， 2017， 38（1）：1－6.

QIAO Y H， WU W L， LI H F， et al. Status and suggestions for improvement of agricultural products service system for environmental protection and agro－produce safety in high－yield grain area of North China： A case study in Huantai county Shandong［J］. Chinese Journal of Agricultural Resources and Regional Planning， 2017， 38（1）：1－6.

［22］梁龍，吳文良，郭巖彬，等.華北地區(qū)農田潛在生態(tài)毒性評估與農業(yè)可持續(xù)發(fā)展——以山東桓臺縣冬小麥-夏玉米輪作系統(tǒng)為例［J］.農業(yè)環(huán)境與發(fā)展，2011，（4）：94－99.

LIANG L，WU W L，GUO Y B，et al.Ecotoxicity potentials assessment of crop land and sustainable development in north China plain：A case study of winter wheat——summer maize rotation system in Huantai county of Shandong province［J］.Agro－Environment ＆ Development，2011，（4）：94－99.

［23］王磊， 趙自陽， 王中根， 等. 灌區(qū)農業(yè)用水測算方法研究［J］. 西北大學學報（自然科學版）， 2019， 49（6）：874－880.

WANG L， ZHAO Z Y， WANG Z G， et al. The calculation methods of agricultural water in irrigation district［J］. Journal of Northwest University （Natural Science Edition）. 2019， 49（6）：874－880.

［24］林立， 胡克林， 李光德， 等. 高產(chǎn)糧區(qū)不同施肥模式下玉米季農田氮素損失途徑分析［J］. 環(huán)境科學， 2011， 32（9）：2617－2624.

LIN L， HU K L， LI G D， et al. Evaluation of nitrogen loss way in summer maize system under different fertilizer N managements［J］. Environmental Science， 2011， 32（9）：2617－2624.

［25］林勝，裴正峰，向敏，等.平衡施用有機肥對有機稻產(chǎn)量及構成因素的影響［J］.安徽農業(yè)科學，2014，42（22）：7365－7366.

LIN S，PEI Z F，XIANG M，et al.Effects of balanced fertilization of organic fertilizer on yield and component factors of organic rice［J］.Journal of Anhui Agricultural Science，2014，42（22）：7365－7366.

［26］李克讓.土地利用變化和溫室氣體凈排放與陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)［M］.北京：氣象出版社，2002.

［27］WOODWELL G M，WHITTAKER R H，REINERS W A，et al.The biota and the world carbon budget［J］.Science，1978，199（4325）：141－146.

［28］DING W X， MENG L， YIN Y F. CO2 emission in an intensively cultivated loam as affected by long－term application of organic manure and nitrogen fertilizer［J］. Soil Biology and Biochemistry， 2007， 39：669－679.

［29］MORELL F J， ALVARO F J， LAMPURLANES J， et al. Soil CO2 fluxes following tillage and rainfall events in a semiarid Mediterranean agro－ecosystem： Effects of tillage systems and nitrogen fertilization［J］. Agriculture， Ecosystems ＆ Environment， 2010， 139：167－173.

（編 輯 亢小玉）

收稿日期：2019－11－20

基金項目：國家自然科學基金資助項目（71573260）

作者簡介：夏旭，女，江蘇場州人，從事土壤碳氮循環(huán)研究。

通信作者：陳敏鵬，女，江西鄱陽人，教授，從事農業(yè)溫室氣體減排和增匯研究。