杜 錕，李發(fā)東*，涂 純，李 兆

（1.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100101；2.山東禹城農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，山東 禹城251200；3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京100049；4.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所巖溶生態(tài)系統(tǒng)與石漠化治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林541004）

當(dāng)前，大氣溫室氣體濃度增加是導(dǎo)致全球變暖的主要原因之一，對(duì)全球氣候增溫貢獻(xiàn)達(dá)80%[1]。溫室氣體中CO2、CH4是主要的含碳?xì)怏w，對(duì)溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)率分別為60%、15%[1]，因此，減少和控制大氣溫室氣體來(lái)源的排放已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。研究表明，土壤為全球第二大碳庫(kù)（1.394×1018g），是大氣CO2、CH4的重要來(lái)源，每年土壤向大氣排放的CO2和CH4約占全球總排放量的5%～20%和15%～30%。另有研究指出，農(nóng)業(yè)活動(dòng)導(dǎo)致的溫室氣體（Greenhouse gas，GHG）釋放量占人為釋放量的20%[2]。因此，加強(qiáng)人類農(nóng)業(yè)活動(dòng)下農(nóng)田土壤排放CO2、CH4的變化和響應(yīng)研究，對(duì)于摸清和估算陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳排放具有重要意義。

近數(shù)十年來(lái)，研究者針對(duì)全球氣候變暖對(duì)土壤溫室氣體CO2、CH4釋放的影響和機(jī)制進(jìn)行了一系列原位實(shí)地研究[3-5]。Melillo[6]和Bergner 等[7]發(fā)現(xiàn)，增溫前期對(duì)森林土壤呼吸的刺激效應(yīng)顯著，但在增溫持續(xù)數(shù)年后，增溫導(dǎo)致的CO2排放的變化并不明顯。另外，Wan等[8]發(fā)現(xiàn)氣候?qū)е碌乃疁匾氐葧?huì)影響土壤排放對(duì)增溫的響應(yīng)。Lu 等[9]和Shi 等[10]在青藏高原開(kāi)展增溫試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，短期增溫導(dǎo)致的大氣和土壤溫度增加促進(jìn)土壤微生物數(shù)量和活性，進(jìn)而使土壤CO2排放顯著增加。Hou 等[11]指出，華北地區(qū)農(nóng)田土壤總呼吸和異養(yǎng)呼吸對(duì)增溫的響應(yīng)不顯著，但在長(zhǎng)期試驗(yàn)條件下有可能表現(xiàn)出增加的趨勢(shì)。此外，有研究發(fā)現(xiàn)農(nóng)田土壤CO2的釋放表現(xiàn)出大豆季高于小麥季的特征[12]。與CO2對(duì)增溫的響應(yīng)類似，研究發(fā)現(xiàn)，增溫促進(jìn)土壤對(duì)大氣CH4的吸收，這是增溫引起土壤溫度升高，進(jìn)而提高了與大氣CH4氧化過(guò)程相關(guān)的甲烷氧化菌數(shù)量和活性導(dǎo)致的[13]。然而，也有研究指出，一是增溫引起土壤干旱，進(jìn)而抑制了土壤氧化菌的轉(zhuǎn)化能力，導(dǎo)致土壤吸收大氣CH4的能力下降[14]；二是增溫導(dǎo)致土壤氮轉(zhuǎn)化過(guò)程加快[15]，使甲烷單加氧酶優(yōu)先轉(zhuǎn)化土壤中的NH+4，進(jìn)而抑制了土壤CH4的吸收[16]。綜合前人研究發(fā)現(xiàn)，開(kāi)展相關(guān)農(nóng)田地區(qū)的增溫試驗(yàn)相對(duì)較少，且增溫試驗(yàn)的開(kāi)展年限多屬于短期試驗(yàn)。因此，研究多年模擬增溫條件下農(nóng)田土壤CO2、CH4通量的響應(yīng)特征，進(jìn)而了解和識(shí)別土壤排放變化的驅(qū)動(dòng)要素和內(nèi)在機(jī)制，對(duì)于促進(jìn)農(nóng)田土壤減排和控制大氣增溫具有重要意義。

華北平原農(nóng)田是我國(guó)重要的糧食產(chǎn)地之一，具有耕地面積廣、耕作強(qiáng)度大、耕作時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，是我國(guó)典型的代表性農(nóng)田耕作區(qū)。本研究選擇華北農(nóng)田土壤為研究對(duì)象，利用人工紅外熱源加熱技術(shù)，對(duì)農(nóng)田大氣-土壤-植物系統(tǒng)開(kāi)展增溫試驗(yàn)，通過(guò)觀測(cè)和分析不同年限下生育期農(nóng)田土壤CO2、CH4的排放通量和農(nóng)田土壤、作物的相關(guān)要素，對(duì)未來(lái)增溫效應(yīng)的響應(yīng)和驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行研究，以促進(jìn)當(dāng)?shù)睾侠戆才呸r(nóng)業(yè)活動(dòng)，提高農(nóng)田措施管理并降低農(nóng)田土壤CO2、CH4排放。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于山東禹城農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站（36°40′～37°12′N，116°22′～116°45′E）。研究區(qū)地處華北平原，土壤為黃河沖積物母質(zhì)發(fā)育，潮土和鹽化潮土是其主要土壤類型。該地屬溫帶半干旱季風(fēng)氣候，多年氣溫均值為13.4 ℃，多年降水均值為567 mm，夏季降雨量占全年雨量60%以上，多年無(wú)霜期為220 d，日照時(shí)間超過(guò)2600 h[17]，其氣候條件利于農(nóng)作物種植和生長(zhǎng)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)翻耕增溫（CTW）和翻耕不增溫（CTN，對(duì)照）兩個(gè)處理，每個(gè)處理4 個(gè)重復(fù)小區(qū)。增溫試驗(yàn)開(kāi)始于2010 年4 月，利用紅外增溫器MSR-2420（Kalglo Electronics Inc，Bethlehem，PA，USA）對(duì)大氣和土壤進(jìn)行模擬增溫，架設(shè)增溫器的高度為3 m，增溫功率為2000 W，有效增溫面積為4 m2，全年實(shí)測(cè)有效增溫為0.8～2.2 ℃。為降低增溫器外遮雨板對(duì)光照和降雨等要素的影響，在非增溫試驗(yàn)地架設(shè)同樣高度和材質(zhì)的遮雨器。2016 年初至2016 年9 月增溫設(shè)備因故障關(guān)閉。多年種植制度為冬小麥-夏玉米輪作，冬小麥生育期為10 月中旬到次年6 月上旬，玉米生育期為6 月下旬到當(dāng)年10 月上旬，詳細(xì)耕作管理措施參見(jiàn)文獻(xiàn)[17]。

1.3 氣體采集

根據(jù)靜態(tài)密閉氣室法[18]采集并分析農(nóng)田土壤CO2和CH4通量，采集時(shí)間為2014 年10 月下旬小麥出苗期至2016 年10 月上旬玉米收獲期，采氣在晴朗天氣上午9：00—11：00 進(jìn)行，每次間隔5～7 d。采氣裝置由不銹鋼底座和PVC 氣罩組成，將其置于增溫架的正下方，除播種時(shí)拔出，其余時(shí)間固定在土壤中。詳細(xì)采氣裝置和測(cè)定方法描述見(jiàn)文獻(xiàn)[17]。

CO2和CH4通量計(jì)算公式[19-20]如下：

式中：F 為CO2（mg CO2·m-2·h-1）、CH4通量（μg CH4·m-2·h-1）；K 為轉(zhuǎn)化系數(shù)，CO2、CH4分別為1、0.001；Ta為氣室內(nèi)空氣溫度，℃；H為氣室高度，m；dc/dt為單位時(shí)間內(nèi)濃度變化率，μL·L-1·h-1。

冬小麥-夏玉米季的月累積CO2和CH4通量使用相鄰兩次測(cè)定速率與采氣間隔時(shí)間乘積后累加得出[21]。

1.4 土壤水熱要素和微生物生物量碳、氮及地上生物量的測(cè)定

采集農(nóng)田土壤釋放/吸收的氣體的同時(shí)，利用便攜式土壤溫濕度測(cè)定儀對(duì)表層0～10 cm 土壤的溫度和土壤體積含水量進(jìn)行測(cè)定。研究期生育期內(nèi)多次采集土樣，帶回試驗(yàn)室后，將鮮土及時(shí)采用氯仿熏蒸法提取微生物生物量碳（MBC）、氮（MBN）待測(cè)液，并利用硫酸-重鉻酸鉀滴定法[22]、紫外分光光度法測(cè)定待測(cè)液中C、N 含量[23]，從而得到MBC、MBN 含量。收獲期，在單位面積內(nèi)貼地割除地上作物，采用烘干法稱質(zhì)量得到作物含水量，計(jì)算得到農(nóng)田地上生物量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 19.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，利用LSD 方法對(duì)測(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，顯著水平α=0.05。利用Excel和Origin 2018進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 研究區(qū)水熱條件變化

兩年作物生育期月均氣溫和降雨量分析結(jié)果（圖1）顯示，研究期內(nèi)大氣月均氣溫變化趨勢(shì)相似，變化范圍為5.0～30.5 ℃。2014—2015 年和2015—2016年冬小麥季生育期氣溫均值分別為9.0 ℃和8.1 ℃，冬季（12月至次年2月）均值分別為1.15 ℃和-0.06 ℃，返青期至收獲期（3 月至6 月）氣溫均值分別為21.77 ℃和21.78 ℃。2015 年和2016 年夏玉米季氣溫月均值分別為26.2 ℃和23.1 ℃。綜合分析表明，2015 年全年溫度略高于2016年，年際差異明顯。

2014—2015 年和2015—2016 年，冬小麥生育期降雨累積量分別為138.0 mm 和132.3 mm，顯著低于歷史多年降雨均值170.1 mm。2015 年和2016 年，夏玉米季降雨累積量分別為77.5 mm 和408.3 mm。2015 年玉米季降雨明顯偏少，為防止干旱影響作物生長(zhǎng)，該年玉米生育期增加灌溉次數(shù)。

2.2 土壤溫度和含水量

2014—2016 年，不同處理下，土壤溫度月均值的變化趨勢(shì)相同（圖2），全年尺度上表現(xiàn)為冬季低、夏季高，與大氣溫度變化趨勢(shì)一致。2014—2015 年，冬小麥越冬期（12 月至次年2 月）和返青期至灌漿期（3月至5 月）CTW、CTN 的土壤溫度月均值分別為6.39、4.51 ℃和16.77、16.14 ℃；夏玉米季CTW、CTN 的土壤溫度月均值分別為26.77、26.07 ℃。兩種處理對(duì)比發(fā)現(xiàn)，土壤溫度表現(xiàn)出CTW 高于CTN 的特征，且增溫對(duì)土壤溫度的促進(jìn)作用以小麥季越冬期最為明顯（尤其是2015 年1 月，P＜0.01）。2015—2016 年冬小麥季和夏玉米季CTN 土壤溫度月均值分別為11.51 ℃和26.15 ℃（2016 年CTW 處理土壤溫濕度監(jiān)測(cè)設(shè)備故障），與2014—2015年CTN均值相近。

圖1 2014—2016年冬小麥-夏玉米生育期水熱條件Figure 1 The hydrothermal conditions during the growth period of winter wheat-summer corn from 2014 to 2016

圖2 2014—2016年冬小麥-夏玉米生育期土壤溫度和體積含水量Figure 2 The soil temperature and volumetric water content during the growth period of winter wheat-summer corn from 2014 to 2016

2014—2015 年生育期，土壤體積含水量表現(xiàn)出冬季和2015 年5 月灌漿期低、夏季高的特征（圖2）。2014—2015 年，冬小麥越冬期（12 月至次年2 月）和返青期至灌漿期（3 月至5 月）CTW、CTN 的土壤體積含水量月均值分別為16.14%、12.06% 和20.51%、21.58%；夏玉米季CTW、CTN 的土壤體積含水量月均值分別為21.53%、22.07%。兩種處理對(duì)比發(fā)現(xiàn)，土壤濕度在不同處理間差異不顯著，數(shù)值上全年CTW 低于CTN，但冬小麥越冬期CTW 土壤濕度值高于CTN，表明冬季增溫促進(jìn)了土壤凍結(jié)水的融化，從而提高土壤含水量。2015—2016 年，冬小麥季和夏玉米季CTN 土壤濕度月均值分別為17.19%、21.88%（2016 年CTW 處理土壤溫濕度監(jiān)測(cè)設(shè)備故障），小麥季土壤含水量明顯低于2014—2015 年小麥季，表明2015 年干旱和高溫對(duì)非增溫處理小麥季土壤含水量存在抑制作用。

2.3 土壤碳排放通量

2.3.1 土壤CO2通量

2014—2016年，土壤CO2通量月均值見(jiàn)圖3，在全年不同月份間比較，CTW、CTN 處理均表現(xiàn)出明顯的小麥季出苗期和返青期（10月至次年2月）較低，返青期至灌漿成熟期（次年3 月至5 月）逐漸升高的趨勢(shì)，玉米季則表現(xiàn)出7月至8月較高的趨勢(shì)。年際之間比較，2015 年小麥季土壤CO2排放量明顯高于2016 年，而玉米季正相反，這與2015 年3 月至5 月降雨量高于2016年對(duì)應(yīng)月份降雨量，而2015年6月至7月降雨量低于2016 年對(duì)應(yīng)時(shí)期降雨量有關(guān)。計(jì)算生育期CO2累積排放量發(fā)現(xiàn)，小麥季CTW處理的CO2排放年均累積量顯著低于CTN 對(duì)應(yīng)累積量的20.35%；而在玉米季，CTW與CTN的CO2年排放量差異不顯著。

2.3.2 土壤CH4通量

土壤CH4通量，在月均值水平上表現(xiàn)出吸收的趨勢(shì)（圖4）。2014—2016 年，土壤CH4吸收量的月均值范圍為118.36～549.38 g·hm-2。兩種處理下，冬小麥季土壤CH4吸收量均明顯大于玉米季。2014—2016年冬小麥季，CTW、CTN 處理的年均CH4累積吸收量分別為1 641.2、2 185.7 g·hm-2，CTN 處理顯著高于CTW 處理24.9%（P＜0.05）；玉米季，CTW、CTN 處理的年均CH4累積吸收量分別為809.7、989.8 g·hm-2，增溫作用不顯著。2016 年，CTW 處理下，土壤CH4吸收量依然小于CTN 處理，表明增溫效應(yīng)導(dǎo)致的對(duì)土壤微生物活性和土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響具有滯后性。

圖3 2014—2016年冬小麥-夏玉米生育期土壤CO2累積排放量Figure 3 The monthly average values of soil CO2 emissions during the winter wheat-summer corn growth period from 2014 to 2016

圖4 2014—2016年冬小麥-夏玉米生育期土壤CH4累積吸收量Figure 4 The monthly values of soil CH4 uptake during the growth period of winter wheat-summer maize from 2014 to 2016

2.4 生物量

2.4.1 MBC和MBN

2014—2016 年研究期內(nèi)，土壤MBC 在全年時(shí)間尺度上，表現(xiàn)出冬小麥越冬期（12月至次年2月）和夏玉米出苗期（6月）較低，生長(zhǎng)旺盛的3月至5月和7月至8 月較高的趨勢(shì)（圖5）。兩處理間比較，2015 年的3、5 月和2016 年的6 月間差異極顯著。綜合分析生育期MBC 均值發(fā)現(xiàn)，2014—2015 年和2015—2016年，小麥季CTW 處理的MBC 顯著低于CTN 處理30.9%、22.2%，夏玉米季CTW 處理的MBC 低于CTN處理14.52%（P＞0.05）、22.3%（P＜0.05）。

研究期內(nèi)，MBN 月均值在月尺度上的變化與MBC相似，在作物生長(zhǎng)旺盛的季節(jié)MBN均值較高（圖5）。兩處理間比較，兩年期生育期MBN 均值在小麥季和夏玉米季均差異不顯著。但在2015 年3 月小麥返青期，兩處理差異顯著，與CTN 相比，CTW 處理的MBN 值減少54.9%，而在2015 年7 月（玉米季追肥），CTW處理顯著高于CTN處理62.5%。

2.4.2 地上作物生物量

分析地上作物生物量（圖6）發(fā)現(xiàn)，兩種處理間，2014—2015 年和2015—2016 年小麥季，CTW、CTN 處理地上作物生物量分別為13.03、15.63 mg·hm-2和11.34、17.02 mg·hm-2，CTW 處理顯著低于CTN 處理16.63%、33.37%；玉米季，CTW、CTN 處理地上作物生物量分別為21.47、25.34 mg·hm-2和33.13、37.75 mg·hm-2，CTW 處理顯著低于CTN 處理15.27%、12.24%。同一處理下，分別比較2014—2015 年和2015—2016年之間小麥季和玉米季生育期地上生物量差異顯著性，結(jié)果表明年際間小麥季的CTW、CTN 地上生物量均不存在顯著差異，而年際間玉米季CTW、CTN 地上生物量均差異顯著，2016 年玉米季顯著高于2015 年玉米季，表明2015 年夏干旱顯著影響了作物生長(zhǎng)，而兩年間雨熱差異對(duì)小麥生長(zhǎng)無(wú)明顯影響。

圖5 2014—2016年冬小麥-夏玉米生育期土壤MBC、MBNFigure 5 The soil MBC，MBN during the growth period of winter wheat-summer corn from 2014 to 2016

圖6 2014—2016年冬小麥-夏玉米生育期地上作物生物量Figure 6 The above-ground crop biomass during winter wheatsummer maize growth period from 2014 to 2016

3 討論

3.1 增溫對(duì)農(nóng)田土壤CO2釋放的影響

前人研究表明，短期增溫可以促進(jìn)土壤溫度升高，增加土壤微生物活性，提高土壤有機(jī)質(zhì)分解，進(jìn)而加速土壤碳元素的轉(zhuǎn)化利用，最終導(dǎo)致土壤CO2釋放量增大[7，10]。但多年長(zhǎng)期增溫（5年及以上）發(fā)現(xiàn)，土壤易過(guò)度干旱，土壤含水量降低成為不利因素，導(dǎo)致土壤微生物轉(zhuǎn)化和分解能力下降，從而抑制土壤CO2的釋放[24-26]。本研究中，2014—2016 年小麥季增溫抑制翻耕農(nóng)田的土壤CO2釋放，與前人得出的5～6 年期增溫抑制土壤中微生物、降低土壤排放量的研究相似[6，25]。從單月均值可以發(fā)現(xiàn)，在2015 年3 月和5 月，這種抑制作用尤為明顯，究其原因是3 月冬小麥灌溉、追肥，而5 月是冬小麥灌漿成熟期，對(duì)農(nóng)田養(yǎng)分的吸收和利用較大，從而極易受土壤水熱環(huán)境變化的影響。而在玉米季，增溫對(duì)農(nóng)田土壤排放CO2的作用不明顯，這是由于研究區(qū)的降水大多發(fā)生在夏季，從而影響了溫度上升對(duì)土壤呼吸的主效應(yīng)導(dǎo)致的。

3.2 增溫對(duì)農(nóng)田土壤CH4吸收的影響

Castro 等[27]指出，土壤體積含水量15%～30%是土壤吸收CH4的最適范圍，過(guò)多的水分導(dǎo)致土壤孔隙透氣性降低，抑制土壤CH4的氧化能力，甚至在淹水的厭氧環(huán)境下，土壤也可以釋放CH4。前人多種研究表明，華北地區(qū)旱作農(nóng)田是CH4的弱匯，在全年尺度上吸收大氣CH4，本研究結(jié)論與此一致。前人研究認(rèn)為長(zhǎng)期增溫造成土壤含水量降低[13，18，28]，過(guò)度干旱會(huì)進(jìn)一步抑制土壤甲烷氧化菌活性，導(dǎo)致土壤吸收CH4能力降低[28]。然而，本研究發(fā)現(xiàn)，增溫并未導(dǎo)致土壤含水量顯著降低，這可能與2015 年降水較少，導(dǎo)致增溫對(duì)土壤濕度產(chǎn)生的差異不顯著有關(guān)。本研究中，5～6年期增溫抑制小麥季翻耕農(nóng)田土壤的CH4吸收，表明土壤甲烷氧化菌對(duì)CH4的吸收能力下降，綜合土壤含水量的變化，本研究認(rèn)為這是前文中小麥季增溫導(dǎo)致土壤溫度升高導(dǎo)致的[16]。相反，玉米季土壤CH4吸收能力對(duì)增溫效應(yīng)的響應(yīng)不顯著，這與本文中夏季氣溫較高、土壤溫度受增溫影響不顯著，且玉米季土壤含水量無(wú)明顯變化有關(guān)。

3.3 增溫影響下生物量變化及其對(duì)土壤碳排放的影響

MBC 是表征土壤碳元素循環(huán)過(guò)程的重要指標(biāo)，能夠指示土壤對(duì)碳元素的氧化和釋放/吸收能力[29]。本研究發(fā)現(xiàn)，增溫顯著抑制小麥季土壤MBC，而玉米季土壤MBC 對(duì)增溫?zé)o明顯響應(yīng)，與增溫引起小麥季土壤溫度升高而玉米季響應(yīng)不顯著有關(guān)，這也進(jìn)一步驗(yàn)證了前文中增溫抑制小麥季CO2和CH4通量的結(jié)論。究其原因，認(rèn)為這是因?yàn)樵鰷匾种仆寥牢⑸锘钚?，最終影響了土壤MBC 含量[13-14，30]。至于MBN，僅個(gè)別灌溉和施肥月份下，增溫抑制土壤MBN，表明MBN 變化主要受土壤氮元素含量和水分影響，但研究期內(nèi)，增溫對(duì)土壤含水量的整體影響較小，從而導(dǎo)致土壤MBN 均值對(duì)增溫效應(yīng)的響應(yīng)不顯著。兩年研究期內(nèi)，地上作物生物量在增溫影響下顯著降低，與丁樂(lè)樂(lè)等[31]和吳楊周等[32]分別得出的3 年期和1 年期增溫促進(jìn)冬小麥地上生物量的結(jié)論相反，這是試驗(yàn)的增溫年限不同導(dǎo)致的。本研究中作物生長(zhǎng)受增溫的抑制作用影響，一方面，土壤MBC 在小麥季顯著降低，另一方面，增溫導(dǎo)致小麥季土壤CO2釋放量降低，說(shuō)明小麥季土壤碳元素轉(zhuǎn)化效率降低，這導(dǎo)致了植物根系可吸收養(yǎng)分減少，最終對(duì)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響。相關(guān)系數(shù)分析顯示（結(jié)果見(jiàn)本文首頁(yè)OSID 碼），2014—2016年生育期，與CO2、CH4變化顯著相關(guān)的是MBC 和地上生物量，這進(jìn)一步表明，增溫對(duì)土壤和作物生物量影響最終將對(duì)土壤碳的釋放和吸收產(chǎn)生重要影響。

研究期內(nèi)，2015 年全年干旱導(dǎo)致氣溫過(guò)高，降低了增溫效應(yīng)的影響。而2016 年非增溫處理小麥季和玉米季溫度與2015 年相近，一定程度上表明兩年研究期內(nèi)土壤溫度的基礎(chǔ)條件相近。而2015 年全年降水過(guò)少，2016 年僅玉米季降水稍有增多，但仍小于多年平均水平。因此，水熱條件仍是影響野外模擬增溫效應(yīng)作用的限制條件。2016 年增溫設(shè)備故障，但研究發(fā)現(xiàn)，多年增溫下，即使停止增溫，華北農(nóng)田土壤的CO2釋放和CH4吸收依然存在差異，表明土壤中微生物活性已發(fā)生明顯變化，而這種改變不會(huì)在短期內(nèi)恢復(fù)。因此，基于水熱條件和增溫效應(yīng)的延續(xù)性，開(kāi)展多年連續(xù)增溫試驗(yàn)具有重要意義，以了解增溫效應(yīng)在時(shí)間尺度上是否具有連續(xù)累積效應(yīng)以及累積效應(yīng)發(fā)生變化的年限需求。

4 結(jié)論

模擬增溫結(jié)果表明，增溫促進(jìn)2014—2015 年冬小麥季土壤溫度顯著上升，但對(duì)夏玉米季土壤溫度和全年土壤體積含水量無(wú)顯著影響。兩年試驗(yàn)期后，增溫抑制冬小麥季累積CO2排放和CH4吸收，但對(duì)夏玉米季CO2、CH4通量作用不顯著。冬小麥季增溫降低土壤月均MBC，但土壤MBN無(wú)顯著變化，而增溫抑制地上作物生物量。長(zhǎng)期增溫抑制冬小麥季土壤CO2釋放和CH4吸收，但玉米期碳通量變化相對(duì)較小。長(zhǎng)期氣候變暖，增溫效應(yīng)具有累積性，將對(duì)華北農(nóng)田的碳匯/源作用產(chǎn)生重要影響。