水氮耦合下黑土区稻田生态系统碳源汇效应分析

作者：张忠学; 薛里; 李铁成; 齐智娟^*; 王忠波; 周欣

来源：农业机械学报, 2023, 54(08): 330-338.

• 黑土区稻田
• 水氮耦合
• 净生态系统碳收支
• 净初级生产力

为探寻不同水氮耦合方式对黑土区稻田生态系统碳平衡的影响，于2022年开展田间试验，试验设置常规淹灌(F)和稻作控制灌溉(C)两种灌溉模式，同时设置常规施氮水平(N,110 kg/hm2)、减氮10%水平(N1,99 kg/hm2)、减氮20%水平(N2,88 kg/hm2)3种施氮水平，分析不同水氮耦合方式对水稻各器官干物质量、碳含量、稻田土壤呼吸CO2排放通量和CH4排放通量及两者排放总量的影响，并采用净生态系统碳收支(NECB)评价体系对黑土区稻田生态系统碳源汇效应进行分析。结果表明：不同水氮耦合方式下，各处理水稻穗固碳量与根固碳量分别占其总固碳量的26.61%～40.92%、24.63%～31.95%。相同施氮量下，稻作控制灌溉相较于常规灌溉能提高水稻各器官碳含量、干物质量。在水稻全生育期内，各处理CH4排放通量呈现先增加后减小再增加的变化趋势，均在分蘖期与拔节孕穗期出现峰值；各处理土壤呼吸CO2排放通量呈现单峰变化，在分蘖期出现峰值。相同灌溉模式下，除返青期外，各处理CH4排放通量与土壤呼吸CO2排放通量均随施氮量的减少而降低。相同施氮量下，稻作控制灌溉与常规灌溉相比降低了土壤呼吸CO2排放通量及排放总量，但提高了CH4排放通量及排放总量。不同水氮耦合方式下，水稻净初级生产力为4 245.82～6 958.19 kg/hm2,穗净初级生产力最高、凋落物净初级生产力最低，分别占其水稻净初级生产力的42.88%～51.82%、3.19%～3.90%。相同施氮量下，稻作控制灌溉模式各处理水稻净初级生产力均大于常规灌溉模式，其中CN、CN1、CN2各处理净初级生产力较FN、FN1、FN2各处理分别增加11.17%、31.92%、2.98%。此外，不同水氮耦合方式下NECB均为正值，表示该黑土区稻田生态系统为净碳“汇”,其中CN1处理净碳收支(1 082.87 kg/hm2)显著高于其他各处理(P<0.05),这说明稻作控制灌溉模式下减氮10%处理的稻田生态系统碳“汇”强度最大。

• 单位
  土木工程学院; 东北农业大学