长期施肥对休闲季土壤呼吸温度敏感性的影响

【目的】在农作物-休闲轮作系统中,研究长期施肥条件下休闲季土壤呼吸温度敏感性(Q10)的变化机理,为科学调控黄土高原雨养区的农田温室气体排放提供依据。【方法】依托长武农田生态试验站的长期定位施肥试验,在小麦收获后的休闲季测定不同施肥处理下(CK、N、NP、M、NPM)的土壤呼吸速率、土壤温度、土壤水分、底物的数量(土壤有机碳和根茬碳)和质量(土壤碳氮比和根茬碳氮比,依次简写为土壤C﹕N和根茬C﹕N),研究长期施肥影响休闲季Q10变异的机理。【结果】在休闲季,不同施肥处理下的土壤呼吸速率差异显著(P<0.05),长期施肥导致土壤呼吸速率增加了6%—127%。土壤温度、土壤水分、底物的数量和质量均是影响土壤呼吸速率的重要因素(P<0.05)。土壤温度对土壤呼吸速率的影响,利用指数关系模型进行拟合(P<0.05),且土壤温度可以解释40%—57%的土壤呼吸变异性。而土壤呼吸速率对土壤水分的响应则用抛物线关系模型进行拟合(P<0.05),且土壤水分可以解释56%—74%的土壤呼吸变异性。同时,底物的数量和质量对土壤呼吸速率的影响,利用线性关系模型进行模拟(P<0.05),且底物的数量和质量可以解释高达66%—94%的土壤呼吸变异性。长期单施氮肥处理(N)对土壤有机碳影响不显著(P>0.05),而NP、M和NPM处理下的土壤有机碳则增加了12%—36%。同时,N处理下的根茬碳减少了34%,而NP、M和NPM处理下的根茬碳则增加了15%—63%。N和NP处理下的土壤C﹕N影响不显著(P>0.05),而M和NPM处理下的土壤C﹕N则增加了12%—13%。不同施肥处理下的根茬C﹕N则降低了8%—38%。在休闲季,长期施肥导致Q10降低了12%—56%,而长期施肥处理下Q10的差异与底物的数量(土壤有机碳和根茬碳)和质量(土壤C﹕N和根茬C﹕N)或者二者的交互作用密切相关(P<0.05)。Q10随着底物数量和土壤C﹕N的增加均呈现出线性降低的趋势(P<0.05),且底物的数量和土壤C﹕N可以解释61%—95%的Q10变异性,而Q10随着根茬C﹕N的增加呈现出线性增加的趋势(P<0.05),且根茬C﹕N可以解释72%的Q10变异性。同时对Q10的贡献呈现出根茬碳>根茬C﹕N>土壤有机碳>土壤C﹕N的趋势(2.16 vs.1.22 vs.0.48 vs.0.03)。【结论】在农作物-休闲轮作系统中,长期施肥通过影响底物的数量和质量影响休闲季Q10的变化,对科学评价黄土高原雨养区的农田温室气体排放具有重要意义。