周永杰^,1,2, 谢军红^,1,2, 李玲玲^1,2, 王林林^1,2, 罗珠珠^2,3, 王进斌^1,21甘肃农业大学农学院,兰州 730070
²省部共建干旱生境作物学国家重点实验室（甘肃农业大学）,兰州730070
³甘肃农业大学资源与环境学院,兰州 730070

Effects of Long-Term Reduce/Zero Tillage and Nitrogen Fertilizer Reducing on Maize Yield and Soil Carbon Emission Under Fully Plastic Mulched Ridge-Furrow Planting System

ZHOU YongJie^,1,2, XIE JunHong^,1,2, LI LingLing^1,2, WANG LinLin^1,2, LUO ZhuZhu^2,3, WANG JinBin^1,21College of Agronomy, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070
²State Key Laboratory of Aridland Crop Science (Gansu Agricultural University), Lanzhou 730070
³College of Resources and Environmental Sciences, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070

通讯作者: 谢军红,E-mail： xiejh@gsau.edu.cn

责任编辑: 李云霞
收稿日期:2020-11-30接受日期:2021-02-2

基金资助:

甘肃省科技重大专项(20ZD7NA007) 甘肃农业大学青年导师基金项目(GAU-QDFC-2020-03) 甘肃省科技计划项目(20JR5RA033) 中央引导地方科技发展专项资金和甘肃省国际科技合作基地项目(GSPT-2018-56) 中央引导地方科技发展专项(ZCYD-2020)

Received:2020-11-30Accepted:2021-02-2
作者简介 About authors
周永杰,E-mail： 1109818358@qq.com。








摘要
【目的】明确氮肥减量条件下耕作方式对土壤呼吸、碳排放、作物产量的影响,揭示玉米生长与土壤碳排放的关系。【方法】于2018—2019年依托2012年布设于甘肃农业大学旱作农业综合实验站的耕作方式及氮肥减量长期定位试验。本试验以具有良好集雨抑蒸、增温保墒作用的全膜双垄沟播技术为前提,采取二因素裂区设计,主区为4种耕作方式：翻耕（T1）;旋耕（T2）;深松耕（T3）和免耕（T4）,副区处理为两个施氮水平：氮肥减量（N1：基施氮200 kg·hm^-2）和传统施氮（N2：基施200 kg·hm^-2+拔节期施100 kg·hm^-2）。研究不同处理的玉米生长、土壤呼吸速率特征、碳排放量和土壤有机碳含量的变化,分析碳排放效率 （CEE） 及净生态系统生产力 （NEP）。【结果】（1） 耕作方式及施氮水平显著影响全膜双垄沟播玉米的生长,耕作方式对干物质积累的影响主要在灌浆期和成熟期,免耕处理显著提高了该时期的干物质积累量、生长率和净同化速率,较其他耕作方式籽粒产量提高2%—15%;施氮水平在拔节期—开花期对干物质的影响较大,但同一耕作方式下N1与 N2水平的产量差异不显著。（2）土壤呼吸速率呈先升高后降低的单峰曲线,在大喇叭口期—开花期达到峰值,耕作方式对土壤呼吸、碳排放量及碳排放效率的影响大于施氮水平,免耕处理的土壤呼吸速率较旋耕、翻耕和深松耕分别降低了4.3%、12.9%和24.3%,总碳排放量降低了21.5%、13.4%和31.2%,碳排放效率提高26.5%—55.9%;免耕减施氮肥较其他处理碳排放总量降低489—1 917.5 kg·hm^-2,碳排放效率提高了20.1%—56.2%。（3） 所有处理均表现为大气CO₂的“汇”,但免耕和减施氮肥表现出更强的碳汇效应,与传统翻耕相比,免耕处理0—5 cm土层有机碳含量增加了11.3%（P<0.05）,与传统施氮相比,氮肥减量水平下0—10 cm土层的有机碳含量提高了5.8%（P<0.05）。（4）全膜双垄沟播玉米碳排放效率与干物质积累量、生长率和净同化率呈显著正相关关系,玉米碳排放效率与土壤有机碳含量呈极显著负相关,其原因主要是耕作方式和氮肥减量促进了玉米光合能力,从而捕获更多CO₂,进而提高了玉米固碳能力。【结论】在472—491 mm的年降水条件下,免耕结合氮肥减量（基施氮200 kg·hm^-2）能提高玉米产量、土壤有机碳含量,降低碳排放总量,提高碳排放效率,是陇中黄土高原全膜双垄沟播玉米一项绿色增产技术,建议在生产中使用。
关键词： 玉米;免耕;减氮;土壤呼吸;碳平衡;产量

Abstract
【Objective】 The effects of tillage practices on soil respiration, carbon emission and crop yield under nitrogen reduction were clarified, and the relationship between maize growth and soil carbon emission was revealed.【Method】The long-term tillage practices and reduced fertilization experiment initiated in 2012 within two-year (2018-2019) was conducted at the Rainfed Agricultural Experimental Station of the Gansu Agricultural University in the Gansu province of northwestern China. This experiment is based on the technology of full-film double-ridge and furrow sowing maize with good effect of collecting rainfall and inhibiting evaporation and increasing temperature and soil moisture. The experiment adopted the split plot design, and the main plots were four tillage practices (conventional tillage, rotary tillage, subsoiling, and no-tillage) and the subplot were two nitrogen application levels (nitrogen reduction (200 kg·hm^-2) and conventional nitrogen application (300 kg·hm^-2)). Based on this experiment, the maize growth, soil respiration rate, carbon emission and soil organic carbon content, carbon emission efficiency (CEE) and net ecosystem productivity (NEP) were assessed.【Result】(1) Tillage practice and nitrogen application level significantly affected the growth of maize, and the effect of tillage practice on dry matter accumulation was mainly in the filling stage and maturity stage. No tillage treatment significantly improved the dry matter accumulation, growth rate and net assimilation rate at these stages, which increased grain yield by 2%-15% compared with other tillage practices; nitrogen application level had a greater effect on dry matter during jointing flowering stage, but the same effect was observed, and there was no significant difference in yield between N1 and N2 under the same tillage practice. (2) The soil respiration rate showed a single-peak curve that first increased and then decreased, reaching its peak in the big bell mouth-flowering period. The effects of tillage practices on soil respiration, carbon emissions and carbon emission efficiency were greater than the nitrogen levels. Compared with rotary tillage, tillage and subsoiling, no tillage decreased soil respiration rate by 4.3%, 12.9% and 24.3%, respectively, and total carbon emission decreased by 21.5%, 13.4% and 31.2%, respectively, while carbon emission efficiency increased by 26.5%-55.9%. Compared with other treatments, no tillage combined with nitrogen reduction reduced total nitrogen and carbon emission by 489-1917.5 kg·hm^-2, while the carbon emission efficiency increased by 20.1%-56.2%. (3) All treatments showed a “sink” of atmospheric CO₂, but no-tillage and reduced nitrogen fertilizer showed a stronger carbon sink effect. The organic carbon content in 0-5 cm soil layer was significantly increased by 11.3% (P<0.05) compared with conventional tillage; the organic carbon content in 0-10 cm soil layer was increased by 5.8% (P<0.05) compared with conventional tillage. (4) There was a significant positive correlation between the efficiency of carbon emissions and the accumulation of dry matter, the rate of growth and net assimilation rate, and a significant negative correlation between the efficiency of carbon emissions and the organic carbon of the soil. This was mainly because the cultivation practices and application of nitrogen promoted maize’s photosynthetic ability, obtained more CO₂, and enhanced maize’s capacity for carbon fixation. 【Conclusion】 Under the condition of 472-491 mm annual precipitation, no tillage combined with nitrogen reduction (200 kg·hm^-2) could improve maize yield, improve soil organic carbon content, reduce total carbon emission, and improve carbon emission efficiency. A green yield-increasing technology of full-film double-ridge and furrow sowing maize in the Loess Plateau of Longzhong was recommended to be used in production.
Keywords：maize;no-tillage;nitrogen fertilizer reducing;soil respiration;carbon balance;yield


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周永杰, 谢军红, 李玲玲, 王林林, 罗珠珠, 王进斌. 长期少免耕与氮肥减量对全膜双垄沟播玉米产量及碳排放的调控作用. 中国农业科学, 2021, 54(23): 5054-5067 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.23.011
ZHOU YongJie, XIE JunHong, LI LingLing, WANG LinLin, LUO ZhuZhu, WANG JinBin. Effects of Long-Term Reduce/Zero Tillage and Nitrogen Fertilizer Reducing on Maize Yield and Soil Carbon Emission Under Fully Plastic Mulched Ridge-Furrow Planting System. Scientia Acricultura Sinica, 2021, 54(23): 5054-5067 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.23.011


开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

0 引言

【研究意义】粮食安全与CO₂排放是人类社会广泛关注的焦点,CO₂是最重要的温室气体之一,在农田生态系统中具有不同的“源”“汇”功能。土壤呼吸是陆地生态系统中第二大碳通量,其微小的变化对大气CO₂浓度产生巨大影响,从而加剧或缓解全球气温变化^[1]。增加土壤有机质,扩大土壤碳库,减少CO₂排放不仅可以缓解温室效应,又能提高土地生产力水平和生态系统服务功能^[2],因此农田CO₂减排对农业可持续发展具有重要意义。旱作农业对于保障粮食安全发挥积极作用。黄土高原半干旱区是旱作农业的典型区域。以“旱寒瘠”为特点的生态环境条件十分不利于农业生产,落后的传统观念和经济水平更加限制了农业现代化进程,因此,通过改善农艺措施以提高土地生产力是黄土高原旱作农业发展的重点^[3]。【前人研究进展】新世纪以来,以全膜双垄沟播玉米播种技术的发明和推广极大地提高土地生产力水平和水分利用效率,但同时增加农田CO₂排放量^[4,5]。研究表明农田的土壤呼吸主要包括三个生物学过程和一个非生物学过程,其中生物学过程主要有根系呼吸的自养呼吸和以微生物呼吸、动物呼吸为主的异养呼吸;而非生物学过程主要是含碳矿物质的氧化和分解^[6],大量研究表明,不同农艺措施通过改变影响土壤碳排放的物理、化学和生物因子（如土壤温度、湿度、pH、通气性、营养状况及土壤微生物等）进而影响土壤呼吸^[7]。其中,翻耕、旋耕等将不同层次的土壤直接暴露在土层表面,改变了土壤通气性、温度及湿度,使土壤微生物活性增强,加剧土壤有机碳的氧化,促进土壤异养呼吸^[8,9],少免耕为主的保护性耕作通过改善土壤理化性状,促进蓄水保墒,提高作物产量,降低土壤碳排放量^[10,11]。氮肥高效利用是作物增产的主要途径,过量施氮使得植物根系和微生物生物量的增加直接促进土壤呼吸,提高碳排放效率^[12,13];PENG等研究表明增施氮肥增强了土壤有机质稳定性,降低了CO₂排放量,增加了土壤表层有机碳含量^[14]。但也有研究表明少耕轮作条件下减施氮肥能保证稳产水平,降低CO₂排放量,实现节本增效^[15,16]。全膜双垄沟播玉米良好的水热条件,促进了干物质的积累和产量的提高,然而在这种良好的土壤微生态环境条件下,活跃了土壤根呼吸和异养呼吸,进而促进土壤呼吸^[17],使得全膜双垄沟播玉米农田土壤呼吸的研究变得愈加困难。【本研究切入点】近年来,增产不增效及较高的碳排放成为黄土高原全膜双垄沟播玉米种植体系新的科学问题,既能提高玉米产量又能降低土壤碳排放的农艺措施亟待探寻。【拟解决的关键问题】本研究依托长期定位试验研究氮肥减量条件下耕作方式对土壤呼吸、碳排放、作物产量的影响,探讨作物生长与土壤碳排放的关系,为黄土高原半干旱区氮肥减量与高产低碳生产技术提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

本研究于2018—2019年在位于甘肃省定西市安定区的甘肃农业大学旱作农业综合实验站进行。该区属中温带半干旱偏旱区,多年平均日照时数2477h,太阳辐射量为593 kJ·cm^-2;年均气温6.4 ℃,变化在5.8—6.8℃之间,≥0℃积温为2 934℃,≥10℃积温为2 239℃,年均无霜期为140 d;多年平均降水量为391 mm,年际、年内变化率大,80%保证率的降水量为365 mm,年蒸发量1 531 mm。2018年与2019年降水量为472.1和491.6 mm（图1）。试区土壤为黄绵土,土质较绵软,质地均匀,贮水性能良好。

图1

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图1试验区2018—2019年降雨量

Fig. 1Rainfall of the study area in 2018 and 2019

1.2 试验设计

在全膜双垄沟播的基础上,采取二因素裂区设计,主区为4种耕作方式：翻耕（T1）;旋耕（T2）;深松（T3）和免耕（T4）。副区处理为两个施氮水平：氮肥减施（N1：基施纯氮200 kg·hm^-2）和传统施氮（N2：基施200 kg·hm^-2+拔节期100 kg·hm^-2）,8个处理组合,3次重复,共24个小区,主区面积为88 m²（20 m×4.4 m）,副区面积为44 m²（10 m×4.4 m）。

1.3 田间操作及管理

在2017年玉米收获后,除根茬外,移除全部秸秆,不揭膜,将农田免耕至翌年3月下旬（土壤解冻后）,然后尽快揭去旧膜,各处理基施200 kg N·hm^-2、150 kg P₂O₅·hm^-2,磷肥为过磷酸钙（P₂O₅ 16%）,氮肥为尿素（N 46%）后,及时完成耕作与起垄覆膜作业,所有处理均使用全膜双垄沟播技术。具体为：传统耕作以兰驼1LF铧式犁翻耕,作业深度为20 cm,后用人工全膜双垄沟播起垄机起大小双垄（大垄：垄高15 cm,垄宽70 cm;小垄：垄高20 cm,垄宽40 cm）,用宽140 cm、厚0.01 mm的白色地膜全地表覆盖, 于沟内间隔50 cm留渗水孔。旋耕以东方红1GQN-125型旋耕机旋耕,作业深度为15 cm;深松耕用平凉红牛机械制造厂生产的间隔深松机进行深松,作业深度为35 cm,深松铲宽度间隔40 cm,深松时,保证深松缠轨迹在玉米种植沟内;旋耕和深松耕处理的起垄覆膜同翻耕;免耕：对土壤不耕作,用人工全膜双垄沟播起垄机进行简单的培垄整理后完成覆膜作业。耕作完成后各处理4月下旬用点播器进行播种,拔节期在副区用点播器穴施100 kg N·hm^-2。供试玉米（Zea mays L.）品种为先玉335,密度为5.25万株/hm²（株距35 cm）。玉米生长期内,人工除草,及时防治病虫害,10月上旬收获,其他管理同大田,2019年同2018。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 干物质积累量、玉米生长率（CGR）和净同化率（NAR） 于2019年在玉米拔节期、大喇叭口期、灌浆期和成熟期每小区取3株,用以测定干物质积累量;并计算玉米生长率（ CGR）和玉米净同化率（NAR）。玉米生长率为单位时间内单株玉米所增加的干物质重量（g·plant^-1·d^-1）,玉米净同化率为某一段时间内单位叶面积干物质的增长量（g·m^-2·d^-1）^[18]。

CGR=(W₂-W₁)/(t₂-t₁)

NAR=[(W₂-W₁)(lnL₂-lnL₁)]/[(t₂-t₁)(L₂-L₁)]

式中,W₂-W₁表示一段时间内每株玉米植株干重的净增长数量,t₂-t₁为2次测定时期的间隔天数。W₁、W₂为第t₁和t₂天玉米的干物质重,L₁和L₂分别为第t₁和t₂天的叶面积。

1.4.2 土壤有机碳 于2019年采用五点采样法分别采取玉米收获后各小区 0—5、5—10和10—30 cm土层土样,混匀后除去根系等杂物,带回实验室,风干、过筛后用重铬酸钾外加热法测定0—30 cm土层有机碳含量。

1.4.3 土壤呼吸速率 在2018年和2019年玉米生长

期内,用LI-8100开路式土壤碳通量测量系统（LI-COR Inc, Lincoln,NE,USA）从播种后每隔15 d左右测定一次,在早上9：00—11：00测定^[19]。

1.4.4 土壤碳排放量 根据土壤呼吸速率及测定时间,计算整个生育期的土壤碳排放量CE（kg C·hm^-2)。

CE=Σ[(R_i+1+R_i)/2×(t_i+1-t_i)×0.1584×24]×0.2727×10

式中,R为作物生长季土壤呼吸速率（μmol·m^-2·s^-1）,i+1和i是前后两次采样时间,t为播种后的天数。0.1584 是将μmol CO₂·m^-2·s^-1转化为g CO₂·m^-2·s^-1的转换系数,0.2727 是将g CO₂·m^-2·h^-1转化为g C·m^-2·h^-1的转换系数,24和10是将碳排放单位由g C·m^-2·h^-1转化为kg C·hm^-2的转换系数^[19]。

1.4.5 碳排放效率计算

CEE=Y/CE

式中,Y为作物籽粒产量,CE为土壤碳排放量,CEE为每释放1 000 g碳所产生的产量（kg·kg^-1）^[19]。

1.4.6 土壤碳平衡的计算 采用净生态系统生产力（net ecosystem production,NEP）来表示生态系统碳平衡。当NEP为正值时,表明此系统是大气CO₂的“汇”,反正,则为大气CO₂的“源”。计算公式为：

NEP=NPP-Rm^[20]

Rm=CE×0.865^[21]

式中,NPP 表示玉米地上、地下部分所固定的碳,地上部生物量即为玉米收获后所有地上生物量,地下部分生物量即为根生物量,用玉米籽粒产量的58%计算,作物地上部组织和根的含碳量取45%（据估算,作物利用光合作用合成1 g有机质需要吸收C 0.45 g）;Rm为土壤微生物异养呼吸碳排放量,CE为玉米生长期的碳排放量^[22]。

1.5 数据分析

采用Excel 2016进行试验数据整理汇总,采用SPSS 19.0对干物质积累量、生长率、净同化率、有机碳含量等进行方差分析（ANOVA）,用多重比较法中的最小显著性差异法（LSD）对耕作方式、施氮水平下的土壤呼吸速率进行检测（P<0.05）,用Sigmaplot12.5作图。

2 结果

2.1 耕作方式及施氮水平对玉米生长的影响

2.1.1 玉米干物质积累量 由表1可知,耕作方式、施氮水平及二者的交互效应对不同生育时期玉米干物质积累量显著影响。其中,耕作方式对干物质积累的影响主要在灌浆期和成熟期,T4处理的干物质积累量较高,较T2处理分别增加9.4%和11.7%;施氮水平的影响在开花期,与N2处理相比,N1处理的干物质积累量降低了9.4%;所有处理组合中,T3N2在拔节期的干物质积累量较T2N2增加22.1%;T4N2在成熟期的干物质积累量较T2N1增加16.8%。

Table 1
表1
表1耕作方式及施氮水平对玉米干物质积累的影响
Table 1Effects of different tillage practices and nitrogen levels on dry matter accumulation of maize (g/plant)

处理 Treatment	拔节期 Jointing stage	开花期 Flowering stage	灌浆期 Filling stage	成熟期 Maturity
T1	38.79a	194.43a	288.7ab	437.96ab
T2	36.08a	190.57a	281.02b	427.97b
T3	39.39a	187.36a	284.00ab	443.89ab
T4	35.85a	196.18a	307.33a	478.05a
N1	37.92a	182.67b	295.18a	445.64a
N2	37.75a	201.61a	285.33a	448.29a
T1N1	37.17ab	192.99ab	302.35a	439.61ab
T1N2	40.41ab	195.87ab	275.05a	436.31ab
T2N1	38.49ab	175.48b	284.33a	420.28b
T2N2	33.67b	205.66a	277.71a	435.65ab
T3N1	37.67ab	174.91b	289.00a	457.58ab
T3N2	41.10a	199.81ab	279.00a	430.20ab
T4N1	35.86ab	187.28ab	305.33a	465.09ab
T4N2	35.84ab	205.08a	309.33a	491.02a
T	ns	ns	*	*
N	ns	*	ns	ns
N×T	*	*	ns	*

ns、*、**分别表示无差异、在 0.05 水平、0.01 水平 上差异显著,同一列数字后不同小写字母表示在0.05水平上差异显著。下同
ns, *, **: Non-significant or significant at P<0.05 or P<0.01, respectively. Means followed by different letters within a column are significantly different at P<0.05. The same as below

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2.1.2 玉米生长率和净同化率 由表2可知,2019年,随着玉米生长,各处理生长率先升高后降低,净同化率呈减小趋势。施氮水平显著影响玉米生长率和净同化率,拔节期—开花期生长率N2比N1高12.8%,拔节期—开花期净同化率N2比N1高14.8%,差异显著。耕作方式和施氮水平交互效应对出苗期—拔节期—开花期的生长率和净同化率影响显著,出苗期—拔节期生长率T3N2较T2N2提高22.7%,拔节期—开花期生长率T2N2、T4N2与T2N1、T3N1差异显著,拔节期—开花期净同化率T2N2较T1N1、T2N1、T3N1分别提高了27.7%、28.3%、31.6%。

Table 2
表2
表2耕作方式及施氮水平对玉米生长率和净同化率的影响
Table 2Effects of different tillage practices and nitrogen levels on growth rate ( g·plant^-1·d^-1) and net assimilation rate ( g·m^-2·d^-1)

处理 Treatment	出苗期—拔节期 Sowing to jointing stage	拔节期—开花期 Jointing to flowering stage		开花期—灌浆期 Flowering to filling stage		灌浆期—成熟期 Filling to maturity
	CGR	CGR	NAR	CGR	NAR	CGR	NAR
T1	0.76a	4.45a	7.78a	4.28a	5.34a	3.18a	4.85a
T2	0.71a	4.41a	8.48a	4.11a	5.85a	3.13a	5.19a
T3	0.77a	4.23a	7.59a	4.39a	5.87a	3.4a	5.48a
T4	0.70a	4.58a	8.37a	5.05a	6.69a	3.63a	5.52a
N1	0.73a	4.15a	7.50b	5.11a	6.70a	3.20a	5.08a
N2	0.74a	4.68a	8.61a	3.81b	5.17b	3.47a	5.45a
T1N1	0.73ab	4.45ab	7.35b	4.97a	5.94a	2.92a	4.54a
T1N2	0.79ab	4.44ab	8.20ab	3.60a	4.74a	3.43a	5.16a
T2N1	0.75ab	3.91b	7.43b	4.95a	7.01a	2.89a	4.71a
T2N2	0.66b	4.91a	9.53a	3.28a	4.68a	3.37a	5.67a
T3N1	0.74ab	3.92b	7.24b	5.19a	6.85a	3.59a	5.64a
T3N2	0.81a	4.53ab	7.94ab	3.60a	4.90a	3.22a	5.33a
T4N1	0.70ab	4.32ab	7.97ab	5.36a	7.01a	3.40a	5.43a
T4N2	0.70ab	4.84a	8.77ab	4.74a	6.36a	3.86a	5.62a
T	ns	ns	ns	ns	ns	ns	ns
N	ns	*	*	*	*	ns	ns
N×T	*	*	*	ns	ns	ns	ns

CGR：玉米生产率 Crop growth rate;NAR：净同化率 Net assimilation rate

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2.2 耕作方式及施氮水平对土壤有机碳的影响

由图2可知,在N1水平下,T4处理下0—5 cm土层有机碳含量最高,为10.73 g·kg^-1,与T2差异显著。5—10 cm土层T1处理的有机碳含量最高且与T2处理差异显著。10—30 cm土层各处理的有机碳含量差异不显著。N2水平下,0—5 cm土层有机碳含量以T2和T4最高,5—10 cm以T3最高,10—30 cm以T1、T2最高,T3最低,差异显著。由表3可知,耕作方式对土壤有机碳的影响主要在土壤表层,0—5 cm土层有机碳含量以T4免耕最高,较其他处理提高9.3%—11.7%,差异显著;耕作方式与施氮水平交互效应显著影响0—30 cm土层有机碳含量,其中0—5 cm土层T4N1处理的有机碳含量为10.73 g·kg^-1,5—10 cm土层的T1N1较T2N1、T2N2、T4N2处理有机碳含量分别提高20.2%、19.5%、24.9%,10—30 cm土层 T3N2较T2N2降低17.3%,差异显著。通过加权平均计算0—30 cm土层有机碳含量可知,所有处理差异均不显著。

图2

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图2不同施氮水平下耕作方式对0—30 cm土层有机碳含量的影响

图中不同小写字母表示在0.05水平上差异显著,不同短线表示标准误（n=3）
Fig. 2Effects of different tillage practices on soil (0-30 cm) organic carbon content under nitrogen levels

Different small letters in the figure are significantly different at P<0.05. Bars represent standard errors (n =3)


Table 3
表3
表3耕作方式及施氮水平对0—30 cm土层有机碳含量的影响
Table 3Effects of different tillage practices and nitrogen levels on soil (0-30 cm) organic carbon content (g·kg^-1)

处理 Treatment	土层 Soil layer			平均 Mean
	0-5 cm	5-10 cm	10-30 cm
T1	9.07b	9.50a	8.71a	8.90a
T2	9.23b	8.57a	8.57a	8.68a
T3	9.03b	9.19a	7.82a	8.25a
T4	10.09a	8.69a	8.30a	8.66a
N1	9.57a	9.29a	8.32a	8.69a
N2	9.14a	8.69a	8.38a	8.56a
T1N1	9.37b	10.28a	8.60ab	9.00a
T1N2	8.78b	8.73ab	8.82ab	8.80a
T2N1	9.00b	8.55b	8.19ab	8.38a
T2N2	9.46b	8.60b	8.96a	8.98a
T3N1	9.19b	9.19ab	8.23ab	8.55a
T3N2	8.87b	9.19ab	7.41b	7.95a
T4N1	10.73a	9.14ab	8.28ab	8.83a
T4N2	9.46b	8.23b	8.32ab	8.50a
T	*	ns	*	ns
N	ns	ns	ns	ns
N×T	*	*	*	ns

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2.3 耕作方式及施氮水平对土壤呼吸速率的影响

由图3、4可知,2个生长周期内,随着生育时期的推进,各处理土壤呼吸速率均呈先上升后降低的单峰曲线,4月下旬到7月中旬上升较快,在7月中下旬（大喇叭口期—开花期）达到最高值,10月中旬降到最低。总体上T3处理的土壤平均呼吸速率最高,T1和T2次之,免耕处理最低。N1水平下2018年5月13日（苗期）和10月14日（成熟期）呼吸速率T3和T4差异显著,T3处理较其他处理土壤呼吸速率高0.69—1.81 μmol·m^-2·s^-1;N2水平下4月15日（播前）T1与其他处理差异显著,T2、T3、T4 较T1降低1.01—1.09 μmol·m^-2·s^-1,大喇叭口期、成熟期T4呼吸速率较T3降低了21.1%（图3）,N1水平下7月5日拔节期（2019年）T2、T4比 T3处理分别降低了43.6%、40.5%,差异显著;N2水平下6月8日、7月5日和8月30日T3比T4处理呼吸速率分别升高了0.7—2.9 μmol·m^-2·s^-1,差异显著（图4） 。

图3

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图32018年耕作方式及施氮水平对土壤呼吸速率的影响

不同竖直短线表示0.05水平上的最小显著性差异值,下同
Fig. 3Effects of different tillage practices and nitrogen levels on soil respiration in 2018

Vertical bars indicate the least significant difference value at P<0.05. The same as below

图4

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图42019年耕作方式及施氮水平对土壤呼吸速率的影响

Fig. 4Effects of different tillage practices and nitrogen levels on soil respiration in 2019

2.4 耕作方式及施氮水平对产量、土壤碳排放及碳排放效率的影响

由表4可知,耕作方式和耕作方式与施氮水平的交互效应显著影响玉米的籽粒产量、碳排放总量及碳排放效率。2018年T2、T3、T4下的籽粒产量较T1分别增加9.4%、9.8%和12.0%,2019年T4较T1、T2分别增加14.8%和11.2%;2018和2019年T4下的碳排放总量较T3分别降低29.8%和36.1%,差异极显著（P<0.01）,T4的碳排放效率在2018和2019年较T3分别提高47.2%、64.3%,差异极显著（P<0.01）;减施氮肥仅减少了2018年籽粒产量,但耕作方式与施氮水平交互效应显著影响籽粒产量、碳排放总量及碳排放效率。2018年T3N2的籽粒产量较T1N1、T1N2分别增加16.3%和15.5%,差异极显著（P<0.01）;2018年T2N1、T4N1、T4N2的碳排放总量较T3N2分别减少21.2%、30.3%和31.0%,T4N1、T4N2碳排放总量在2019年较T3N2分别减少29.4%和37.3%;T4N2下的碳排放效率最高,与T1N1、T1N2、T3N1和T3N2差异显著 （P<0.05）。

Table 4
表4
表4耕作方式及施氮水平对碳排放效率的影响
Table 4Effects of different tillage practices and nitrogen levels on carbon emission efficiency

处理 Treatment	籽粒产量 Grain yield (kg·hm-2)		碳排放总量 Total carbon emission (kg·hm-2)		碳排放效率 Carbon emission efficiency (kg·kg-1)
	2018	2019	2018	2019	2018	2019
T1	11386b	9613b	6197b	4947ab	1.89b	1.99b
T2	12457a	9921b	5815bc	4396bc	2.14b	2.27b
T3	12505a	10094ab	7112a	5588a	1.76b	1.82b
T4	12750a	11036a	4993c	3750c	2.59a	2.99a
N1	12031b	10164a	5921a	4632a	2.10a	2.25a
N2	12517a	10168a	6137a	4709a	2.09a	2.28a
T1N1	11345c	9710b	5971abc	4705abcd	2.00bc	2.11c
T1N2	11427c	9515b	6423ab	5189abc	1.78c	1.87c
T2N1	12320abc	9882ab	5671bc	4298cde	2.17c	2.3bc
T2N2	12594ab	9959ab	5958abc	4494bcde	2.11abc	2.23bc
T3N1	11811bc	9780ab	7024ab	5551ab	1.68abc	1.77c
T3N2	13199a	10408ab	7201a	5625a	1.84c	1.87c
T4N1	12651ab	11283a	5018c	3973de	2.55ab	2.84ab
T4N2	12849ab	10790ab	4967c	3528e	2.63a	3.14a
T	*	*	**	**	**	**
N	*	ns	ns	ns	ns	ns
N×T	**	*	*	*	*	*

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2.5 耕作方式及施氮水平对碳平衡的影响

采用净系统生产力（NEP）判断碳平衡（表5）,各处理NEP均为正值,说明均表现为大气CO₂的“汇”。耕作方式对异养呼吸（Rm）影响显著,T1较T3处理降低12.9%,与T4差异极显著（P<0.01）,各处理表现为T3>T2>T1>T4,NEP为T4>T2>T3>T1,T4较T1提高21.9%,差异显著（P<0.05）。T4N1和T4N2下的Rm较T1N1、T1N2、T3N1、T3N2降低7.6%—37.3%,差异显著, T4N2下的NEP在2019年较T1N1和T1N2分别提高21.7%和32.0%,差异显著（P<0.05）。

Table 5
表5
表5耕作方式及施氮水平下玉米农田碳平衡的变化
Table 5Changes in carbon budget under different tillage practices and nitrogen levels

处理 Treatment	总生物量 Total biomass (kg·hm-2)		NPP (kg·hm-2)		Rm (kg·hm-2)		NEP (kg·hm-2)
	2018	2019	2018	2019	2018	2019	2018	2019
T1	40301a	37511a	18136a	16880a	5361b	4279ab	12775a	12601b
T2	38691a	39487a	17411a	17769a	5030bc	3803bc	12381a	13967ab
T3	38855a	40643a	17485a	18289a	6152a	4833a	11333a	13456ab
T4	38922a	41337a	17515a	18601a	4319c	3244c	13196a	15358a
N1	39090a	39940a	17591a	17973a	5122a	4007a	12469a	13966a
N2	39295a	39549a	17683a	17797a	5309a	4073a	12307a	13724a
T1N1	40298a	38183a	18134a	17182a	5165abc	4070abcd	12969a	13112b
T1N2	40305a	36839a	18137a	16578a	5556ab	4488abc	12581a	12089b
T2N1	38207a	39801a	17193a	17911a	4906bc	3718cde	12288a	14192ab
T2N2	39175a	39173a	17629a	17628a	5154abc	3887bcde	12475a	13741ab
T3N1	38692a	41353a	17412a	18609a	6075ab	4801ab	11336a	13807ab
T3N2	39018a	39934a	17558a	17970a	6229a	4866a	11329a	13105ab
T4N1	39164a	40422a	17624a	18190a	4341c	3437de	13283a	14753ab
T4N2	38680a	42252a	17406a	19013a	4297c	3052e	13109a	15962a
T	ns	ns	ns	ns	**	**	ns	*
N	ns	ns	ns	ns	ns	ns	ns	ns
N×T	ns	ns	ns	ns	*	*	ns	*

NPP：表示玉米地上、地下部分所固定的碳。Rm：异养呼吸碳排放量。NEP：生态系统碳平衡
NPP: Represents the carbon fixed by the aboveground and underground parts of maize. Rm: Carbon emissions from heterotrophic respiration. NEP: Ecosystem carbon balance

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2.6 不同处理下玉米生长与碳排放的关系

由表6可知,碳排放效率与干物质积累（r= 0.511*）、生长率（r = 0.408*）和净同化率（r = 0.487*）呈显著正相关关系,与有机碳呈极显著负相关关系（r= -0.93**）;干物质积累与生长率（r=0.845**）、净同化率（r= 0.676**）呈极显著正相关关系。

Table 6
表6
表6碳排放效率、土壤有机碳含量和玉米生长之间的关系
Table 6The relationship among carbon emission efficiency, organic carbon content, and maize growth characteristics under different treatments

项目Item	干物质积累量DMA	生长率CGR	净同化率NAR	有机碳含量SOC	碳排放效率CEE
生长率CGR	0.845**	1
净同化率NAR	0.676**	0.617**	1
有机碳含量SOC	-0.134	-0.268	0.018	1
碳排放效率CEE	0.511*	0.408*	0.487*	-0.93**	1

*表示在 P<0.05 水平显著相关, **表示P<0.01 水平极显著相关
* Indicates significant correlation at P<0.05; * * Indicates significant correlation at P<0.01. DMA: Dry matter accumulation; CGR: Crop growth rate; NAR: Net assimilation rate; SOC: Soil organic carbon; CEE: Carbon emission efficiency

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3 讨论

3.1 耕作方式及施氮水平对玉米生长及产量的影响

作物生育期内干物质的积累对作物产量形成至关重要,干物质积累水平决定最终籽粒产量的高低^[23]。本研究发现,耕作方式对干物质积累的影响主要在灌浆期和成熟期,免耕下干物质积累量在这两个时期较旋耕增加9.4% 和11.7%,差异显著,且免耕和深松耕获得较高的籽粒产量,说明深松耕和免耕不仅增加玉米干物质积累而且提高干物质转化效率;谢军红和UWAMUNGU等^[24,25]认为深松耕和免耕可以改善土壤理化性状,蓄水保墒,防止土壤侵蚀,提高自然降水利用率,为旱作玉米生长创造良好的土壤水分环境,促进玉米生长和产量提高,但本研究下由于试验年度均是丰水年,且生长后期,降水较多,存在水分胁迫的可能性小,深松耕、免耕协调了生物产量与籽粒产量的关系,提高了干物质转化效率、进而促进了籽粒产量的提高,主要原因可能与深松耕、免耕处理下良好的土壤理化性状有利于根系的生长发育有关^[26]。施氮水平对干物质的影响主要发生在拔节—开花期,此阶段增施氮肥提高了玉米的干物质积累量,但N1与N2相比,干物质积累量仅降低了9.4%,到灌浆期和成熟期,干物质积累的差异进一步缩小。两个试验年度施氮水平间籽粒产量不同,过多的降水加速了氮的淋失,追肥增加了NH₃的挥发损失^[27],同时,也可能与试区降水格局与低温,以及后期光照不足有关,综合两年的产量表现,本研究认为,在丰水年200 kg·hm^-2的施氮水平能满足玉米的氮素需求,且结合免耕措施对作物生产有了一定补偿效应,而增加施氮量则增加了种植成本和环境代价。本研究中N2水平在拔节期追施氮肥,主要目的是缓解覆膜玉米后期脱肥问题,但在本试验中发现,丰水年没有脱肥问题,因此覆膜玉米脱肥问题的解决可借鉴周宝元等^[28,29]提出的应用缓释肥的策略,而不一定要增加施氮量。

3.2 耕作方式及施氮水平对玉米农田土壤呼吸的影响

土壤呼吸速率随着玉米的生长各处理均呈先升高后降低的单峰曲线,在7月中下旬达到最高值,这是因为该时间段玉米生长最旺盛,这与HAN等^[30]研究结果相似。不同耕作方式对土壤呼吸速率的影响不同,本试验中4种耕作方式土壤呼吸速率表现为：深松耕>翻耕>旋耕>免耕,免耕较旋耕、翻耕和深松耕土壤呼吸速率分别降低4.3%、12.9%和24.3%,主要原因是传统翻耕、旋耕、深松耕都对土壤进行不同程度扰动,改变了土壤环境,使土壤疏水通气,深松耕更有利于玉米根系的生长,提高了根及根际微生物的呼吸强度,使呼吸速率比其他耕作方式更早达到最高值,也使土壤碳排放量增加^[31,32,33]。另一方面也于耕作强度会对土壤富碳团聚体造成破坏,使部分有机碳矿化,而免耕对土壤的扰动较少,降低了土壤通透性和有机碳的矿化率,所以呼吸速率较低^[34]。深松耕是对30—50 cm土层进行松动,打破土壤犁底层,更大程度上增加了土壤的通透性,从而使更多的有机碳被矿化,从而导致土壤有机碳快速损失,这也是此研究中异养呼吸碳排放量显著高于其他处理的原因^[8,35]。翻耕将部分深层的有机碳翻至表层,较旋耕5—10 cm土层土壤有机碳含量增加10.9%,然而此过程中,也有部分有机碳被暴露在土壤表面,加快有机碳矿化,同时翻入土壤深层的玉米残茬腐解加快,增加土壤碳输入和输出,导致翻耕下的土壤呼吸速率和碳排放量较高,仅次于深松耕^[36]。免耕下0—5 cm土层有机碳含量较翻耕和旋耕分别提高11.3%、9.3%,其原因可能是免耕对深层土壤无扰动,玉米残茬多存留于土壤表层,从而增加0—5 cm土层有机碳含量;深松耕消耗较多的深层有机碳,从而对深层土壤增碳效果不明显,这与王立刚等^[37]研究结果相似。过量施肥提高以碳源为呼吸底物的土壤微生物活性,增强土壤微生物呼吸,导致土壤有机碳含量下降,土壤碳排放量增加^[38],但也有研究表明施氮能降低作物根茬C/N,加快根系分解,有助于有机碳的形成^[39],本研究中,减施氮肥0—10 cm土层的有机碳含量较传统施氮提高5.8%,相反,减施氮肥（N1）碳排放总量较传统施氮（N2）降低216 kg·hm^-2。总体来看,通过两年平均计算,免耕配合氮肥减量较其他处理碳排放总量降低489—1 917.5 kg·hm^-2,碳排放效率提高20.1%—56.2%,说明免耕减施氮肥既能提高籽粒产量,还能减少温室气体排放,具有明显的产量效益和环境效益。

3.3 耕作方式及施氮水平对玉米农田固碳及碳平衡的影响

本研究采用净生态系统生产力（NEP）作为评价农田土壤碳平衡的方法^[40]。研究表明,农艺措施通过改变影响碳排放的物理、化学和生物因子而影响土壤碳平衡,不合理的农艺方法在强化排放源的同时,可弱化吸收汇的作用^[41,42],本研究结果显示,全膜双垄沟播玉米在4种耕作方式下均能取得较高生物量,提高了农田固碳总量,提高了碳排放效率,各处理下的净生态系统生产力（NEP）均为正值,说明4种耕作方式下旱作玉米农田均表现为大气CO₂的“汇”。研究还发现由于免耕降低了碳排放总量,2018年和2019年免耕NEP为最高,较传统翻耕高21.9%。两种施氮水平下各处理NEP均大于0,表现为大气CO₂的“汇”,碳排放效率与干物质积累、生长率和净同化率呈显著正相关关系,可能是因为耕作方式和施氮促进玉米光合能力,捕获更多CO₂,提高了玉米固碳能力,这与YONG等^[14]研究结果一致。而碳排放效率与土壤有机碳呈极显著负相关关系,可能是良好的土壤环境促进根系或微生物呼吸,从而增加土壤碳排放总量。所以,以免耕为主的保护性耕作配合减氮可以提升全膜双垄沟播玉米的稳增产水平,降低碳排放,促进碳平衡。

4 结论

4.1 耕作方式及施氮水平对全膜双垄沟播玉米生长过程影响不同,免耕处理显著提高干物质积累量、生长率和净同化速率;免耕较其他耕作方式籽粒产量提高2%—15%,2019年,同一耕作方式下N1与 N2产量差异不显著。

4.2 土壤呼吸速率呈先升高后降低的单峰曲线,在大喇叭口期—开花期达到峰值。耕作方式对土壤呼吸、碳排放量及碳排放效率的影响大于施氮水平,免耕较其他耕作方式降低了土壤呼吸速率、总碳排放量,提高了碳排放效率;免耕结合传统施氮较其他模式既提高籽粒产量,又减少温室气体排放。

4.3 各处理均表现为大气CO₂的“汇”,其中免耕表现出更强的碳汇效应,其0—5 cm土层有机碳含量较传统翻耕显著增加11.3%,减施氮肥处理0—10 cm土层的有机碳含量较传统施氮提高5.8%。

4.4 全膜双垄沟播玉米碳排放效率与干物质积累量、生长率和净同化率呈显著正相关关系,玉米碳排放效率与土壤有机碳呈极显著负相关,可能是因为耕作方式和施氮促进玉米光合能力,捕获更多CO₂,提高了玉米固碳能力。

综上,在472—491 mm的年降水条件下,免耕氮肥减量（基施氮量200 kg·hm^-2）既能保持陇中旱农区全膜双垄沟播玉米稳增产水平,又能降低土壤碳排放,提高碳排放效率。

参考文献 View Option 原文顺序
文献年度倒序
文中引用次数倒序
被引期刊影响因子

[1] XU M, SHANG H. Contribution of soil respiration to the global carbon equation
Journal of Plant Physiology, 2016, 203:16-28. doi: 10.1016/j.jplph.2016.08.007.
URL [本文引用: 1]

[2] LIU C G, LI F R, ZHOU L M, FENG Q, LI X, PAN C C, WANG L, CHEN J L, LI X G, JIA Y, SIDDIQUE K H M, LI F M. Effects of water management with plastic film in a semi-arid agricultural system on available soil carbon fractions
European Journal of Soil Biology, 2013, 57:9-12. doi: 10.1016/j.ejsobi.2013.03.007.
URL [本文引用: 1]

[3] WANG Y P, LI X G, FU T T, WANG L, TURNER N C, SIDDIQUE K H M, LI F M. Multi-site assessment of the effects of plastic-film mulch on the soil organic carbon balance in semiarid areas of China
Agricultural and Forest Meteorology, 2016, 228/229:42-51. doi: 10.1016/j.agrformet.2016.06.016.
URL [本文引用: 1]

[4] XIE J H, WANG L L, LI L L, COULTER J A, CHAI Q, ZHANG R Z, LUO Z Z, CARBERRY P, RAO K P C. Subsoiling increases grain yield, water use efficiency, and economic return of maize under a fully mulched ridge-furrow system in a semiarid environment in China
Soil and Tillage Research, 2020, 199:104584. doi: 10.1016/j.still.2020.104584.
URL [本文引用: 1]

[5] LI F M, LI X G, JAVAID M M, ASHRAF M, ZHANG F. Ridge-furrow plastic film mulching farming for sustainable dryland agriculture on the Chinese loess plateau
Agronomy Journal, 2020, 112(5):3284-3294. doi: 10.1002/agj2.20310.
URL [本文引用: 1]

[6] 于爱忠, 柴强, 殷文, 胡发龙, 樊志龙, 赵财. 玉米农田土壤碳排放及碳平衡对地膜覆盖方式及种植行距的响应
中国农业科学, 2018, 51(19):3726-3735. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.19.010.
[本文引用: 1]

YU A Z, CHAI Q, YIN W, HU F L, FAN Z L, ZHAO C. Responses of soil carbon emission and carbon balance of maize field to plastic film mulching pattern and row space
Scientia Agricultura Sinica, 2018, 51(19):3726-3735. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.19.010. (in Chinese)
[本文引用: 1]

[7] PLAZA-BONILLA D, ARRÚE J L, CANTERO-MARTÍNEZ C, FANLO R, IGLESIAS A, ÁLVARO-FUENTES J. Carbon management in dryland agricultural systems. A review
Agronomy for Sustainable Development, 2015, 35(4):1319-1334. doi: 10.1007/s13593-015-0326-x.
URL [本文引用: 1]

[8] 贺美, 王迎春, 王立刚, 李成全, 王利民. 不同耕作措施对黑土碳排放和活性碳库的影响
土壤通报, 2016, 47(5):1195-1202. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2016.05.27.
[本文引用: 2]

HE M, WANG Y C, WANG L G, LI C Q, WANG L M. Effect of different tillage managements on carbon dioxide emission and content of activated carbon in black soil
Chinese Journal of Soil Science, 2016, 47(5):1195-1202. doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2016.05.27. (in Chinese)
[本文引用: 2]

[9] 张前兵, 杨玲, 张旺锋, 罗宏海, 张亚黎, 王进. 农艺措施对干旱区棉田土壤有机碳及微生物量碳含量的影响
中国农业科学, 2014, 47(22):4463-4474. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2014.22.012.
[本文引用: 1]

ZHANG Q B, YANG L, ZHANG W F, LUO H H, ZHANG Y L, WANG J. Effects of agronomic measures on soil organic carbon and microbial carbon content in cotton in arid region
Scientia Agricultura Sinica, 2014, 47(22):4463-4474. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2014.22.012. (in Chinese)
[本文引用: 1]

[10] STRUCK I J A, TAUBE F, HOFFMANN M, KLUß C, HERRMANN A, LOGES R, REINSCH T. Full greenhouse gas balance of silage maize cultivation following grassland: Are no-tillage practices favourable under highly productive soil conditions?
Soil and Tillage Research, 2020, 200:104615. doi: 10.1016/j.still.2020.104615.
URL [本文引用: 1]

[11] LAL R. Soil carbon sequestration impacts on global climate change and food security
Science, 2004, 304(5677):1623-1627. doi: 10.1126/science.1097396.
URL [本文引用: 1]

[12] WILSON H M, AL-KAISI M M. Crop rotation and nitrogen fertilization effect on soil CO₂ emissions in central Iowa
Applied Soil Ecology, 2008, 39(3):264-270. doi: 10.1016/j.apsoil.2007.12.013.
URL [本文引用: 1]

[13] XIAO H B, SHI Z H, LI Z W, WANG L, CHEN J, WANG J. Responses of soil respiration and its temperature sensitivity to nitrogen addition: A meta-analysis in China
Applied Soil Ecology, 2020, 150:103484. doi: 10.1016/j.apsoil.2019.103484.
URL [本文引用: 1]

[14] YONG P, SONG S Y, LI Z Y, LI S, CHEN G T, HU H L, XIE J L, CHEN G, LIU L, TU L H. Influences of nitrogen addition and aboveground litter-input manipulations on soil respiration and biochemical properties in a subtropical forest
Soil Biology and Biochemistry, 2020, 142:107694. Doi: 10.1016/j.soilbio.2019.107694.
URL [本文引用: 2]

[15] 樊志龙, 赵财, 刘畅, 于爱忠, 殷文, 胡发龙, 柴强. 一膜两年用少耕轮作对水氮减投小麦产量形成的促进效应
中国农业科学, 2018, 51(19):3651-3662. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.19.003.
[本文引用: 1]

FAN Z L, ZHAO C, LIU C, YU A Z, YIN W, HU F L, CHAI Q. Enhanced effect of two years plastic film mulching with reduced tillage on grain yield formation of wheat rotation under reduced irrigation and N application
Scientia Agricultura Sinica, 2018, 51(19):3651-3662. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.19.003. (in Chinese)
[本文引用: 1]

[16] 张庆忠, 吴文良, 王明新, 周中仁, 陈淑峰. 秸秆还田和施氮对农田土壤呼吸的影响
生态学报, 2005, 25(11):2883-2887. doi: 10.3321/j.issn:1000-0933.2005.11.013.
[本文引用: 1]

ZHANG Q Z, WU W L, WANG M X, ZHOU Z R, CHEN S F. The effects of crop residue amendment and N rate on soil respiration
Acta Ecologica Sinica, 2005, 25(11):2883-2887. doi: 10.3321/j.issn:1000-0933.2005.11.013. (in Chinese)
[本文引用: 1]

[17] NAN W G, YUE S C, HUANG H Z, LI S Q, SHEN Y F. Effects of plastic film mulching on soil greenhouse gases (CO₂, CH₄ and N₂O) concentration within soil profiles in maize fields on the Loess Plateau, China
Journal of Integrative Agriculture, 2016, 15(2):451-464. doi: 10.1016/S2095-3119(15)61106-6.
URL [本文引用: 1]

[18] 曹卫星. 作物栽培学总论. 2版. 北京: 科学出版社, 2011.
[本文引用: 1]

CAO W X. General Introduction of Crop Cultivation. 2nd ed. Beijing: Science Press, 2011. (in Chinese)
[本文引用: 1]

[19] 胡发龙, 柴强, 甘延太, 殷文, 赵财, 冯福学. 少免耕及秸秆还田小麦间作玉米的碳排放与水分利用特征
中国农业科学, 2016, 49(1):120-131. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2016.01.011.
[本文引用: 3]

HU F L, CHAI Q, GAN Y T, YIN W, ZHAO C, FENG F X. Characteristics of soil carbon emission and water utilization in wheat/maize intercropping with minimal/zero tillage and straw retention
Scientia Agricultura Sinica, 2016, 49(1):120-131. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2016.01.011. (in Chinese)
[本文引用: 3]

[20] WOODWELL G M, WHITTAKER R H, REINERS W A, LIKENS G E, DELWICHE C C, BOTKIN D B. The biota and the world carbon budget
Science, 1978, 199(4325):141-146. doi: 10.1126/science.199.4325.141.
URL [本文引用: 1]

[21] KUZYAKOV Y. Separating microbial respiration of exudates from root respiration in non-sterile soils: A comparison of four methods
Soil Biology and Biochemistry, 2002, 34(11):1621-1631. doi: 10.1016/S0038-0717(02)00146-3.
URL [本文引用: 1]

[22] CAI Z C, QIN S W. Dynamics of crop yields and soil organic carbon in a long-term fertilization experiment in the Huang-Huai-Hai Plain of China
Geoderma, 2006, 136(3/4):708-715. doi: 10.1016/j.geoderma.2006.05.008.
URL [本文引用: 1]

[23] 李向岭, 赵明, 李从锋, 葛均筑, 侯海鹏, 李琦, 侯立白. 播期和密度对玉米干物质积累动态的影响及其模型的建立
作物学报, 2010, 36(12):2143-2153. doi: 10.3724/SP.J.1006.2010.02143.
[本文引用: 1]
在大田条件下, 以益农103、先玉335和登海661为材料, 设置3个播种期(5月3日,5月28日,6月22日)和4个密度处理(4.5万株 hm^-2,6.0万株 hm^-2,7.5万株 hm^-2,9.0万株 hm^-2), 测定其干物质积累动态和产量, 分析播期、密度和玉米群体干物质积累动态特征的关系及其积温模型。结果表明: (1)将3个播期玉米不同处理的最大群体干物质积累和出苗至成熟的积温分别定为1, 建立了相对群体干物质积累和相对积温的Richards模拟模型, 方程式为y = 1.1044/(1+e^2.0253^-^5.1927x)^1/0.4448, r=0.9950^**。(2)方程参数a值(终极生长量参数)基本为1；b值(初值生长量参数)和c值(生长速率参数)在播期、品种间变异较大, 密度间变异较小；d值(形状参数)在播期、品种和密度间变异较小, 可见播期主要通过调节参数b、c值来实现对整个方程的调控。应用2008年本试验和另一试验的数据对模型进行验证,模拟准确度(以k表示)均在1.0486^**以上；精确度(以R²表示)均在0.9534^**以上。(3)拔节期至蜡熟期是玉米群体干物质积累变化速率对密度的敏感反应期；晚播玉米所需积温在群体干物质积累变化速率的缓慢增加和下降阶段逐渐减少,在快速增加阶段逐渐增加。全生育期的群体干物质积累平均速率表现为先玉335&gt;登海661&gt;益农103；且早播&gt;中播&gt;晚播；密度越高群体干物质积累平均速率越大, 达到显著水平。
LI X L, ZHAO M, LI C F, GE J Z, HOU H P, LI Q, HOU L B. Effect of sowing-date and planting density on dry matter accumulation dynamic and establishment of its simulated model in maize
Acta Agronomica Sinica, 2010, 36(12):2143-2153. doi: 10.3724/SP.J.1006.2010.02143. (in Chinese)
[本文引用: 1]
在大田条件下, 以益农103、先玉335和登海661为材料, 设置3个播种期(5月3日,5月28日,6月22日)和4个密度处理(4.5万株 hm^-2,6.0万株 hm^-2,7.5万株 hm^-2,9.0万株 hm^-2), 测定其干物质积累动态和产量, 分析播期、密度和玉米群体干物质积累动态特征的关系及其积温模型。结果表明: (1)将3个播期玉米不同处理的最大群体干物质积累和出苗至成熟的积温分别定为1, 建立了相对群体干物质积累和相对积温的Richards模拟模型, 方程式为y = 1.1044/(1+e^2.0253^-^5.1927x)^1/0.4448, r=0.9950^**。(2)方程参数a值(终极生长量参数)基本为1；b值(初值生长量参数)和c值(生长速率参数)在播期、品种间变异较大, 密度间变异较小；d值(形状参数)在播期、品种和密度间变异较小, 可见播期主要通过调节参数b、c值来实现对整个方程的调控。应用2008年本试验和另一试验的数据对模型进行验证,模拟准确度(以k表示)均在1.0486^**以上；精确度(以R²表示)均在0.9534^**以上。(3)拔节期至蜡熟期是玉米群体干物质积累变化速率对密度的敏感反应期；晚播玉米所需积温在群体干物质积累变化速率的缓慢增加和下降阶段逐渐减少,在快速增加阶段逐渐增加。全生育期的群体干物质积累平均速率表现为先玉335&gt;登海661&gt;益农103；且早播&gt;中播&gt;晚播；密度越高群体干物质积累平均速率越大, 达到显著水平。

[24] 谢军红, 张仁陟, 李玲玲, 罗珠珠, 蔡立群, 柴强. 耕作方法对黄土高原旱作玉米产量和土壤水温特性的影响
中国生态农业学报, 2015, 23(11):1384-1393. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.150021.
[本文引用: 1]

XIE J H, ZHANG R Z, LI L L, LUO Z Z, CAI L Q, CHAI Q. Effect of different tillage practice on rain-fed maize yield and soil water/temperature characteristics in the Loess Plateau
Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2015, 23(11):1384-1393. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.150021. (in Chinese)
[本文引用: 1]

[25] UWAMUNGU J Y, NARTEY O D, UWIMPAYE F, DONG W X, HU C S. Evaluating biochar impact on topramezone adsorption behavior on soil under no-tillage and rotary tillage treatments: Isotherms and kinetics
International Journal of Environmental Research and Public Health, 2019, 16(24):5034. doi: 10.3390/ijerph16245034.
URL [本文引用: 1]

[26] 赵亚丽, 刘卫玲, 程思贤, 周亚男, 周金龙, 王秀玲, 张谋彪, 王群, 李潮海. 深松(耕)方式对砂姜黑土耕层特性、作物产量和水分利用效率的影响
中国农业科学, 2018, 51(13):2489-2503. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.13.005.
[本文引用: 1]

ZHAO Y L, LIU W L, CHENG S X, ZHOU Y N, ZHOU J L, WANG X L, ZHANG M B, WANG Q, LI C H. Effects of pattern of deep tillage on topsoil features, yield and water use efficiency in lime concretion black soil
Scientia Agricultura Sinica, 2018, 51(13):2489-2503. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.13.005. (in Chinese)
[本文引用: 1]

[27] 颉健辉, 李玲玲, 谢军红, 彭正凯, 邓超超, 沈吉成, 王进斌, Eunice Essel. 氮肥运筹对旱作覆膜玉米产量及固碳减排效应研究
中国土壤与肥料, 2019(6):134-141. doi: 10.11838/sfsc.1673-6257.19002.
[本文引用: 1]

XIE J H, LI L L, XIE J H, PENG Z K, DENG C C, SHEN J C, WANG J B, ESSEL E. Effects of nitrogen fertilizer management on yield, carbon sequestration and emission reduction of dryland mulched maize
Soils and Fertilizers Sciences in China, 2019(6):134-141. doi: 10.11838/sfsc.1673-6257.19002. (in Chinese)
[本文引用: 1]

[28] 周宝元, 孙雪芳, 丁在松, 马玮, 赵明. 土壤耕作和施肥方式对夏玉米干物质积累与产量的影响
中国农业科学, 2017, 50(11):2129-2140. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.11.018.
[本文引用: 1]

ZHOU B Y, SUN X F, DING Z S, MA W, ZHAO M. Effect of tillage practice and fertilization on dry matter accumulation and grain yield of summer maize (Zea mays L.)
Scientia Agricultura Sinica, 2017, 50(11):2129-2140. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.11.018. (in Chinese)
[本文引用: 1]

[29] 邵国庆, 李增嘉, 宁堂原, 张民, 江晓东, 王芸, 赵建波, 吕美蓉, 赵杰. 不同水分条件下常规尿素和控释尿素对玉米根冠生长及产量的影响
作物学报, 2009, 35(1):118-123. doi: 10.3724/SP.J.1006.2009.00118.
[本文引用: 1]

SHAO G Q, LI Z J, NING T Y, ZHANG M, JIANG X D, WANG Y, ZHAO J B, (LÜ/LV/LU/LYU) M R, ZHAO J. Effects of normal urea and release-controlled urea on root and shoot growth and yield of maize in different water conditions
Acta Agronomica Sinica, 2009, 35(1):118-123. doi: 10.3724/SP.J.1006.2009.00118. (in Chinese)
[本文引用: 1]

[30] HAN G X, ZHOU G S, XU Z Z, YANG Y, LIU J L, SHI K Q. Soil temperature and biotic factors drive the seasonal variation of soil respiration in a maize (Zea mays L.) agricultural ecosystem
Plant and Soil, 2007, 291(1):15-26. doi: 10.1007/s11104-006-9170-8.
URL [本文引用: 1]

[31] 张俊清, 朱平, 张夫道. 有机肥和化肥配施对黑土有机氮形态组成及分布的影响
植物营养与肥料学报, 2004, 10(3):245-249.
[本文引用: 1]

ZHANG J Q, ZHU P, ZHANG F D. Effect of organic manure and chemical fertilizer combined application on the form and distribution of organic nitrogen of black soil
Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2004, 10(3):245-249. (in Chinese)
[本文引用: 1]

[32] 郑洪兵, 刘武仁, 罗洋, 李瑞平, 李伟堂, 王浩, 郑金玉. 耕作方式对农田土壤水分变化特征及水分利用效率的影响
水土保持学报, 2018, 32(3):264-270. doi: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2018.03.040.
[本文引用: 1]

ZHENG H B, LIU W R, LUO Y, LI R P, LI W T, WANG H, ZHENG J Y. Effect of different tillage methods on soil water content and water use efficiency in cropland
Journal of Soil and Water Conservation, 2018, 32(3):264-270. doi: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2018.03.040. (in Chinese)
[本文引用: 1]

[33] OHWAKI A. Ground arthropod communities in paddy fields during the dry period: Comparison between different farming methods. Journal of
Asia-Pacific Entomology, 2015, 18(3):413-419. doi: 10.1016/j.aspen.2015.05.001.
[本文引用: 1]

[34] PAUSTIAN K, SIX J, ELLIOTT E T, HUNT H W. Management options for reducing CO₂ emissions from agricultural soils
Biogeochemistry, 2000, 48(1):147-163. doi: 10.1023/A:1006271331703.
URL [本文引用: 1]

[35] LIU Y, YANG L, GU D D, WU W, WEN X X, LIAO Y C. Influence of tillage practice on soil CO₂ emission rate and soil characteristics in a dryland wheat field
International Journal of Agriculture & Biology, 2013, 15(4):680-686.
[本文引用: 1]

[36] WANG H, WANG S L, YU Q, ZHANG Y J, WANG R, LI J, WANG X L. No tillage increases soil organic carbon storage and decreases carbon dioxide emission in the crop residue-returned farming system
Journal of Environmental Management, 2020, 261:110261. doi: 10.1016/j.jenvman.2020.110261.
URL [本文引用: 1]

[37] 王立刚, 邱建军, 马永良, 王迎春. 应用DNDC模型分析施肥与翻耕方式对土壤有机碳含量的长期影响
中国农业大学学报, 2004, 9(6):15-19. doi: 10.3321/j.issn:1007-4333.2004.06.004.
[本文引用: 1]

WANG L G, QIU J J, MA Y L, WANG Y C. Apply DNDC model to analysis long-term effect of soil organic carbon content under different fertilization and plough mode
Journal of China Agricultural University, 2004, 9(6):15-19. doi: 10.3321/j.issn:1007-4333.2004.06.004. (in Chinese)
[本文引用: 1]

[38] KHAN S A, MULVANEY R L, ELLSWORTH T R, BOAST C W. The myth of nitrogen fertilization for soil carbon sequestration
Journal of Environmental Quality, 2007, 36(6):1821-1832. doi: 10.2134/jeq2007.0099.
URL [本文引用: 1]

[39] PAMPOLINO M F, LAURELES E V, GINES H C, BURESH R J. Soil carbon and nitrogen changes in long-term continuous lowland rice cropping
Soil Science Society of America Journal, 2008, 72(3):798-807. doi: 10.2136/sssaj2006.0334.
URL [本文引用: 1]

[40] LUO Q P, GONG J R, YANG L L, LI X B, PAN Y, LIU M, ZHAI Z W, BAOYIN T T. Impacts of nitrogen addition on the carbon balance in a temperate semiarid grassland ecosystem
Biology and Fertility of Soils, 2017, 53(8):911-927. doi: 10.1007/s00374-017-1233-x.
URL [本文引用: 1]

[41] 张晓丽, 孔凡磊, 刘晓林, 胡立峰, 李玉义. 生物质改良剂对川西北地区高寒草地沙化土壤有机碳特征的影响
中国生态农业学报(中英文), 2019, 27(11):1732-1743. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.190248.
[本文引用: 1]

ZHANG X L, KONG F L, LIU X L, HU L F, LI Y Y. Effects of different biomass amendments on soil organic carbon characteristics in alpine desertification grassland of Northwest Sichuan
Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2019, 27(11):1732-1743. doi: 10.13930/j.cnki.cjea.190248. (in Chinese)
[本文引用: 1]

[42] 李银坤, 陈敏鹏, 夏旭, 梅旭荣, 李昊儒, 郝卫平. 不同氮水平下夏玉米农田土壤呼吸动态变化及碳平衡研究
生态环境学报, 2013, 22(1):18-24. doi: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2013.01.013.
[本文引用: 1]

LI Y K, CHEN M P, XIA X, MEI X R, LI H R, HAO W P. Dynamics of soil respiration and carbon balance of summer-maize field under different nitrogen addition
Ecology and Environmental Sciences, 2013, 22(1):18-24. doi: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2013.01.013. (in Chinese)
[本文引用: 1]