秸秆还田、一膜两年用及间作对农田碳排放的短期效应*

殷 文史倩倩郭 瑶 冯福学 赵 财 于爱忠 柴 强（甘肃省干旱生境作物学重点实验室/甘肃农业大学农学院 兰州 730070）



秸秆还田、一膜两年用及间作对农田碳排放的短期效应*

殷 文†史倩倩†郭 瑶 冯福学 赵 财 于爱忠 柴 强**
（甘肃省干旱生境作物学重点实验室/甘肃农业大学农学院 兰州 730070）

摘 要针对作物高产模式碳排放高、生产实践中缺乏减排理论和技术问题， 通过田间试验， 探讨了不同秸秆还田方式、地膜一膜两年用及间作对小麦、玉米农田碳排放特征的影响， 以期为碳减排种植模式及配套技术的构建提供理论与实践依据。结果表明， 间作具有显著的碳减排作用， 与传统单作小麦、玉米相比， 小麦||玉米间作全生育期平均碳排放总量减少279～876 kg·hm-2， 减幅达5.1%～16.0%，达到显著性差异。免耕秸秆还田及免耕一膜两年用可降低次年农田土壤的碳排放， 免耕秸秆还田单作小麦较传统翻耕处理CO2排放显著减少648～966 kg·hm-2， 减幅21.3%～31.8%； 免耕一膜两年用单作玉米较翻耕覆新膜传统处理碳减排632 kg·hm-2，减幅10.0%， 差异显著。小麦秸秆还田及地膜两年用集成应用于小麦间作玉米进一步提高了间作的碳减排效应，与传统间作处理（CTI1）相比， 间作小麦高留茬免耕结合一膜两年用处理（NTSSI2）和小麦秸秆还田覆盖结合一膜两年用处理（NTSI2）的碳排放总量分别降低471 kg·hm-2与518 kg·hm-2， 降幅分别为9.2%与10.1%， 达到显著水平； NTSSI2和NTSI2的总固碳量/土壤呼吸释放总碳量（NPPC/Ras）值分别为13.7与14.0， 较CTI1分别高19.1% 与21.7%， 即NTSI2减排、碳汇潜力更为突出。因此， 小麦高茬25～30 cm秸秆覆盖免耕结合一膜两年用间作（NTSI2）可作为干旱绿洲灌区碳减排、碳增汇高效农作制模式。

关键词秸秆还田 地膜两年用 小麦||玉米间作 碳排放 碳平衡

土壤生态系统为植物生长发育提供养分和水分的同时大量排放CO2［1］， 相关资料显示， 大气中每年约有5%～20%的CO2直接来源于土壤［2］， 而农田则为主要排放源［3］， 采取有效种植模式及耕作措施减少农田CO2排放是农业可持续发展的重要研究课题。生产实践证明， 间作为资源需求特性不同的作物提供了从时间和空间立体利用生态位的基础［4］， 促成了种间互补对相关资源的高效利用［5］， 从而为提高产量［6］和有效减少农田土壤碳排放奠定了基础［7-8］。小麦间作玉米是我国典型的高产多熟种植模式， 为保证我国粮食安全做出了重要贡献［9］， 但其规模化应用面临高产与减排如何协调的挑战。相关研究表明，保护性耕作作为一种实现农业可持续发展的重要耕作措施［10］， 可显著减少农田土壤碳排放［8，11］、增加农田CO2截存和固持［12］， 但该技术应用于间作中的研究鲜见报道， 使得间作与保护性耕作集成应用增产、减排的优势未能发挥出来。另一方面， 随干旱胁迫和粮食需求压力的增大， 地膜覆盖作为保水、增温、高产的栽培技术， 得到了规模化推广应用［13-14］，但地膜覆盖增大碳投入和能源消耗并产生碳排［15］的事实， 使得地膜减量化作物生产技术研发亟待深入。纵观低投、碳减排作物生产理论和技术研究进展发现， 将间作、保护性耕作和地膜减量化技术集成于同一模式的研究少见报道， 使得生产实践中缺乏构建基于间作高产和低投减排型农作制模式的理论依据。为此， 本研究以小麦间作玉米为基础， 集成秸秆还田、地膜两年用和免耕技术， 探讨复合农艺措施对农田碳排放特征的影响， 以期为绿洲灌区建立高产、低排放农作制模式提供实践与理论依据。

1　材料与方法

1.1 试验区概况

本研究在甘肃农业大学绿洲农业科研教学基地（103°5＇E， 37°30＇N）进行。试验区位于河西走廊东端，属寒温带干旱气候区， 海拔1 506 m， 无霜期约155 d，多年平均降雨量约156 mm、年蒸发量约2 400 mm，年平均气温7.2 ℃， ≥10 ℃积温2 985.4 ℃； 日照时数2 945 h； 0～30 cm土壤全氮0.68 g·kg-1、全磷1.41 g·kg-1、有机质14.31 g·kg-1， 适于发展间作套种。小麦间作玉米是该区主要的间作模式， 传统栽培中秸秆不还田、每年翻耕、玉米带覆盖地膜。2014年度试验期内， 小麦播种到收获期降水量为100.9 mm， 玉米播种到收获期降水量为241.7 mm。

1.2 试验设计

2013年布置预备试验， 2014年进行正式试验。试验采用3因素随机区组设计， 3因素分别为种植模式（单作小麦、单作玉米、小麦间作玉米）、小麦秸秆处理方式（25～30 cm高茬收割免耕、25～30 cm高等量秸秆覆盖免耕、低茬收割翻耕）和地膜覆膜方式（传统耕作地膜一年用、免耕地膜两年用）， 共组成8个处理， 每处理3次重复， 处理代码及不同处理的操作规范见表1。

小麦（Triticum aestivum）品种为‘宁春4号’， 玉米（Zea mayz）品种为‘先玉335’。小麦3月21日播种， 7 月24日收获； 玉米4月25日播种， 10月1日收获。单作小麦密度675.0万株·hm-2， 单作玉米密度8.25万株·hm-2， 玉米覆膜。间作带宽160 cm， 两种作物各占80 cm； 小麦每带种6行， 行距12 cm， 播种密度375.0万株·hm-2； 玉米种2行， 行距40 cm， 株距24 cm， 播前覆膜， 播种密度5.25万株·hm-2， 每个小区种3个自然带， 小区面积48 m2。

单作小麦施纯氮225 kg·hm-2和P2O5150 kg·hm-2，全作基肥； 单作玉米， 纯氮450 kg·hm-2， 按基肥︰大喇叭口期追肥︰灌浆期追肥=3︰6︰1分施， P2O5225 kg·hm-2全作基肥； 间作小麦带施纯氮225 kg·hm-2，P2O5150 kg·hm-2， 全作基肥； 玉米带施纯氮450 kg·hm-2，基肥、追肥比例同单作玉米， P2O5225 kg·hm-2， 全作基肥。

表1　处理代码及其操作规范Table 1　Treatment codes and operation specification

1.3 测定指标及方法

1.3.1 土壤呼吸速率(Rs)

用土壤呼吸测定系统LI-8100A （LI-COR， USA）及其自带20 cm直径呼吸室测定。测定时将呼吸室置于小区小麦、玉米行间， 收集从土壤释放的CO2，每点测定5个值， 测定时间为180 s。日变化的测定时间为8：00—20：00， 每间隔2 h测定一次， 一天内共测定7次； 季节变化的测定根据作物生育期进行，全生育期内共测定9次， 其数据为一天内的平均值。对玉米带测定前12 h， 将玉米地膜揭出呼吸室边缘大小的裸区， 让膜内累积的CO2排出， 测定时视为玉米带土壤的呼吸值。间作呼吸速率为两种作物带呼吸速率的均值； 早播作物收获后， 将该作物裸地带呼吸速率与晚播作物的平均值视为整个小区的CO2呼吸值（μmol·m-2·s-1）。CO2累积排放量计算公式如下［16］：

式中： Rs为CO2排放速率， i+1与i表示两次相邻的测量， t表示播种后天数， 0.158 4为将碳排放数值单位µmol（CO2）·m-2·s-1转换为g（CO2）·m-2·h-1的系数，0.272 7为（CO2）·m-2·h-1转换为g（C）·m-2·h-1的系数，10与24为将碳排放数值单位由g（C）·m-2·h-1转换为kg（C）·hm-2的系数。

1.3.2 植物样品的采集与测定

地上部干物质量每20 d取样一次， 每小区小麦取20株， 玉米取10株， 105 ℃杀青2 h， 80 ℃烘干至衡重后测定。地下部生物量分别在小麦、玉米成熟期采用挖掘剖面法取样， 其中间作剖面长、宽、深分别为50 cm、80 cm、100 cm， 单作小麦与玉米的剖面长、宽、深分别为50 cm、40 cm、100 cm， 取出土样装入孔径为200目的尼龙网中用清水浸泡数小时后冲洗， 捡出根系后再用清水漂洗， 烘干后称取干重。

1.3.3 农田生态系统碳平衡测算

用净生态系统生产力（NEP）来表示生态系统的碳平衡： NEP=NPPC-Rm［17］。其中， NPP为净初级生产力， 本研究中以作物地上部与根部的总固碳量作为NPP［18］， 即NPPC； Rm为土壤微生物异氧呼吸碳释放量， Rm=Ras×0.865， Ras为作物生长季土壤呼吸释放总碳量［19］。NEP为正值时， 表示该系统是大气CO2的吸收“汇”， 反之为排放“源”。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， 由此可计算出初级生产力NPP固碳量（NPPC）； 根据已有研究， NPPC/Ras表示生态系统土壤的固碳潜力， 其值越大， 表明固碳潜力越强。

1.4 数据统计分析

试验数据采用Microsoft Excel 2007进行整理汇总， 用SPSS 17.0软件进行显著性检验。

2　结果与分析

2.1 小麦、玉米单作与间作农田土壤CO2排放通量的季节动态

2.1.1 覆盖及种植模式对土壤CO2排放季节动态的影响

如图1， 立茬免耕（NTSSW）、传统耕作（CTW）单作小麦及单作与间作玉米全生育期土壤CO2排放呈单峰型变化趋势， 秸秆覆盖免耕（NTSW）及小麦立茬免耕与玉米一膜覆两年间作（NTSSI2）与小麦秸秆覆盖与玉米一膜覆两年间作（NTSI2）小麦带呈双峰型变化。小麦在开花期的CO2排放通量最高，NTSSW与NTSW的碳排放通量显著低于CTW， 分别低10.6%、30.7%； NTSSI2与NTSI2中小麦带碳排放通量显著低于传统耕作（CTI1）， 分别低17.9%、27.8%。单作与间作玉米在玉米吐丝期的CO2排放通量最高， 地膜两年用单作玉米排放通量较每年覆新膜低14.3%； NTSSI2与NTSI2玉米带中的排放通量比CTI1分别低6.1%、5.6%， 达到显著水平。说明小麦秸秆还田与玉米带一膜两年用栽培措施具有降低农田土壤CO2最大排放通量的作用。

图1　不同处理小麦、玉米单作及间作全生育期内土壤CO2排放通量的季节变化Fig. 1　Seasonal variations of soil CO2 emission flux of wheat and maize in monoculture and intercropping systems under different treatments during whole growth period“小麦||玉米间作”图中， W为小麦带， M为玉米带。下同。In figure of wheat/maize intercropping， “W” mean wheat strip， “M”means maize strip. The same below.

以小麦带、玉米带排放通量的平均值作为间作排放通量进行比较发现， NTSSI2与NTSI2全生育期的平均排放通量分别较CTI1降低9.8%、13.6%； 与相应单作全生育期排放通量的平均值相比， NTSSI2、NTSI2、CTI1分别低12.8%、16.5%、3.3%。说明小麦秸秆免耕还田与玉米地膜两年用栽培措施集成到间作具有降低农田土壤CO2排放通量的作用， 且NTSI2处理的减排潜力最为突出。

2.1.2 不同处理高排放强度的持续天数

将CO2日排放通量高于5 μmol·m-2·s-1定义为高排放日， 排放量在3～5 μmol·m-2·s-1定义为中等排放日。研究发现， CTW高排放天数为27 d， 分别较NTSSW、NTSW多18 d、27 d， 但CTW中等排放天数较NTSSW、NTSW少15 d、24 d； 间作中， 与NTSSI2、NTSI2小麦带排放通量相比， CTI1高排放天数（15 d）分别多15 d、15 d， 中等排放天数（39 d）分别少17 d、18 d； NTSSI2、NTSI2和CTI1处理小麦带高排放的天数分别较CTW少27 d、27 d和12 d， 说明间作及免耕秸秆覆盖可减少小麦生育期内农田高强度CO2排放通量的持续天数。传统耕作单作玉米（SM1）高排放天数为60 d， 较免耕一膜两年单作玉米（SM2）多17 d； SM1中等排放天数45 d， 较SM2多7 d，即免耕一膜两年用可降低高排放持续天数。CTI1比NTSSI2、NTSI2中玉米带高排放天数（52 d）分别多13 d和17 d， CTI1较NTSSI中等排放天数（33 d）少14 d、较NTSI2多1 d。与SM1相比， NTSSI2、NTSI2和CTI1玉米带高排放天数分别少20 d、25 d和7 d，说明间作及地膜两年用栽培措施可减少玉米带农田高强度CO2排放通量的持续天数。不同间作模式间相比， NTSSI2和NTSI2处理CO2高排放天数分别比CTI1少15 d和20 d， 中等排放天数， NTSSI2比CTI1多11 d、NTSI2少2 d， 即小麦秸秆覆盖、免耕和一膜两年用具有降低间作CO2排放的优势。

2.2 小麦、玉米单作与间作农田土壤CO2排放通量的日变化特征

2.2.1 覆盖方式对农田土壤CO2排放通量日变化的影响

作物全生育期内不同处理农田土壤CO2排放通量在测定时间8：00—20：00内总体呈低-高-低的单峰型变化趋势（图2）。单作小麦土壤CO2排放通量平均在12：00达到最高， 以传统耕作农田土壤CO2排放通量最大， 为4.60 μmol·m-2·s-1。单作玉米及间作小麦、玉米中， 土壤CO2排放通量均在14：00达到最高， 且均为传统耕作CO2排放通量最大， 分别为5.19 μmol·m-2·s-1、3.57 μmol·m-2·s-1和3.85 μmol·m-2·s-1。

2.2.2 不同处理一天内不同排放通量的持续时间

作物全生育期内， NTSSW、NTSW一天内土壤CO2排放通量高于4 μmol·m-2·s-1的持续时间比CTW均多5 h； 在3～4 μmol·m-2·s-1的持续时间分别比CTW少1.9 h和3.6 h； CTI1比NTSSI2小麦带排放通量高于3 μmol·m-2·s-1的持续时间（1.9 h）少0.6 h， 而比NTSI2小麦带排放通量多1.9 h； NTSSI2、NTSI2、CTI1小麦带高于3 μmol·m-2·s-1的持续时间比CTW分别少9.5 h、12.0 h和10.1 h， 说明间作及免耕秸秆覆盖措施可减少同一天小麦带土壤高强度CO2排放通量的持续时间。SM1高于4 μmol·m-2·s-1的持续时间（5.3 h）比SM2多1.8 h， 在3～4 μmol·m-2·s-1的持续时间（5.8 h）少2.3 h， 即一膜两年用可减少玉米农田土壤CO2高排放通量的持续时间。CTI1中玉米带高于3 μmol·m-2·s-1的持续时间（8 h）比NTSSI2、NTSI2分别多4.2 h、3 h， 2～3 μmol·m-2·s-1的持续时间（4 h）比NTSSI2、NTSI2分别少4.2 h、3 h； 与SM1相比，NTSSI2、NTSI2、CTI1玉米带高于3 μmol·m-2·s-1的持续时间分别少5.4 h、6.1 h、4.1 h， 说明间作及地膜两年用可减少同一天玉米带土壤高强度CO2排放通量的持续时间。间作模式间相比， NTSSI2和NTSI2高于3 μmol·m-2·s-1的持续时间分别比CTI1少0.6 h 和1.5 h， 即免耕秸秆覆盖与一膜两年用具有降低间作CO2高排放的优势。

图2　不同处理小麦、玉米单作及间作全生育期内土壤CO2排放通量的日变化Fig. 2　Diurnal variations of soil CO2 emission flux of wheat and maize in monoculture and intercropping systems under different treatments during whole growth period

2.3 不同单作与间作处理农田土壤CO2总排放量的差异

2.3.1 不同种植模式农田土壤CO2的总排放量

间作可降低农田总CO2排放量（图3）。小麦收获前， 间作中小麦带碳排放总量显著低于CTW， 玉米带碳排放总量显著低于SM1， 分别降低10.8%～34.1%与8.4%～33.7%， 间作群体较传统单作处理平均减排288～1 020 kg·hm-2， 减幅为9.6%～34.0%。小麦收获后， 与CTW相比， NTSI2中小麦带升高13.5%，CTI1中小麦带降低16.0%， 均达到显著性水平；NTSSI2和CTI1的总排放量较传统单作处理平均分别降低73 kg·hm-2和70 kg·hm-2， 降低比例为2.9%和2.8%， 但NTSI2提高143 kg·hm-2， 提高比例为5.8%。全生育期内， 间作总排放量较传统单作平均减排279～876 kg·hm-2， 减幅为5.1%～16.0%， 差异显著。

2.3.2 覆盖方式对农田土壤CO2总排放量的影响

比较同种种植模式不同覆盖方式农田土壤CO2总排放量发现， 小麦收获前， 与CTW处理相比， 单作小麦NTSSW、NTSW处理土壤CO2总排放量分别降低648 kg·hm-2和966 kg·hm-2， 降低比例为21.3%和31.8%， 达显著水平（图3）； 间作模式中，NTSSI2、NTSI2比CTI1中小麦带分别减排481 kg·hm-2、711 kg·hm-2， 减幅为17.7%、26.2%， 玉米带分别减排454 kg·hm-2和752 kg·hm-2， 减幅为16.7%和27.7%，间作群体分别减排468 kg·hm-2和731 kg·hm-2， 减幅为17.2%和26.9%， 均达到显著水平。小麦收获后，单作与间作小麦中秸秆覆盖处理高于传统耕作， 玉米带中差异不显著。全生育期内， SM2较SM1减排632 kg·hm-2， 降幅为10.0%； NTSSI2和NTSI2比CTI1分别减排471 kg·hm-2和518 kg·hm-2， 减幅为9.2% 和10.1%， 均达到显著性差异。说明作物生育期内，小麦秸秆免耕覆盖、一膜覆两年栽培措施， 及二者的集成模式均具有降低农田土壤CO2总排放量的优势， 其中以NTSI2的碳减排潜力最大。

2.4 不同处理作物生长期内的农田碳收支特征

免耕秸秆覆盖及一膜两年用耕作措施下， 各处理的NEP值均为正值， 农田生态系统能够固定大气中的CO2， 表现为吸收“汇”（表2）。不同种植模式下NEP值总体表现为： 间作＞单作玉米＞单作小麦，NTSSI2、NTSI2和CTI1的NEP值较传统单作处理平均分别高43.1%、43.6%和33.9%， 达到显著差异。说明集成免耕秸秆覆盖与地膜两年用栽培措施表现出较强的碳汇潜力。间作模式中， NTSI2的NPPC/Ras值最高， 较CTI1高21.7%， 表明其固碳潜力最强， 因此，免耕秸秆覆盖结合一膜两年用具有增强农田土壤碳汇的作用， 为试区内可采取的适宜耕作措施。

图3　不同处理单作和间作小麦、玉米生长期内土壤碳排放总量Fig. 3　Total soil carbon emission of wheat and maize in monoculture and intercropping systems under different treatments不同字母处理间表示0.05水平差异显著。Different letters indicate significant difference among treatments at 0.05 probability level.

表2　不同处理单作和间作小麦、玉米生长期内的农田碳收支特征Table 2　Farmland carbon budget during the crop growth period of monoculture and intercropping systems of wheat and maize under different treatments

3　讨论

3.1 土壤碳排放对不同种植模式的响应

间套作由于不同作物在形态、生态型和生育期上的错位搭配形成了在时间、空间和生育期上的生态位互补［5，6］， 可增加土壤有机碳含量， 较单作模式可降低农田碳排放， 如Chai等［7］研究表明， 小麦||玉米间作系统的农田碳排放较单作玉米显著降低24%。本研究中证实了相关结论， 间作较单作玉米农田碳排放降低20%。另外， 小麦||玉米间作模式中，玉米作为一种高效生产的C4作物， 在单作模式下生育期内碳排放总量要显著高于小麦［8，20］， 若将玉米与小麦组配在间作中， 即C4与C3作物组合， 由于间作复合群体种间相互作用， 玉米生长受到部分抑制，其生长带内土壤呼吸速率明显降低， 间作小麦、玉米较相应单作减排效应明显， 这与Qin等［20］研究一致。间作玉米较单作玉米能够显著降低农田碳排放，由于间作模式作为一种提高作物生产效率与减少农田碳排放的广泛栽培模式， 因此， 更加系统地研究间作种植模式的农田碳排放机制对于农田碳减排至关重要。

3.2 耕作措施及覆盖方式与土壤碳排放的相关性

由于农田土壤是陆地碳循环中最大的碳库， 土壤呼吸是农田碳库向大气碳库输入的主要途径， 土壤呼吸速率的变化对全球气候变暖存在较大影响［21］。因此， 深入研究土壤耕作措施和覆盖方式对土壤呼吸排放特征的影响， 对制定科学有效的土壤耕作方式及土壤碳调控管理措施具有重要意义。研究表明，耕作方式和秸秆覆盖对农田土壤呼吸存在显著影响［8］。相比保护性耕作， 传统耕作由于对土壤的扰动频繁， 增强了土壤通气， 土壤微生物较为活跃， 其农田土壤呼吸速率显著高于旋耕和免耕［22］， 而深松耕的土壤呼吸速率又显著高于翻耕处理［23］。秸秆翻埋还田可以提高土壤呼吸速率［24］， 且随着秸秆还田量的增加， 土壤碳排放通量显著增加［25］； 而秸秆覆盖则降低了土壤呼吸速率［8］。另有研究表明， 尽管小麦间作玉米模式可降低农田碳排放， 但玉米带碳排放仍然显著高于与之相邻的小麦带［8］， 因为玉米带地膜覆盖能显著增加土壤 CO2释放［15］， 采用保护性耕作是实现碳排减少的可行途径， 因此， 本研究将免耕地膜两年用耕作措施应用于单作玉米与小麦间作玉米模式中， 研究了不同秸秆和一膜两年用覆盖方式对单作、间作农田土壤碳排放的影响， 表明免耕秸秆覆盖与一膜两年用覆盖方式明显降低了单作农田CO2减排总量， 将两者集成应用于间作模式减排效应更突出。本研究中间作采用带状不同覆盖措施， 有效协调了不同带内对保护性耕作的应用， 使间作与保护性耕作得到有机结合， 对协调系统减排降耗具有明显效果， 值得研究者关注。

3.3 秸秆覆盖、地膜两年用与间作对土壤碳排放的综合效应

已有研究表明， 集成应用免耕和秸秆还田措施对协调小麦玉米间作系统提高产量、降低碳排具有重要作用， 不仅是促增产的有效保障更是减碳排的有力措施［8］。其中， 小麦秸秆免耕覆盖集成在间作模式中对碳减排作用最大， 已成为该区小麦||玉米间作系统中集成应用保护性耕作技术的主要措施，以保证作物增产的同时减少碳排， 降低农业生产对环境造成的负面影响［8］。前人研究表明， 土壤温度直接影响微生物和植物呼吸酶的活性， 从而影响土壤的呼吸速率［26］， 免耕秸秆覆盖技术通过有效改善土壤结构， 降低土壤温度， 进而降低了土壤CO2排放通量［27］。本研究将免耕小麦秸秆覆盖、一膜两年用两种不同耕作措施集成在间作模式， 必然会引起不同条带土壤温度及不同作物生长发育的差异［28］，其适应特性也随所在环境的变化而变化［29-30］， 必然会引起土壤呼吸差异， 其主要表现在碳排放通量的季节与日变化差异。本研究表明， 集秸秆覆盖与地膜两年用于一体间作较传统间作模式明显降低了农田碳排放总量， 主要因为集成模式减少作物生育期内高强度CO2排放通量的持续天数及同一天内的持续时间。NTSSI由于秸秆立茬， 不能在地表或表土层直接形成秸秆物理隔层， 对土壤温度降低作用不明显， 因而对抑制土壤呼吸、减少土壤碳排的效果稍弱于NTSI， 即NTSI处理的减排效应最为突出。

已有学者从碳固定与排放的角度研究得出轮作模式农田生态系统表现为CO2吸收“汇”［31］， 但有关间作模式农田碳平衡问题鲜见报道。本研究免耕秸秆覆盖与一膜两年用间作农田生态系统是大气CO2的吸收“汇”， 表现出较强的固碳潜力， 因为秸秆覆盖增加了秸秆的投入量， 从而实现农田固碳增“汇”的目的。

免耕秸秆覆盖与一膜两年用应用于小麦间作玉米中碳减排效应显著， 推荐集成应用秸秆覆盖和地膜两年用作为该区间作的主导模式， 从而稳固系统碳减排与高产的协同促进。另外， 间作采用小麦带秸秆覆盖及玉米带地膜两年用， 使间作与保护性耕作得以结合， 有效协调了不同带内对保护性耕作的应用， 因此， 集免耕秸秆覆盖与地膜两年用于一体的小麦间作玉米可作为一种高产、高效的减排模式进一步深入研究。

4　结论

小麦间作玉米可降低农田土壤CO2总排放量，比传统单作的平均减排279～829 kg·hm-2， 减幅为5.1%～16.0%， 以集成免耕秸秆覆盖及一膜两年用耕作措施的间作模式减排效应更明显， 比传统间作分别降低9.2%（NTSSI2）和10.1%（NTSI2）， 减排量分别为471 kg·hm-2与518 kg·hm-2。小麦秸秆覆盖、免耕和一膜两年用集成到间作模式中减少CO2排放量的主要原因是， 减少了高CO2排放通量的持续天数及一天内高排放强度的持续时间。免耕小麦秸秆覆盖与地膜两年用栽培措施均表现出“碳汇”特征， 以两者集成于间作模式中减排潜力、碳汇作用更为突出，与传统间作相比， 其NPPC/Ras分别高19.1%（NTSSI2）与21.7%（NTSI2）。因此， 免耕秸秆覆盖与一膜两年用集成到间作中可作为干旱绿洲灌区碳减排、碳增汇的高效农作制模式。

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* 国家科技支撑计划项目（2012BAD14B10）、甘肃农业大学自列项目（GUAU-ZL-2015-001）和“甘肃农业大学伏羲优秀人才”项目资助

** 通讯作者： 柴强， 主要从事多熟种植、循环农业研究。E-mail： chaiq@gsau.edu.cn

† 同等贡献者： 殷文， 主要从事节水农业研究， E-mail： yinwentx@126.com； 史倩倩， 主要从事多熟种植研究， E-mail： shiqq1990@126.com收稿日期： 2015-12-01 接受日期： 2016-02-02

* This study financially supported by the National Key Technology R&D Program of China （No. 2012BAD14B10）， the Project of Gansu Agricultural University （No. GUAU-ZL-2015-001）， and the Outstanding Talent Culture Project of Gansu Agriculture University.

** Corresponding author， E-mail： chaiq@gsau.edu.cn

Received Dec. 1， 2015； accepted Feb. 2， 2016

中图分类号:S341

文献标识码:A

文章编号:1671-3990（2016）06-0716-09

DOI:10.13930/j.cnki.cjea.151309

Short-term response of farmland carbon emission to straw return, two-year plastic film mulching and intercropping*

YIN Wen†， SHI Qianqian†， GUO Yao， FENG Fuxue， ZHAO Cai， YU Aizhong， CHAI Qiang**
（Gansu Provincial Key Laboratory of Arid Land Crop Science / Agronomy College， Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070， China）

AbstractIn conventional crop production， high yield has always meant high carbon emissions. It has therefore become urgent to develop theoretical and practical strategies for high yield with low carbon emissions in modern agriculture. In this study， a field experiment was conducted in a typical oasis irrigation region to determine the integrated response of carbon emission in wheat-maize intercropping systems under different straw-return （straw standing， straw mulching and no-mulching），plastic film mulching （mulching for one year and two years）， cropping （wheat-maize intercropping， monoculture of wheat and maize） and tillage （no-tillage， conventional tillage） patterns. The results showed that intercropping significantly decreased soil carbon emissions in farmlands. Compared with monoculture wheat and maize under conventional tillage management， the averaged total soil CO2emissions in wheat-maize intercropping systems reduced by a range of 279-876 kg·hm-2， the equivalent of 5.1%-16.0%. No tillage with straw-return and plastic film mulching for 2-year reduced soil carbon emissions in the next year. No-tillage in combination with straw-return to soil decreased total soil CO2emissions by 648-966 kg·hm-2， theequivalent of 21.3%-31.8%， than conventional tillage without straw-return to soil in mono-cropped wheat field. Plastic film mulching for two years reduced total soil CO2emissions by 632 kg·hm-2compared with that of conventional tillage in mono-cropped maize. In particular， wheat-maize intercropping in combination with straw-return to soil and 2-year plastic film mulching further reduced the carbon emissions. Compared with conventional intercropping with plastic film mulching for 1-year and conventional tillage （CTI1）， wheat-maize intercropping with 25-30 cm of standing straw， 2-year plastic film mulching and no-tillage （NTSSI2） and wheat-maize intercropping with 25-30 cm straw mulching on the soil and 2-year plastic film mulching and no-tillage （NTSI2） reduced total soil CO2emissions by 471 kg·hm-2and 518 kg·hm-2， the equivalent of 9.2% and 10.1%， respectively. The carbon sequestration potential （ratio of total plant carbon fixation to total soil carbon emission， i.e.， NPPC/Ras） were 13.7 and 14.0， respectively， in NTSSI2and NTSI2treatments， they were higher by 19.1% and 21.5% than that of CTI1， respectively. This indicated that NTSI2had a more prominent potential for reducing carbon emissions and enhancing carbon sequestration. Thus， NTSI2was recommended as the best farming pattern due to its high-efficiency of carbon emission reduction and carbon sequestration in irrigated arid oasis regions.

KeywordsStraw-return to soil； Two-year plastic film mulching； Wheat-maize intercropping； Carbon emission； Carbon budget