加气灌溉对番茄地土壤CO2排放的调控效应

陈 慧，侯会静，蔡焕杰，朱 艳，王 超

（1西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室，陕西杨凌 712100；2西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨凌 712100）

加气灌溉对番茄地土壤CO2排放的调控效应

陈 慧1,2，侯会静1,2，蔡焕杰1,2，朱 艳1,2，王 超2

（1西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室，陕西杨凌 712100；2西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨凌 712100）

【目的】CO2是大气中最重要的温室气体，对全球变暖起到重要作用。加气灌溉通过改善土壤通气状态，提高作物产量、品质及水分利用效率等已被大量研究证实，然而加气灌溉引起的土壤环境效应研究较少，且通过静态箱法系统地研究加气灌溉对设施菜地土壤CO2排放影响的研究尚未见报道。因此，分析加气灌溉对土壤CO2排放的影响，对评估加气灌溉技术的农田生态效应具有重要作用。【方法】供试番茄品种为‘飞越’，通过温室小区试验利用文丘里计作为加气设备，通过地下滴灌系统实现水气结合的加气灌溉方式。采用静态箱-气相色谱法对温室番茄地土壤CO2排放进行原位观测，研究加气灌溉对土壤CO2排放的调控效应。试验按灌水量（充分灌溉、亏缺灌溉）和加气（加气、不加气）的双因素设计，设置4个处理，分别为：加气亏缺灌溉（AI1）、不加气亏缺灌溉（CK1）、加气充分灌溉（AI2）和不加气充分灌溉（CK2），每个处理3个重复。研究加气和充分灌溉较不加气和亏缺灌溉对温室番茄地土壤CO2排放、土壤水分、土壤温度和土壤有机碳的影响。【结果】番茄整个生育期，不同加气灌溉模式下土壤CO2排放通量随移植后天数增加呈波动性变化，总体呈现先增加后减小的趋势，峰值均出现在番茄开花坐果期。加气和充分灌溉处理较对应的不加气和亏缺灌溉处理增加了番茄整个生育期土壤CO2平均排放通量和排放量，但差异不显著（P＞0.05）。AI1、CK1、AI2和CK2处理土壤CO2平均排放通量分别为229.31、193.66、259.10和224.76 mg·m-2·h-1，且以AI2处理土壤CO2排放量最大（6 383.43 kg·hm-2），分别是AI1、CK1和CK2处理的1.12、1.32和1.13倍。此外，不同加气灌溉模式下土壤充水孔隙率（WFPS）在番茄整个生育期内大致呈下降的趋势；土壤温度（T）大致呈上升的趋势，且同一时刻处理间土壤温度差异较小；而土壤有机碳（SOC）含量呈波动性变化且番茄整个生育期SOC含量变化幅度较小。加气灌溉较对应的不加气灌溉降低了T和WFPS，增加了SOC含量，但差异均不显著（P＞0.05）；充分灌溉较对应的亏缺灌溉增加了WFPS和SOC，但不显著，对T的影响不一。此外，经相关性分析可知，土壤CO2排放通量与土壤充水孔隙率呈负相关，与土壤温度和有机碳呈正相关，但相关性均不显著（P＞0.05）。【结论】通过温室小区试验得出，加气灌溉增加了土壤CO2排放，但不显著（P ＞0.05）。研究结果为评估加气灌溉技术的农田生态效应和设施菜地温室气体减排提供了一定的参考和科学依据。

加气灌溉；CO2；排放；土壤；番茄；有机碳

0 引言

【研究意义】CO2是大气中最重要的温室气体，对全球变暖起到重要影响。2013年大气中CO2的浓度达到391 mL·L-1，比工业化前的浓度值增加了40%[1]。据估计，温室气体中大约有20%的CO2来源于农业活动[2]，农田生态系统是CO2的重要排放源[3]。中国是世界上主要的农业生产国，设施菜地是农田生态系统的重要组成部分，近年来中国设施蔬菜种植面积逐年增加，从1978年的5 300 hm2增至2014年的3 554 400 hm2[4-5]。设施菜地具有施肥量大、肥水同期等特点，其对温室气体排放贡献不容忽视。因此，研究设施菜地土壤CO2排放是整个农田生态系统节能减排中必须考虑的因素。【前人研究进展】地下滴灌可有效地向作物根区运送水分和养分，在水资源紧缺的干旱和半干旱地区设施菜地中被广泛采用[6-7]。加气灌溉是地下滴灌系统的改进和发展[8]，是利用文丘里原理通过地下滴灌系统将空气加入水流中，最终加入作物根区的一种灌溉方法，其作为一种新的节水高效灌溉技术，已经被应用于设施农业。土壤产生CO2的所有代谢过程，包括土壤有机质的分解和微生物呼吸、植物根系呼吸、土壤动物呼吸和土壤矿物质的化学氧化过程，且主要由微生物氧化有机物和根系产生[9]。加气灌溉通过改善土壤通气状态，满足作物根系O2需要，从而满足作物养分和水分的吸取，利于根区微生物的活动和矿物质的运移，来提高作物产量、品质及水分利用效率已被大量研究证实[10-11]，然而加气灌溉引起的土壤环境效应研究较少。【本研究切入点】加气灌溉引起的土壤中O2含量的改变势必会影响土壤中微生物及植物根系生长，从而影响土壤CO2的产生和排放。已有土壤中O2含量的改变对土壤CO2排放的影响研究多集中于仪器测量、室内培养和碱液吸收法等[10,12-13]，只在作物生育期内进行几次测量，但均未对整个植物生长期的变化进行系统观测研究，没有评估作物生育期内土壤CO2排放规律及排放量。此外，通过静态箱法系统地研究加气灌溉对设施菜地温室气体排放影响的研究尚未见报道。【拟解决的关键问题】利用静态箱气相色谱法对春茬温室番茄地土壤CO2排放进行原位观测，探讨温室条件下不同加气灌溉模式对番茄地土壤CO2的调控效应以及土壤CO2排放通量与各影响因素间相关性分析，为编制设施菜地土壤温室气体排放清单及评估加气灌溉技术的农田生态效应及设施菜地温室气体减排提供一定的理论基础与科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2015年4月4日至7月29日在西北农林科技大学日光温室内进行（34°20′N，108°04′E）。温室结构为房脊型，南北朝向，长36 m，宽10.3 m，高4 m。试验所处地理位置属半湿润易旱区，年均日照时数2 163.8 h，无霜期210 d。土壤类型为土，属于棕壤土，1 m土层内平均土壤干容重为1.35 g·cm-3，田间持水量为23.8%（重量含水率）。番茄移植前测得0—20 cm深度层土壤的有机质、全氮、全磷和全钾质量分数分别为9.51、1.86、1.40和20.22 k·kg-1，pH为7.65。土壤砂粒（0.05—1.00 mm）、粉砂颗粒（0.05—0.005 mm）和黏粒（≤0.005 mm）分别占26.0%、33.0%和41.0%。

1.2 试验设计

以温室番茄为供试作物（品种为‘飞越’），采用营养钵育苗，于2015年4月4日定植，此时秧苗处于3叶1心至4叶1心。4月4日及4月9日分别对番茄幼苗进行浇透底水，4月9日浇水后在垄上覆膜，土壤蒸发可忽略。番茄生育期具体划分为：苗期（定植至第一穗开花，2015-04-04—04-25），开花坐果期（第一穗开花至第一穗果实开始膨大，2015-04-26— 05-13），果实膨大期（第一穗果实开始膨大至第一穗果实开始采摘，2015-05-14—06-13），成熟期（第一穗果实开始采摘至全部收获，2015-06-14—07-29），于2015年7月29日结束，生育期116 d。

表1 试验处理描述Table 1 The description of treatments

图1 试验小区布设图Fig. 1 Schematics of experimental block

试验按灌水量（充分灌溉、亏缺灌溉）和加气（加气、不加气）双因素设计，共设4个处理，见表1，每个处理设3个重复，1垄作为一个重复，共计12垄，采用完全随机设计布设。每垄种9株作物，株距35 cm，每垄面积为3.2 m2（4.0 m×0.8 m）。为防止水分侧渗，垄与垄之间用塑料膜隔开。灌水方式采用地下滴灌，滴灌带埋深15 cm，滴头间距35 cm，番茄移苗当天在滴头正上方进行移苗处理（图1）。灌溉水量由安置在温室内的E601型蒸发皿的蒸发量值确定，按两次灌水间隔内蒸发量值进行灌水，每次灌水安排在当天早上8：00。利用文丘里计（Mazzei 287，美国）作为加气设备进行加气，所加气体为空气（N2约占78%，O2约占21%，CO2约占0.031%，稀有气体约占0.939%，其他气体和杂质约占0.03%），进口压力为0.1 MPa，出口压力为0.02 MPa，由排气法得到进气量约占灌溉水量的17%[14]。除保苗水外，番茄整个生育期共进行27次灌水，加气亏缺灌溉（AI1）和不加气亏缺灌溉（CK1）各灌水180.06 mm，加气充分灌溉（AI2）和不加气充分灌溉（CK2）各灌水300.10 mm，每次灌水时间及灌水量见表2。

表2 灌水时间及灌水量Table 2 Detailed information about irrigation time and irrigation water volume

此外，施肥只施基肥，于1月22日施有机肥料（N-P2O5-K2O≥10%；有机质≥45%）5 937.5 kg·hm-2与复混肥料（总养分≥45%，其中氮、磷、钾各含15%）3 437.5 kg·hm-2。

充分供水处理每次灌水定额由公式（1）计算：

W=kcp·Epan·A （1）式中，W表示充分供水处理每次灌水的灌水定额（L）；kcp为蒸发皿系数，为获得比较理想的产量，对于大部分日光温室和塑料大棚栽培的作物来说，kcp取1.0[15]，不同灌水水平处理中分别取为0.6和1.0；Epan为蒸发皿测得的蒸发量（mm）；A为一个重复控制的小区面积（m2），本试验中取3.2 m2。

1.3 田间采样与观测

气体采用静态箱原位采集[16]，箱体用6 mm厚的PVC（polyvinyl chloride）材料制成，底面积为25 cm×25 cm，高度为25 cm。箱体外表面用海绵与锡箔纸包裹，顶部安装有搅拌空气的小风扇。番茄移植当天在小区中央两棵幼苗之间预埋方形底座，底座嵌入土壤5 cm深，作为采样点，直到番茄收获。底座上端由大约3 cm深的凹槽构成用以放置静态箱箱体，取样时注水密封。气体采样从移苗后第10天开始，生育前期每隔3—6 d采样1次，生育后期每隔8 d左右采样一次。气体取样时间分别在10：00、10：10、10：20和10：30利用带有三通阀的50 mL注射器进行4次气体采集，每次取气30 mL，并在当天进行浓度分析。去除奇异点，使4个样品浓度测量值随时间的线性回归系数r2≥0.85。

气体采样的同时用安插在箱体顶部的水银温度计测量箱内温度；用放置在离地面约1.5 m高的水银温度计测量取样期间的空气温度；用地温计测量土壤10 cm地温；每次取气同时利用土钻在小区首、中、末端3个点取土，使其充分混合作为该重复的土样，用烘干法测定土壤0—10 cm含水率，并转换成土壤充水孔隙率（WFPS）[17]；每隔8—16 d在小区首、中、末端3个点取土，使其充分混合作为该重复的土样，利用油浴加热重铬酸钾-容量法测定土壤0—10 cm的有机碳含量[18]。

1.4 气体分析及通量计算

CO2浓度采用安捷伦气相色谱仪测定（Agilent Technologies 7890A GC System，America），气体排放通量采用公式（2）计算：

式中，F为CO2气体排放通量（mg·m-2·h-1）；ρ是标准状态下气体密度（g·cm-3）；h为箱体的高度（m）；为气体浓度变化率（mg·m-3·h-1）；T为箱内温度（℃）。

1.5 数据分析

采用OriginPro8.5作图和求CO2累积排放量，用SPSS Statistics 22.0数据处理软件对试验数据进行统计分析。

2 结果

2.1 不同加气灌溉模式下温室番茄地土壤CO2排放特征

不同加气灌溉模式下温室番茄地土壤CO2排放通量随移植后天数增加呈波动性变化，总体表现为先增加后减小的趋势（图2）。苗期10 d（移植后天数，day after transplanting）时，不同加气灌溉模式下土壤CO2排放通量在整个生育期最小，随后逐渐增大，到30 d左右达到最大值后又开始下降，41 d后土壤CO2排放通量维持在一个较高且稳定的水平，生育末期呈现上升的趋势。处理间对比显示，在番茄生育期绝大多数时间内，加气灌溉处理（AI1、AI2）的土壤CO2排放通量高于对应的不加气灌溉处理（CK1、CK2），且充分灌溉处理（AI2、CK2）高于对应的亏缺灌溉处理（AI1、CK1）（图2）。不同处理的CO2排放通量主峰值以AI2处理最大（518.76 mg·m-2·h-1），分别较AI1、CK1和CK2增加了54.0%、54.3%和26.6%，且均出现在番茄开花坐果期。AI1、CK1、AI2和CK2处理土壤CO2平均排放通量分别为229.31、193.66、259.10和224.76 mg·m-2·h-1，以AI2处理最大。

加气处理和充分灌溉处理较对应的不加气处理和亏缺灌溉处理增加了番茄整个生育期土壤CO2排放量（表3），但差异性不显著（P＞0.05）。以AI2处理最大（6 383.43 kg·hm-2），分别比AI1、CK1、CK2处理增大11.5%、32.0%、13.1%。不同加气灌溉模式下，温室番茄地土壤CO2阶段排放量均呈现：苗期＜开花坐果期＜果实膨大期＜成熟期，AI1、CK1、AI2和CK2处理在成熟期的阶段排放量分别占整个生育期的39.8%、42.7%、35.2%、40.8%。此外，番茄开花坐果期和果实膨大期，土壤CO2阶段排放量呈现AI2＞CK2＞AI1＞CK1；苗期，土壤CO2阶段排放量呈现AI2＞AI1＞CK1＞CK2；成熟期，土壤CO2阶段排放量呈现CK2＞AI1＞AI2＞CK1。

图2 不同加气灌溉模式下温室番茄地土壤CO2排放通量Fig. 2 Variation of CO2fluxes in different treatments in greenhouse tomato cropping system

表3 不同加气灌溉模式下温室番茄地土壤CO2阶段排放量Table 3 Cumulative emissions of CO2(kg·hm-2) in different treatments from soils of greenhouse tomato fields at different tomato growth stages

2.2 温室番茄地土壤CO2排放的影响因子

2.2.1 土壤充水孔隙率 土壤湿度通过影响土壤通气性和土壤溶解性有机质的变化进而影响土壤CO2产生和向大气中的扩散。番茄整个生育期内除4月4日和4月9日的保苗水外，共进行27次灌水，AI1、CK1、AI2和CK2处理分别灌水180.06、180.06、300.10和300.10 mm。从图3-a可见，不同加气灌溉模式下土壤0—10 cm深度层的土壤充水孔隙率（WFPS）均呈现相同的变化规律，随着时间的延长，WFPS不断降低。番茄整个生育期AI1、CK1、AI2和CK2处理WFPS分别在36.7%—70.3%、38.9%—68.4%、38.4%—69.1%和42.0%—69.3%变化，平均WFPS分别为47.0%、49.0%、47.5%和50.1%。相比不加气处理，加气灌溉降低了土壤含水量，但差异性不显著（AI1与CK1：P=0.598；AI2与CK2：P=0.137）；相比亏缺灌溉处理，充分灌溉处理增加了WFPS，但差异性不显著（CK1与CK2：P=0.264；AI1与AI2：P=0.901）。此外，经相关性分析得出土壤CO2排放通量与WFPS呈负相关，但相关性不显著（P＞0.05）（表4）。

2.2.2 土壤温度 不同加气灌溉模式下土壤10 cm深处的温度均呈现相同的变化规律，随着时间的延长，温度呈上升的趋势；同一时刻处理间土壤温度变化不大（图3-b）。相比于不加气处理，加气灌溉降低了土壤温度，但差异性不显著（AI1与CK1：P=0.970；AI2与CK2：P=0.149）。土壤温度受天气（空气温度）影响较大，从图3-b可以看出，土壤温度随空气温度增加而增加。番茄整个生育期空气温度在20.1—36.2℃变化，平均温度为28.0℃。而AI1、CK1、AI2和CK2处理土壤温度分别在19.3—27.9℃、21.4—27.7℃、19.4—27.1℃和18.9—28.4℃之间变化，平均温度分别为23.8℃、23.8℃、22.8℃和24.1℃。与空气温度波动相比，4个处理土壤温度波动相对较小，这是由于土壤的热容量大于空气。此外，经相关性分析可知，土壤CO2排放通量与土壤温度呈正相关，但相关性不显著（P＞0.05）（表4）。

表4 不同加气灌溉模式下温室番茄地土壤CO2排放通量与土壤湿度、温度和有机碳的相关系数Table 4 Correlation coefficients between CO2flux and soil moisture, temperature and organic carbon in different treatments from soils of greenhouse tomato fields

2.2.3 土壤有机碳 不同加气灌溉模式下土壤有机碳（SOC）含量呈波动性变化，番茄整个生育期SOC变化幅度不大（图4）。加气处理较对应的不加气处理增加了SOC含量，但差异性不显著（AI1与CK1：P=0.895；AI2与CK2：P=0.068）；且充分灌溉处理较对应的亏缺灌溉处理也增加了SOC含量，但差异性不显著（CK1与CK2：P=0.182；AI1与AI2：P=0.111）。番茄整个生育期，AI1、CK1、AI2和CK2处理土壤0—10 cm深度层的SOC分别在7.43—9.56、7.31—8.82、7.75—8.90和7.51—8.57 g·kg-1变化，平均值分别为8.25、8.08、8.33和8.11 g·kg-1。4个处理SOC峰值分别出现在18、18、102和102 d。此外，番茄生育末期，不同加气灌溉模式下SOC均有上升的趋势，这可能与土壤温度升高导致微生物活性增加有关。番茄整个生育期，不同加气灌溉模式下土壤CO2排放通量大体随SOC含量增加而增加，经相关性分析得，两者呈正相关关系，但相关性不显著（P＞0.05）（表4）。

图3 不同加气灌溉模式下温室番茄地土壤充水孔隙率、土壤温度和空气温度Fig. 3 WFPS, soil and air temperature in different treatments from soils of greenhouse tomato fields

图4 不同加气灌溉模式下温室番茄地土壤0—10 cm深度层有机碳含量Fig. 4 Dynamics of soil organic carbon from 0 to 10 cm depths in different treatments in greenhouse tomato cropping system

3 讨论

3.1 温室番茄地土壤CO2排放特征

通过对温室番茄地土壤CO2排放进行原位观测，发现土壤CO2排放具有明显的变化特征。其一，设施蔬菜地土壤CO2平均排放通量较高。本研究中不同处理土壤CO2平均排放通量在193.66—259.10 mg·m-2·h-1范围内变化，其在前人报道的设施菜地土壤CO2排放变化范围之内[19-21]，而这些结果远高于大田试验观测值[13,22-23]。林淼等[22]发现3年种植历史的大棚菜地土壤CO2平均排放通量是玉米地的1.39倍，这可能因为设施蔬菜地比露天栽培蔬菜和大田作物具有更好的水热条件，且菜地有机碳投入较高，碳源物质丰富，促进了土壤微生物生长，增加了CO2排放。另外，设施菜地土壤CO2排放呈现峰值短促、峰值高和排放变化小的现象。本试验土壤CO2排放通量在番茄整个生育期内大致呈现先增加后减小的趋势，最终稳定在一个较高排放水平，这与一些研究学者的研究结果一致[12,20,24]。本研究中CO2排放峰值出现在番茄开花坐果期，这与番茄根系生长和地下微生物量有关。从番茄定植日开始，根系质量持续增加至番茄开花坐果期，且微生物数量在番茄整个生育期逐渐增加[11]，导致土壤CO2排放峰值出现（图2）。随着番茄成熟，根系生长减缓甚至退化，根系呼吸下降，因此土壤CO2排放通量呈现下降趋势；但此时由于微生物数量较大，呼吸较大，土壤CO2排放通量仍维持在较高的排放水平。

3.2 环境因子对温室番茄地土壤CO2排放的影响

土壤CO2排放主要源自作物根呼吸和土壤中微生物呼吸两个过程[25]，而根呼吸占了土壤CO2排放相当大比例[20,26-27]。加气灌溉通过影响作物根呼吸、微生物含量、酶活性、有机碳含量等[11,13,28]，进而影响土壤CO2排放。加气灌溉增加了土壤呼吸，已被部分研究学者所证实[6,10]，比如，BHATTARAI等[6]在大豆播种后67 d或在棉花播种后91 d对土壤呼吸进行了测量，结果表明加气处理土壤呼吸分别是加过氧化氢处理和不加气处理的1.49和2.24倍；CHEN等[10]在灌溉前后3 h或不同土层深度对不同处理的土壤呼吸进行了2次测量，研究表明和对照处理相比，加气处理土壤30 cm深处的平均土壤呼吸增加了42%，10 cm深处的土壤呼吸增加了79%。但以上研究均未对整个植物生长期的变化进行系统观测研究，没有评估作物生育期内土壤CO2排放规律及排放量。本研究利用静态箱气相色谱法对温室番茄地土壤CO2排放在整个生育期进行了原位监测，发现充分灌溉处理较对应的亏缺灌溉处理增加了土壤CO2排放，这与一些研究学者的结论一致[24,29]。其主要由于亏缺灌溉通过减少土壤含水量以减小微生物活性，进而减小土壤CO2排放和促进土壤固碳能力[29]。

土壤水分和土壤温度通常被认为是影响土壤CO2季节排放的主要因素。在本试验研究条件下，土壤CO2排放通量随着土壤温度、土壤水分和土壤有机碳变化呈波动性变化。经相关性分析得出，温室番茄地土壤CO2排放通量与土壤水分呈负相关，而与土壤温度和有机碳含量呈正相关关系，但相关性均不显著（P＞0.05）（表4）。土壤温度对植物生长率、微生物活性、有机质分解等有重要影响，是控制和调节碳的生物地球化学过程的关键因素。土壤温度升高增加了土壤微生物活性且提高了酶活性，进而促进土壤呼吸。一般情况下随着温度的升高，土壤呼吸速率呈指数增加的趋势[22,24,29-30]，这与本文结论一致。但CO2排放通量与土壤水分的关系，不同研究学者得出不同的结论。比如，林淼等[22]发现温室菜地土壤CO2排放通量与土壤水分呈对数或抛物线关系。曾睿等[12]在对温室番茄土壤呼吸速率研究时得出，土壤含水量和土壤呼吸之间存在显著正相关，这与本文的研究结论相反，产生差异的可能原因是由于两者测定时间不同所致。曾睿等[12]试验测得的土壤呼吸是在每次灌水后3 d测定，此时土壤含水量相对稳定，而本文是系统随机地测定土壤CO2排放和土壤水分，且试验过程中土壤温度对土壤含水量的影响较大，因此造成不同的关系结论。土壤含水量的多少直接影响CO2在土壤水中的溶解量以及在土壤孔隙中的扩散速率进而影响CO2排放。本试验中，不同处理土壤水分在番茄整个生育期内大致呈降低的趋势（图3-a），较低的含水量造成微生物活性下降，新陈代谢减弱，且根系发育较差，从而对土壤呼吸产生抑制作用；而土壤CO2排放通量在番茄整个生育期总体呈现先增加后减小的趋势，且生育末期还有上升，因此观测到土壤水分和CO2排放间负相关关系。此外，还有研究表明设施菜地土壤CO2排放通量与土壤温度（r2=0.78）和溶解有机碳（r2=0.50）密切相关，而与土壤水分关系不明显（r2=0.007）[23]。土壤温度和水分的交互作用对土壤CO2排放影响显著[31]，而单独土壤水分或土壤温度对土壤CO2季节排放影响较小[32-34]。

土壤有机碳是土壤微生物活动能量的主要来源，是土壤肥力的基础，其含量决定土壤呼吸强弱。之前研究认为土壤CO2排放通量与有机碳含量存在正相关，且关系显著[31,35-36]，这与本文的结论有所不同，产生差异性的可能原因是各自施肥和试验环境不同。IQBAL等[31]针对中亚热带地区不同土地利用类型和HARRISON等[36]通过室内培养均发现土壤CO2排放通量与有机碳含量存在显著正相关关系，而本试验通过温室小区试验，施用了基肥（有机肥和复混肥），试验中有机碳含量高且变化小，未观测到显著正相关关系。因此，影响土壤CO2排放的机制较为复杂，还有待研究。

4 结论

利用文丘里计作为加气设备，通过地下滴灌系统把空气加入根区的温室番茄地加气灌溉试验表明，番茄整个生育期，不同处理下土壤CO2排放呈现先增加后降低的趋势，且排放峰值均出现在开花坐果期。加气和充分灌溉处理相比不加气和亏缺灌溉处理，均增加了温室番茄地土壤CO2排放量，但差异不显著。此外，加气灌溉降低了土壤温度和土壤含水量，增加了土壤有机碳含量，但差异均不显著；且土壤CO2排放通量与土壤含水量存在负相关，与土壤温度和有机碳含量呈正相关，但相关性均不显著。研究结果对评估加气灌溉技术的农田生态效应具有重要意义。

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（责任编辑 赵伶俐）

Effects of Aerated Irrigation on CO2Emissions from Soils of Tomato Fields

CHEN Hui1,2, HOU Hui-jing1,2, CAI Huan-jie1,2, ZHU Yan1,2, WANG Chao2
(1Key Laboratory of Agricultural Soil and Water Engineering in Arid and Semiarid Areas of Ministry of Education, Northwest A＆F University, Yangling 712100, Shaanxi;2College of Water Resources and Architectural Engineering, Northwest A＆F University, Yangling 712100, Shaanxi)

【Objective】Carbon dioxide (CO2) is a significant greenhouse gas that also contributes to the global warming. Lots of studies have reported that aerated irrigation would increase crop production, quality and water use efficiency by changing theaeration of root zone, while few studies have focused on the environmental effects of aerated irrigation, especially the greenhouse gas emissions from soils of greenhouse vegetable fields. Hence, it is of significance to analyze the effects of aerated irrigation on CO2emissions from soils of greenhouse tomato fields for assessing farmland ecological effects of aerated irrigation. 【Method】Venturi meter (Mazzei 287, America) was used as the aeration equipment to irrigate the experimental plots. The method of static chamber/gas chromatography was used to study the effects of aerated irrigation on CO2emissions. Two factors (irrigation and aeration) were designed in the experiment to reveal the effects of aerated irrigation on soil CO2emissions. Four treatments were designed in the experiment: aerated deficit irrigation (AI1), unaerated deficit irrigation (CK1), aerated full irrigation (AI2) and unaerated full irrigation (CK2). 【Result】Throughout the whole growth period of tomato, soil CO2emissions followed the same pattern in different treatments, and peaks occurred at the blooming and fruit setting stages. Treatments with aeration and full irrigation increased average value of CO2fluxes and cumulative emissions of soil CO2throughout the whole growing period compared to relative non-aeration and deficit irrigation, but the difference was not significant (P＞0.05). The average value of CO2fluxes was 229.31, 193.66, 259.10 and 224.76 mg·m-2·h-1, respectively. The maximum cumulative emission of CO2was 6 383.43 kg·ha-1in AI2 treatment, which was 1.12, 1.32 and 1.13 times as that in AI1, CK1 and CK2 treatments, respectively. Soil water filled pore space (WFPS) during the whole growing season showed a decreasing trend in different treatments, soil temperature (T) showed a increasing trend and the difference between treatments was relatively small at the same time, while soil organic carbon (SOC) showed a fluctuant pattern. In addition, aerated irrigation decreased T and WFPS, but increased SOC compared to unaerated irrigation, and the treatment effects was not significant. Full irrigation increased WFPS and SOC indistinctively compared to deficit irrigation, while the effects of full irrigation and deficit irrigation on T was different. A negative correlation between soil CO2emissions and WFPS was observed, while a positive correlation between soil CO2emissions and T and SOC was observed, but the difference was not significant (P＞0.05).【Conclusion】Compared to non-aeration, aeration increased soil CO2emissions, but the difference was not significant (P＞0.05). This study provided some scientific basis and a useful reference for assessing farmland ecological effects and mitigating greenhouse gas emissions from greenhouse soils of aerated irrigation.

aerated irrigation; CO2; emission; soil; tomato; soil organic carbon

2016-03-25；接受日期：2016-07-06

国家自然科学基金（51309192）、中央高校基本科研业务费专项基金（Z109021510）

联系方式：陈慧，Tel：18700943054；E-mail：chenhui2014@nwsuaf.edu.cn。通信作者蔡焕杰，Tel：13991119601；E-mail：caihj@nwsuaf.edu.cn