厢作免耕稻田小气候变化对土壤呼吸与组分的影响研究

免耕稻田土壤呼吸是陆地碳循环的重要组分，不仅影响全球气候变化，也关系国家环境外交。厢作免耕稻田在传统耕作稻田基础上发展起来的，其改变稻田土壤微地形，使得土壤和作物在田间的空间分布发生变化，继而影响小气候的时空分布，影响土壤呼吸与组分。为此，本项目拟采用野外定点观测与室内模拟相结合的方法，以厢作免耕稻田为研究对象，以翻耕与平作免耕稻田为对照，研究不同厢宽、沟宽等组合条件下稻田温度、湿度、光照等气候因子的时空变化特征；探明不同组合条件下稻田土壤呼吸的变化规律及不同呼吸组分的时空变化特征，分析不同土壤呼吸组分对土壤呼吸的相对贡献量；通过数理统计方法研究与分析厢作免耕稻田小气候时空变化与土壤呼吸及组分的关系。本项目旨在揭示厢作免耕稻田土壤呼吸与组分的微地形效应，为正确估算免耕稻田碳排放及推广免耕技术提供了科学依据。

厢作免耕稻田在传统耕作稻田基础上发展起来的，其改变稻田土壤微地形，使得土壤和作物在田间的空间分布发生变化，继而影响小气候的时空分布，影响土壤呼吸与组分。然而，当前对厢作免耕稻田土壤呼吸作用的研究常忽视微地形上小气候变化所造成的影响，使得免耕稻田碳排放估算产生偏差，降低免耕稻田碳源/汇的可信度。为此，本项目对厢作免耕稻田群体内部温度与光辐射等气候因子在微地形上的时空变化特征，土壤呼吸作用及不同呼吸组分时空变化规律及其两者间的相关性进行了研究。研究表明，各处理间（厢中心或边际）积温差异不显著；但厢作免耕各处理厢边际积温显著高于厢中心，分别提高了3%-19%。在水稻封行后，各处理厢中心水稻上层透光率差异不显著；对于厢作免耕处理，厢边际中层与底层透光率显著高于厢中心，分别提高了11%-22%与21%-38%。对土壤呼吸的日变化研究表明，9:00-12:00是监测土壤呼吸日变化的最佳时段；稻季土壤呼吸具有明显的季节性变化特征，各处理厢中心与边际土壤均在分蘖盛期与齐穗期出现排放峰值。对土壤呼吸的空间变化特征的研究表明，厢宽显著影响土壤呼吸及组分，各处理中心土壤排放通量显著高于边际， 1.2 m、1.8 m与2.5 m厢宽处理厢中心土壤呼吸量分别比厢边际提高了4.8%-16.6%、18.0%-63.9%与9.1%-43.6%。翻耕处理厢边际与中心土壤呼吸量高于0.6 m、1.2 m、1.8 m与2.5 m厢宽处理。其中，1.8 m厢宽处理厢边际与中心土壤呼吸量最低，为翻耕处理的81.5%和59.2%。相关分析表明，根系生物量、地上部生物量与土壤总呼吸与根呼吸呈显著正相关，积温与土壤总呼吸与根呼吸呈显著负相关。研究还发现，厢宽显著影响水稻产量，1.8 m厢宽处理水稻产量最高，较0.6 m、1.2 m与2.5 m厢宽处理高17.4%-27.5%、10.8%-31.5%与24.4%-35.4%，其可能与1.8 m厢宽处理具有较高的有效穗有关。进一步分析表明，1.8 m厢宽处理单位产量CO2累积排放量最小。因此本项目提出了，相对于其他处理， 1.8 m厢宽处理是一个土壤CO2排放低与水稻产量高的免耕稻作技术，值得进一步研究与推广。