高产夏玉米田固碳与耗水过程的耦合及其对干旱的响应机制

为应对CO2浓度升高和干旱缺水的气候条件变化，本项目基于碳水过程的耦合循环机制，探讨提高夏玉米农田的水分利用效率、加强农田生态系统的碳水过程管理、应对变化了的气候条件的可能措施。项目开展是对农艺节水、光合特性、保护性耕作等前期研究结果的延续和深入。目的是通过设置控水和土壤耕作为主控因子的环境变化控制试验,深入研究高产夏玉米田碳水耦合中植株和土壤的固碳过程、耗水过程、碳排放过程以及碳汇/碳源关系，分析农田生态系统碳水循环过程中关键的耦合环节，解析干旱对这些环节的可能影响，揭示由此引起的农田生态系统结构与功能的变化以及作物个体、群体和农田对干旱的响应和反馈作用。在此基础上，阐明生态系统水平上碳水循环过程对干旱的区域响应与适应机制，为揭示农田生态系统的碳汇/碳源功能与固碳潜力，制定合理的农田节水管理和应对干旱缺水的生态系统管理措施提供理论依据。

本项目基于碳水过程的耦合循环机制，探讨加强农田生态系统的碳水过程管理、应对变化了的气候条件的可能措施。项目的开展是对农艺节水、光合特性、保护性耕作等前期研究结果的延续和深入。项目进行的工作及取得的主要结果如下：.1、夏玉米农田生态系统的固碳效应。 . 研究了基因型、秸秆还田和长期保护性耕作对高产夏玉米光合特性、植株固碳、籽粒产量和土壤碳库的影响，明确了夏玉米农田生态系统中，每个环节所占比重存在极显著差异。作物固碳占的比例最大为55.13%，而土壤固碳仅占4.97%。因此，若增加固碳量，主要是增加作物固碳量。.2、水分利用效率(WUE)是反映生态系统碳水关系的重要指标。 . 通过探索秸秆覆盖和不同群体结构下高产夏玉米农田生态系统水分利用的变异特征及机制，分析得出夏玉米抽雄吐丝期，覆盖量越大土壤体积水分含量越高，且主要是影响地面以下0~80 cm的土壤水含量。低密度种植下，秸秆覆盖能显著改善土壤水分状况。夏玉米叶片最初成熟时叶片的WUE比乳熟期WUE要高。秸秆覆盖处理显著提高夏玉米农田水分利用效率，且秸秆覆盖对中密度处理水分利用效率提高幅度最大。以上结果深化了对提高水分利用效率(WUE)在高产夏玉米农田生态系统碳水关系中的贡献的理解。.3、夏玉米田CO2排放和碳源效应对干旱的响应机制。 . 研究基因型和耕作措施对高产夏玉米碳排放的影响，玉米田CO2排放通量范围在341.12~910.79 mg.m-2.h-1之间，整个玉米季常规耕作农田的土壤呼吸是免耕的1.07倍。保护性耕作和秸秆还田对0-10 cm土层微生物量碳含量、微生物活性的提高及qCO2的降低有重要作用。免耕和秸秆覆盖减缓了土壤扰动，减少了土壤干湿交替变化，减低了土壤有机质的分解速率，使土壤呼吸量也相对减少。有机质含量的提高，有利于CO2的排放。同时，还分析了主要环境因子对CO2排放的影响，探讨碳排放过程中各因子的的作用和影响，揭示高产夏玉米农田生态系统碳源效应对干旱的响应机制。 . 通过项目工作的开展，揭示了农田生态系统的碳汇/碳源功能与固碳潜力，为制定合理的农田节水管理和应对干旱缺水的生态系统管理措施提供了理论依据。依托本项目，发表论文7篇，其中SCI收录5篇，EI收录1篇，获得国家自然科学基金面上项目1项，圆满完成了各项研究任务，达到了预定目标。