覆膜栽培对棉田生态系统关键碳循环过程的影响机制

农田土壤既提高作物产量，又"减排增汇"的可持续发展农田管理措施成为当今重要的一大科学问题。地膜覆盖栽培技术可以改变土壤温度、水分和土壤结构，提高作物产量，增加效益，被誉为农业发展史上的"白色革命"。2007年中国地膜覆盖栽培面积达1500 万公顷；地膜覆盖栽培人为改变农田土壤环境，尤其是机械阻隔土壤-大气界面气体交换，影响大气-植物-土壤之间碳循环过程。但目前关于覆膜栽培技术对土壤系统碳循环过程及碳收支方面研究甚少。本项目在全面了解目前农田土壤碳循环及研究方法现状的基础上，综合运用动态式明、暗箱/气象色谱仪分析法、土壤轮廓法等方法研究地膜覆盖对农田土壤有机碳库、土壤CO2、无机碳库相互转换与运移规律以及对作物固碳能力的作用，揭示覆膜对农田土壤系统CO2净交换通量和土壤碳收支的影响；探明覆膜对农田土壤关键碳循环过程及作用机制，为我国今后准确计算碳源汇和调控农田土壤CO2释放提供科学依。

本项目主要是针对近年来新型推广的覆膜栽培栽培技术对棉田土壤碳循环的影响进行研究。整个项目严格按照项目计划书进行，基本上达到的预期目标，研究的结果可为我国今后制定温室气体减排的农业措施提供依据。.本项目在新疆生态地理研究所阜康荒漠生态站进行，以传统无膜栽培栽培为对照，以当前普遍采用的覆膜栽培为实验处理，采用野外观测和室内测定相结合的方法，在整个生长季节，测定了不同栽培处理下棉田温室气体通量、土壤各种形式碳含量的动态变化，同时并收集了农田气象资料和环境因子，分析影响农田碳循环过程的关键影响因子和内在机制；估算农田净碳排放,从而回答传统无膜栽培栽培模式转变为现代覆膜栽培模式后对大气CO2的源汇功能关系。.实验数据表明，在整个生长季节，与无膜栽培栽培相比，一方面，可以显著提高棉花的碳同化能力，增加棉花地上地下生物累积量，提高棉田的净初级生产力，另一方面，覆膜栽培还可以显著降低CO2的排放，最终导致棉田生态系统一年可以多固定大气CO2 379 - 479 g C m-2。另外，覆膜栽培增大了CH4的排放量，44 - 75 mg CH4 m-2，但降低了N2O通量，9 - 258 mg N2O m-2，覆膜栽培取代传统无膜栽培减缓总温室效应1404.4 – 1762.6 g CO2 m-2 yr-1。.实验研究还表明，在整个生长季节，无膜栽培和覆膜栽培土壤剖面有机和无机碳含量的季节变化规律相似，随着时间的推移，均称下降趋势。但是，与无膜栽培相比，覆膜栽培促进根系生长并可能分泌出大量的有机物质，提高了表层土壤有机质、土壤微生物量碳和易氧化态有机碳，从而降低了土壤有机碳含量的降低程度。而覆膜栽培土壤无机碳含量也由于膜下较高水分含量和土壤较高的pH值，致使CO2沉淀形成了碳酸盐，降低了土壤有机碳含量的降低程度。总体上，与无膜栽培相比，覆膜栽培栽培模式可增加土壤碳库0.55 kg m-3，其中无机碳的贡献量为62%，显著大于有机碳的贡献量38%。覆膜栽培是我国农业上固碳减排的有效管理措施之一。