秸稈還田深度對(duì)土壤溫室氣體排放及玉米產(chǎn)量的影響

朱曉晴，安晶，馬玲，陳松嶺，李嘉琦，鄒洪濤，張玉龍

（沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部東北耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/土肥資源高效利用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，沈陽(yáng) 110866）

0 引言

【研究意義】近年來(lái)，氣候變暖對(duì)自然經(jīng)濟(jì)和人類(lèi)生活的影響已成為全球性問(wèn)題[1]。大氣中溫室氣體（CO2、CH4、N2O）濃度不斷增加是造成氣候變暖的主要原因，其中農(nóng)業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生的溫室氣體占人為源溫室氣體排放總量的10%—20%[2]。因此，農(nóng)田是溫室氣體排放的一個(gè)最重要的源[3]。秸稈作為物質(zhì)、能量和養(yǎng)分的載體，是一種很寶貴的可再生自然資源。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，秸稈資源豐富，年產(chǎn)量超過(guò)8.4×108t[4]。秸稈焚燒是較為常規(guī)的處理方式，但會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染，也是一種極大的資源浪費(fèi)。而秸稈還田既能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，增強(qiáng)土壤肥力，又能改良土壤結(jié)構(gòu)和微生物特性[5]，是當(dāng)今乃至今后的主要利用渠道[6]。然而，傳統(tǒng)的秸稈還田如覆蓋還田、留茬還田會(huì)帶來(lái)播種質(zhì)量差、病蟲(chóng)害增加、與作物爭(zhēng)奪氮素及影響溫室氣體排放等問(wèn)題[7-9]。秸稈深還不會(huì)影響農(nóng)民耕種，且能打破犁底層使深層有機(jī)質(zhì)增加，實(shí)現(xiàn)土壤固碳和溫室氣體減排。因此，探究不同還田深度對(duì)溫室氣體排放特征及作物產(chǎn)量的影響，確定合理的還田深度，對(duì)實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)及降低農(nóng)業(yè)溫室氣體排放具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】秸稈還田對(duì)溫室氣體排放的影響結(jié)論不盡相同。眾多研究結(jié)果認(rèn)為，秸稈還田會(huì)促進(jìn)土壤呼吸，增加CO2的排放[10-11]。宋秋來(lái)等[12]研究發(fā)現(xiàn)秸稈覆蓋還田增加了CO2的排放；吳潔[13]通過(guò)對(duì)麥田的研究得到，將秸稈集中溝埋至40 cm較秸稈溝埋至20 cm減少了CO2的排放量。秸稈還田通常會(huì)影響土壤DOC和N的有效性，進(jìn)而推動(dòng)CH4和N2O的排放[14]。國(guó)內(nèi)外對(duì)于秸稈還田對(duì)N2O排放的影響表現(xiàn)為不確定性，秸稈還田既可促進(jìn)N2O的排放[15]，也可抑制N2O的排放[16]；同時(shí)，N2O的排放量也會(huì)受到秸稈還田深度的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬結(jié)果證明秸稈還田至20 cm比還至10 cm更能減少農(nóng)田N2O的排放[17]，也有報(bào)道秸稈深還比秸稈表面覆蓋增加了N2O和CO2的排放[18]。對(duì)于秸稈還田影響CH4排放的研究大多集中于稻田，旱地農(nóng)田的研究相對(duì)較少，但相關(guān)研究均顯示旱地土壤是CH4的“弱匯”[19]。有研究發(fā)現(xiàn)麥秸均勻混合還田會(huì)增加稻田CH4的排放量，減少N2O的排放量，但是覆蓋還田CH4和N2O的排放量均會(huì)增加[20]。有研究認(rèn)為，秸稈粉碎覆蓋還田配施化肥能使麥田土壤CH4的排放減少27.3%[21]。田慎重等[22]研究發(fā)現(xiàn)秸稈深松還田較無(wú)秸稈還田使CH4的吸收量降低。【本研究切入點(diǎn)】目前，關(guān)于秸稈還田對(duì)溫室氣體排放的影響主要集中在秸稈還田量[23]、秸稈還田方式[24]、秸稈還田配施化肥[25]等方面，然而將秸稈還田至不同土層對(duì)溫室氣體排放的影響研究還不多見(jiàn)?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】為此，本研究采用大田微區(qū)試驗(yàn)探究秸稈不同還田深度對(duì)溫室氣體排放特征及產(chǎn)量的影響，明確秸稈最佳還田深度，以期為秸稈科學(xué)合理還田及溫室氣體減排提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于遼寧省沈陽(yáng)市沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)后山試驗(yàn)基地（123°56′ E，41°82′ N，海拔43 m），屬于溫帶半濕潤(rùn)大陸性氣候，年平均氣溫8.3℃，年平均降水量為710 mm。供試土壤為棕壤，其基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Basic properties of soils tested in different depths

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年5—9月進(jìn)行，供試作物為玉米，品種為京科968。試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)還田深度和一個(gè)不還田處理作為對(duì)照，試驗(yàn)小區(qū)用長(zhǎng)75 cm、寬45 cm、高50 cm的PVC塑料框分隔，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，共15個(gè)小區(qū)。為了保證供試土壤的均質(zhì)性，劃定小區(qū)后，將各小區(qū)土壤分4層（0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm和30—40 cm）取出，玉米秸稈粉碎后按層次與土壤混合（用量12 000 kg·hm-2），具體混合層次如下：（1）0—10 cm土壤與秸稈混合（T1）；（2）10—20 cm土層的土壤與秸稈混合（T2）；（3）20—30 cm土層的土壤與秸稈混合（T3）；（4）30—40 cm土層土壤與秸稈混合（T4）；（5）不施秸稈，原位回填（CK）。各小區(qū)還田層在還入秸稈的同時(shí)均加入57 g尿素，將C/N調(diào)整為25∶1，然后將各小區(qū)土壤按層次原位回填。氮磷鉀等肥料用量與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施肥一致（N-P-K=240-75-75），作為基肥一次性施用，于次日播種玉米，每個(gè)小區(qū)種植2株玉米，具體管理措施與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)大田生產(chǎn)管理一致。每個(gè)小區(qū)均按4個(gè)層次埋設(shè)定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)探針，監(jiān)測(cè)土壤水分和溫度，動(dòng)態(tài)變化如圖1所示。

1.3 觀測(cè)指標(biāo)與方法

1.3.1 溫室氣體采集與測(cè)定 溫室氣體的采集采用密閉式靜態(tài)箱法，采樣裝置由箱體和底座兩部分組成。箱體為透明有機(jī)玻璃材質(zhì)的長(zhǎng)方體（40 cm×40 cm×60 cm），內(nèi)部放置小風(fēng)扇，以保證箱內(nèi)氣體均勻分布；箱體上部插有溫度計(jì)，用于測(cè)定箱內(nèi)溫度。底座（40 cm×40 cm×25 cm）上表面周?chē)邪疾?，采氣時(shí)，用水密封凹槽，然后罩上箱體，以防止箱體與底座之間漏氣，使用注射器從取樣口抽取樣品。將底座埋入作物行間，入土約10 cm，在整個(gè)玉米生長(zhǎng)季箱體不再移動(dòng)。

氣體樣品的采集自播種后第2天開(kāi)始，以后每隔6 d采集一次，采樣時(shí)間均固定在上午8：00—11：00，采氣時(shí)將底座水槽中注水加以封閉，從箱體置于底座上開(kāi)始采集第一個(gè)樣品，之后每10 min采集一次，按照0、10、20、30 min的時(shí)間間隔從采氣口用50 mL注射器抽氣，抽取40 mL氣體注入真空氣袋中保存，共采集4個(gè)氣體樣品。同時(shí)記錄氣溫和箱內(nèi)溫度。

圖1 玉米生長(zhǎng)季土壤溫度和水分變化Fig.1 Changes of soil temperature and moisture during maize growing season

樣品采集后，在實(shí)驗(yàn)室用Agilent 7890B氣相色譜儀進(jìn)行分析，分析柱為Porpak.Q填充柱，柱箱溫度為40℃，所用載氣為高純度N2，N2O測(cè)定用電子捕獲檢測(cè)器（ECD），工作溫度為300℃，最低檢測(cè)下限為32 μg·kg-1；CO2和CH4的測(cè)定采用氫氣檢測(cè)器（FID），工作溫度為300℃，CO2的最低檢測(cè)下限為4 mg·kg-1，CH4的最低檢測(cè)下限為0.2 mg·kg-1。使用氣相色譜儀時(shí)均用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量中心的標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行標(biāo)定，每60個(gè)樣品做一次外標(biāo)工作曲線。根據(jù)氣體濃度隨時(shí)間的變化速率計(jì)算氣體排放通量，計(jì)算公式[26]為：

式中，F(xiàn)為溫室氣體排放通量，CO2、CH4、N2O 的單位分別是mg C·m-2·h-1、μg C·m-2·h-1、μg N·m-2·h-1；M為CO2、CH4或N2O的摩爾質(zhì)量（以純C或N計(jì)）（g·mol-1）；V0為標(biāo)準(zhǔn)狀況下氣體的摩爾體積（22.4 L·mol-1）；H為采樣箱的凈高度（m）；Δc/Δt為采樣箱內(nèi)溫室氣體濃度的變化率（μL·L-1·min-1），當(dāng)采樣箱內(nèi)4次濃度觀測(cè)值隨時(shí)間變化的線性相關(guān)系數(shù)大于0.95時(shí)，則視為觀測(cè)值有效[27]，可進(jìn)行通量計(jì)算；T為采樣過(guò)程中采樣箱內(nèi)的平均溫度（℃）；a為時(shí)間轉(zhuǎn)換因子（60 min·h-1）。采樣時(shí)箱內(nèi)氣體壓強(qiáng)幾乎不變，對(duì)CO2、CH4和N2O的影響可以忽略，因此計(jì)算時(shí)不考慮壓強(qiáng)的影響。

溫室氣體的累積排放量由相鄰兩次溫室氣體排放通量的平均值與兩次采樣時(shí)間間隔的乘積之和得到。

1.3.2 玉米產(chǎn)量測(cè)定 玉米收獲時(shí)，將各微區(qū)的玉米全部帶回實(shí)驗(yàn)室，考種測(cè)產(chǎn)，調(diào)查穗長(zhǎng)、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)和百粒重。

1.3.3 綜合增溫潛勢(shì)（GWP）和溫室氣體排放強(qiáng)度（GHGI）的計(jì)算 由于溫室氣體強(qiáng)度兼顧作物產(chǎn)量和綜合凈溫室效應(yīng)，是現(xiàn)階段低碳農(nóng)業(yè)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。因此，本研究以綜合增溫潛勢(shì)（GWP）來(lái)表示不同溫室氣體對(duì)全球變暖所造成的潛在效應(yīng)，在100年增溫尺度上，CH4和N2O的增溫潛勢(shì)為CO2的28和265倍[28]。綜合增溫潛勢(shì)計(jì)算公式[29-30]為：

式中，NECB 為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)凈碳收支，δSOC 為土壤有機(jī)碳的變化速率，NPP表示凈初級(jí)生產(chǎn)力，代表作物收獲時(shí)測(cè)定的總碳量（地上、地下部分）；Re為土壤呼吸；H 表示因農(nóng)田收獲物移出農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的總碳量，包括秸稈和籽粒碳量，可通過(guò)秸稈和籽粒的生物量乘以含碳率得到，玉米秸稈和籽粒的含碳率分別為0.47和0.39[31]；CH4-C和N2O-N 分別表示作物全生長(zhǎng)周期內(nèi)CH4碳和N2O氮累積排放量；M 表示農(nóng)田施入外源有機(jī)肥碳量[32]。16/12是從CH4-C轉(zhuǎn)化為CH4的系數(shù)；44/28是從N2O-N轉(zhuǎn)化為N2O的系數(shù)；44/12 是從土壤有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為CO2的系數(shù)。

單位產(chǎn)品的綜合凈溫室效應(yīng)即為溫室氣體強(qiáng)度GHGI（kg·t-1），其計(jì)算公式為：

GHGI = GWP/Y

式中，Y為作物產(chǎn)量（t·hm-2）。

思辨能力培養(yǎng)并非一般意義上的技能訓(xùn)練，它應(yīng)該是結(jié)合具體語(yǔ)境和主題內(nèi)容的技能訓(xùn)練。因此，應(yīng)該將思辨技能的培養(yǎng)融入課文內(nèi)容的學(xué)習(xí)中?！兜?tīng)柗茍?bào)告》中的詮釋、分析和解釋子技能可以歸結(jié)為對(duì)文本所要傳遞的思想的真正理解[11]61-65。在大學(xué)英語(yǔ)課堂學(xué)習(xí)中，對(duì)課文的理解應(yīng)該包含如下3個(gè)層次的內(nèi)容。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2013 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理；運(yùn)用IBM SPSS Statistics 22軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其中方差分析為單因素方差分析（one-way ANOVA），多重比較為Duncan法，平均值在＜0.05水平下差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；采用Origin 9.0 軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果

2.1 秸稈不同還田深度對(duì)土壤CO2排放的影響

秸稈不同還田深度下，玉米生長(zhǎng)季CO2排放通量的動(dòng)態(tài)變化如圖2所示。由圖2可知，在不同還田深度下，微區(qū)CO2的排放通量在整個(gè)玉米生長(zhǎng)季具有較明顯的變化，且變化趨勢(shì)總體相似，呈現(xiàn)雙峰型變化。CO2的排放通量在玉米生長(zhǎng)初期表現(xiàn)較高之后逐漸降低，又在生長(zhǎng)中期達(dá)到排放通量峰值，之后排放通量呈降低趨勢(shì)，整體趨勢(shì)表現(xiàn)為在降雨之后出現(xiàn)較大的波動(dòng)。CK、T1、T2、T3和T4處理的CO2的平均排放通量分別為95.8、115.2、116.7、117.6和108.5 mg C·m-2·h-1。由表2可知，在玉米整個(gè)生長(zhǎng)季，各處理CO2的累積排放量T3處理＞T2處理＞T1處理＞T4處理＞CK處理。CK的累積排放量為2 714.4 kg C·hm-2，T1、T2、T3、T4處理較CK處理顯著增加了19.6%、23.8%、28.6%和17.1%（P＜0.05）。T1處理土壤排放的CO2累積量高于T4處理，但差異不顯著。在玉米整個(gè)生長(zhǎng)季，CO2的排放通量與各土層溫度和含水量作相關(guān)性分析（表3）得到，土溫與CO2的排放通量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（r=0.739，n=84，P＜0.01），各層土壤含水量與CO2的排放通量表現(xiàn)為極顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.566，n=84，P＜0.01）。說(shuō)明隨著溫度的升高，CO2排放通量隨之增大，隨著土壤深度的增加，土壤含水量逐漸增加，CO2的排放量逐漸減小。

2.2 秸稈不同還田深度對(duì)CH4排放的影響

秸稈不同還田深度下，玉米生長(zhǎng)季CH4排放通量的變化如圖3所示。由圖3可知，不同還田深度，CH4的通量值有正有負(fù)，且呈波動(dòng)性變化。玉米生長(zhǎng)季CK、T1、T2、T3和T4處理的平均排放通量分別為-7.3、-2.4、-0.3、-2.0和-4.3 μg C·m-2·h-1。各處理CH4的累積排放量均為負(fù)值（表2），表現(xiàn)為吸收，其吸收量為CK處理＞T4處理＞T3處理＞T1處理＞T2處理，且各處理與CK之間差異顯著（P＜0.05）。

2.3 秸稈不同還田深度對(duì)N2O排放的影響

圖2 CO2排放通量動(dòng)態(tài)變化（箭頭表示降雨）Fig.2 Dynamics of CO2 emission fluxes of different treatments (Arrows for rainfall)

圖3 CH4排放通量動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Dynamics of CH4 emission fluxes under different treatments

圖4 N2O排放通量動(dòng)態(tài)變化Fig.4 Dynamics of N2O emission fluxes under different treatments

表2 秸稈不同還田深度下溫室氣體排放累積量Table 2 Cumulative emissions of greenhouse gases with different depths of straw returning

表3 溫室氣體排放通量與土壤含水量和溫度的相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of greenhouse gas emission flux with water content and temperature of soil

秸稈不同還田深度下N2O排放通量的動(dòng)態(tài)變化如圖4所示。由圖4可知，秸稈不同還田深度下，微區(qū)土壤N2O的通量排放模式為單峰型，整體趨勢(shì)隨著季節(jié)變化排放通量先增大后減小，在播種后第12天時(shí)取得排放通量最大值，78 d后各處理N2O排放逐漸趨于平穩(wěn)。CK、T1、T2、T3和T4處理的平均排放通量分別為436.6、542.4、955.3、677.2和508.1 μg N·m-2·h-1。由表2可以看出，N2O的累積排放量大T2處理＞T3處理＞T1處理＞T4處理＞CK處理，CK處理的N2O累積排放量最小，為13.6 kg N·hm-2，與CK相比，T1、T2、T3和T4處理累積排放量分別顯著增加了19.2%、111.3%、50.0%和12.8%（P＜0.05），但T1和T4處理之間沒(méi)有顯著差異。

2.4 秸稈不同還田深度對(duì)玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

秸稈不同還田深度下玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素如表4所示。由表4可知，T4處理的行粒數(shù)顯著高于CK、T1、T2和T3處理；從百粒重可以看出，T1和T2處理之間差異不顯著，T3和T4處理顯著高于CK，但T3和T4之間無(wú)顯著差異；各處理之間的穗粗和穗長(zhǎng)無(wú)顯著差異。

可以看出，秸稈還田顯著增加了玉米產(chǎn)量。與CK相比，各處理增產(chǎn)在5.6%—20.8%，T4處理產(chǎn)量為14.2 t·hm-2，增產(chǎn)效果最為顯著，增加了20.8%。T3和T4處理產(chǎn)量均顯著高于TI和T2處理，但T3和T4處理之間沒(méi)有顯著差異。

2.5 秸稈不同還田深度下溫室氣體綜合增溫潛勢(shì)和溫室氣體排放強(qiáng)度的估算

玉米生長(zhǎng)季不同還田深度下綜合增溫潛勢(shì)（GWP）和溫室氣體排放強(qiáng)度（GHGI）的估算結(jié)果如表5所示。由表5可知，在所有處理中T2處理對(duì)農(nóng)田綜合增溫潛勢(shì)的貢獻(xiàn)最大，與CK相比，TI、T2、T3和T4處理綜合增溫潛勢(shì)分別增加了23.8%、120.3%、54.3%和12.3%，T4處理的固碳效應(yīng)值最大，為0.54 t CO2-eq·hm-2；在各處理的產(chǎn)量具有明顯差異的情況下，溫室氣體排放強(qiáng)度（GHGI）也呈現(xiàn)出與GWP不同的變化趨勢(shì)。秸稈不同還田深度下溫室氣體排放強(qiáng)度為T(mén)2處理＞T3處理＞T1處理＞CK處理＞T4處理，T4處理的GHGI值最小，為410.87 kg·CO2-eq·t-1，低于其他處理，但是產(chǎn)量最高。

表4 秸稈不同還田深度對(duì)玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 4 Effects of different depths of straw returning on maize yield and yield components

表5 秸稈不同還田深度下的綜合凈增溫潛勢(shì)（GWP）和氣體排放強(qiáng)度（GHGI）Table 5 Changes of GWP and GHGI from the corn field under different depths of straw returning

3 討論

3.1 秸稈還田深度與土壤CO2的排放

秸稈不同還田深度的溫度和水分條件不同，對(duì)CO2的排放的影響也不同。研究表明在溫度較高或降雨過(guò)后CO2的排放會(huì)出現(xiàn)較大波動(dòng)，這是因?yàn)橄鄬?duì)較高的溫度下，微生物活性增強(qiáng)，氣體分子擴(kuò)散加快，從而使CO2排放量增加[35]。秸稈還至30—40 cm時(shí)CO2的排放量相對(duì)較少，一方面是因?yàn)榻斩掃€至10—20 cm和20—30 cm時(shí)，土層溫度相對(duì)較高，因此CO2排放量也較大，另一方面當(dāng)秸稈還至30—40 cm時(shí)，由于打破犁底層增加了土壤水分的入滲能力，水分向深層分布，使得該層土壤含水量較高，進(jìn)而增加了CO2在水中的溶解度以及CO2在土壤孔隙中的擴(kuò)散速率，因此減少了CO2向地面擴(kuò)散。

秸稈不同還田深度對(duì)土壤有機(jī)碳的固定也不同，于建光等[36]研究發(fā)現(xiàn)隨著土層加深，土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性逐漸上升，深層有機(jī)碳不易被生物利用，因此，還田至30—40 cm土壤呼吸相對(duì)較弱，減少CO2排放。淺還時(shí)，土壤表層水熱狀況良好，更容易使秸稈礦化，增加CO2的排放。

3.2 秸稈還田深度與CH4的排放

土壤CH4的排放要經(jīng)歷生成、氧化、傳輸和釋放3個(gè)過(guò)程。產(chǎn)甲烷菌在厭氧條件下產(chǎn)生CH4，在環(huán)境因子作用下向外擴(kuò)散，運(yùn)輸過(guò)程中可能會(huì)受到甲烷氧化菌的作用被氧化，因此只有部分能進(jìn)入大氣中[37]。有研究發(fā)現(xiàn)，旱地土壤CH4的排放量較低，多表現(xiàn)為吸收，這可能是因?yàn)楹档赝寥老鄬?duì)干燥，通氣狀況較好，氧氣更容易擴(kuò)散進(jìn)土壤，使CH4被氧化[38]；也可能是因?yàn)楹档赝寥烙袡C(jī)質(zhì)分解率高，不易于有機(jī)碳積累，從而影響CH4的產(chǎn)生和排放[39]。

本研究通過(guò)試驗(yàn)得出，在不同秸稈還田深度下，CH4的累積排放量均為負(fù)值，秸稈還田處理降低了土壤對(duì)CH4的吸收量。這可能是因?yàn)榻斩掃€田之后，使土壤通透性變好，氧氣更容易擴(kuò)散到土壤中，促進(jìn)了土壤中甲烷氧化菌和甲烷氧化酶的活性，增強(qiáng)了土壤吸收氧化CH4的能力[40]。

除此之外，T4處理的吸收量大于T1、T2和T3處理，這可能是因?yàn)榻斩掃€田至30—40 cm后，土壤對(duì)有機(jī)質(zhì)的固定作用增強(qiáng)，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)甲烷菌的基質(zhì)減少，降低CH4的排放。通過(guò)分析各土層溫度和含水量與CH4排放的相關(guān)關(guān)系（表3）發(fā)現(xiàn)，溫度與CH4的吸收通量之間沒(méi)有顯著關(guān)系，這可能是由于甲烷氧化菌對(duì)土壤溫度的反應(yīng)沒(méi)有產(chǎn)甲烷菌敏感，且在旱地土壤CH4的產(chǎn)生會(huì)受到限制[41]。玉米生長(zhǎng)季CH4的吸收與含水量亦無(wú)顯著關(guān)系，張靜[42]通過(guò)對(duì)小麥地的研究得出同樣的結(jié)論。

3.3 秸稈還田深度與N2O的排放

土壤N2O的排放主要包括硝化作用和反硝化作用兩個(gè)過(guò)程，且需要在土壤微生物的參與下完成[43]。關(guān)于秸稈還田對(duì)N2O排放的影響觀點(diǎn)不盡相同，有研究認(rèn)為秸稈還田可以通過(guò)改變土壤特性[44]，刺激土壤微生物活性來(lái)增加土壤微生物量，從而促進(jìn)反硝化作用增加N2O的排放[45-47]；郭騰飛等的研究卻表明秸稈還田可以顯著減少土壤N2O的排放[48]。本研究通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)秸稈還田會(huì)增加土壤N2O的排放量，還田至30—40 cm時(shí)，N2O的增加量最少。

N2O在播種后第12天排放通量有最大值，這可能與施肥有關(guān)。施肥可為土壤微生物提供大量有效氮，加快微生物的硝化、反硝化和礦化等過(guò)程，從而促進(jìn)N2O的排放[49]。秸稈還田至10—20 cm時(shí)，N2O的累積排放量最大，這可能是由于該土層接近地面，干濕交替頻繁，且溫度適宜有利于微生物的繁殖，從而加快秸稈腐解，促進(jìn)N2O的排放。還田至30—40 cm土層時(shí)，N2O的排放量相對(duì)較小。一方面，是由于深還田降低了土壤容重，使養(yǎng)分向深層釋放，增加了NO3--N，從而抑制反硝化酶的活性；另一方面，30—40 cm土層的土壤營(yíng)養(yǎng)匱乏程度高，秸稈還田之后增加了微生物對(duì)氮素的固持，降低了有效氮的濃度，從而抑制硝化和反硝化過(guò)程，使N2O排放降低[50]。

3.4 秸稈還田深度與玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

研究結(jié)果表明，秸稈還田均顯著提高了玉米產(chǎn)量，呂艷杰等[51]通過(guò)研究也得出相似的結(jié)論。秸稈還田至30—40 cm時(shí)產(chǎn)量增加最多，一方面可能是還田至30—40 cm增強(qiáng)了土壤的固碳效應(yīng)，提高了土壤生產(chǎn)力，另一方面可能由于還田至深層打破了犁底層，使土壤容重降低，為根系縱向生長(zhǎng)提供了充分生長(zhǎng)空間，從而滿足了玉米對(duì)養(yǎng)分和水分的需求，促進(jìn)玉米健康生長(zhǎng)[52-53]。

3.5 秸稈還田深度對(duì)綜合凈增溫潛勢(shì)和溫室氣體排放強(qiáng)度的影響

玉米生長(zhǎng)季的GWP主要來(lái)源于CO2和N2O的排放，而CH4在GWP中僅占很小的比例。本研究中各處理均增加了玉米生長(zhǎng)季溫室氣體的綜合增溫潛勢(shì)，而T4處理綜合增溫潛勢(shì)相對(duì)較小，這可能是由于T4處理的固碳效應(yīng)值最大，使土壤固定了大量有機(jī)碳的緣故。與CK相比，T1處理綜合增溫潛勢(shì)增加了23.8%，并且固碳效應(yīng)值最低，這表明由于秸稈還田于表層使土壤有機(jī)碳大量礦化。T2和T3處理的綜合增溫潛勢(shì)較高，可能是由于根系的生長(zhǎng)激發(fā)了土壤有機(jī)碳的礦化來(lái)汲取養(yǎng)分，但具體機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。溫室氣體排放強(qiáng)度（GHGI）兼顧了作物產(chǎn)量和綜合增溫潛勢(shì)，是現(xiàn)階段低碳農(nóng)業(yè)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。T4處理的溫室氣體排放強(qiáng)度很弱，低于CK和其他還田處理，這是玉米產(chǎn)量和溫室氣體累積排放量共同作用的結(jié)果，說(shuō)明秸稈深還田不僅能降低溫室氣體排放強(qiáng)度，還可以增強(qiáng)農(nóng)田的固碳效應(yīng)，提高土壤生產(chǎn)力，是較為理想的土壤改良培肥措施。

4 結(jié)論

4.1 整個(gè)玉米生長(zhǎng)季，秸稈不同還田深度顯著增加了CO2和N2O的排放，CO2的平均排放通量和累積量各處理均大于CK，還田至20—30 cm為最大，還至30—40 cm最小；N2O的平均排放通量和累積量同樣在秸稈還至30—40 cm最??；而對(duì)于CH4則表現(xiàn)為吸收，且各處理均降低了農(nóng)田土壤對(duì)CH4的吸收。

4.2 從綜合凈增溫潛勢(shì)（GWP）和溫室氣體排放強(qiáng)度（GHGI）來(lái)看，在100年尺度上，秸稈還田至30—40 cm土層可降低溫室氣體排放強(qiáng)度，玉米產(chǎn)量顯著增加20.8%。因此，秸稈還田至30—40 cm土層既可相對(duì)減緩溫室效應(yīng)，又能顯著增加玉米產(chǎn)量，符合農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的綜合目標(biāo)。