厚竹筍用林冬季二次覆蓋措施對土壤溫度及CO2排放的影響

陳 豪，邱盛媛，申 展, 2，楊飛強，周澤敏，黎祖堯, 2*

厚竹筍用林冬季二次覆蓋措施對土壤溫度及CO2排放的影響

陳 豪1，邱盛媛1，申 展1, 2，楊飛強1，周澤敏1，黎祖堯1, 2*

(1. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，南昌 330045；2. 江西省竹子種質(zhì)資源與利用重點實驗室，南昌 330045)

為探索筍用林在冬季采用二次覆蓋措施的土壤溫度和CO2排放速率及動態(tài)變化情況，分析枯餅施用量和谷殼覆蓋層厚度對土壤溫度和 CO2排放速率的影響，為凝練高效低碳覆蓋模式提供參考，設(shè)計枯餅（發(fā)熱物質(zhì)）施用量 15 和 18 t·hm-2、谷殼層（保溫材料）厚度 30 和 40 cm，分2次覆蓋于林地，共 4 種覆蓋模式，預(yù)埋地溫計每天觀測土壤溫度，采用 Li-8100A 土壤碳通量自動測定系統(tǒng)每天測定土壤CO2排放速率。結(jié)果表明，厚竹筍用林冬季林地二次覆蓋措施對土壤溫度和 CO2排放速率均有顯著影響（＜0.05)。覆蓋期內(nèi)土壤溫度呈現(xiàn)雙峰型動態(tài)曲線變化，第 1 次和第 2 次覆蓋后均出現(xiàn)一個明顯的高溫峰值區(qū)；土壤 CO2排放速率呈現(xiàn)單峰型動態(tài)曲線變化，峰值出現(xiàn)在第 2 次覆蓋后。不同覆蓋模式間土壤溫度和 CO2排放速率的動態(tài)變化規(guī)律相似，但峰谷值存在顯著差異（＜0.05)。隨著枯餅施用量的增加和谷殼覆蓋層厚度的增厚，土壤溫度升高，CO2排放速率加快；谷殼覆蓋層厚度是影響土壤溫度和 CO2排放的主要因子，30和40 cm 谷殼層厚度之間的土壤溫度和 CO2排放速率均存在顯著差異（＜0.05)，15 與 18 t·hm-2枯餅施用量間的土壤溫度和 CO2排放速率差異性不顯著（＞0.05)。土壤溫度與土壤 CO2排放速率之間存在顯著正相關(guān)性。厚竹筍用林林地冬季二次覆蓋措施可顯著提高土壤溫度和 CO2排放速率，綜合考慮增溫及低碳排放效果，二次覆蓋時，以第1次覆蓋施用枯餅7.5 t·hm-2、覆蓋谷殼10 cm，第2次覆蓋施用枯餅10.5 t·hm-2、覆蓋谷殼 20 cm 的模式較好。

厚竹筍用林；二次覆蓋；土壤溫度；CO2排放速率；枯餅；谷殼

筍用林覆蓋是指冬季在林地增施枯餅等發(fā)熱物質(zhì)，并覆蓋谷殼等保溫材料，通過發(fā)酵增溫來提高土壤溫度，改變竹筍自身的生長發(fā)育規(guī)律，達(dá)到提早出筍、提高出筍量、增加筍用林經(jīng)濟效益的一種竹林經(jīng)營管理模式[1]。前人研究表明，使用的覆蓋物質(zhì)及施用量不同，土壤溫度的峰值、谷值及動態(tài)變化規(guī)律不同[2-4]。采用有機物覆蓋可以改善土壤理化性質(zhì)，提高土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力及土壤微生物種群和數(shù)量[5-6]。土壤溫度的升高也會引起土壤酶和土壤微生物的變化，進而影響土壤的養(yǎng)分和質(zhì)量[7-8]，如降低土壤 pH，提高土壤堿解氮、速效鉀、速效磷和有機質(zhì)含量等[9]?？茖W(xué)的覆蓋措施可在一定程度上改良土壤[10]，但不合理的覆蓋或長期覆蓋經(jīng)營會造成土壤養(yǎng)分失衡[11]。相關(guān)研究表明，土壤細(xì)菌群落中的裝甲菌門和芽單胞菌門是影響土壤CO2-C排放的首要因子[12]，而有機覆蓋物能為土壤微生物提供營養(yǎng)基質(zhì)，間接影響土壤CO2排放。覆蓋模式不同，土壤溫度不同，土壤呼吸作用產(chǎn)生的CO2排放量也不同[13]。如冬小麥生育期采用全量秸稈覆蓋的土壤平均CO2呼吸速率為1.47 μmol·m-2·s-1，而生育期采用地膜覆蓋的土壤平均CO2呼吸速率為3.63 μmol·m-2·s-1[14]，秸稈和地膜覆蓋均顯著促進旱作玉米田土壤 CO2排放[15]。Fu等[16]的研究表明，秸稈覆蓋對玉米地土壤日呼吸速率和累積土壤呼吸的影響較大，秸稈覆蓋處理的土壤呼吸顯著高于不覆蓋處理，且呼吸速率隨溫度的升高而增加；Wang等[17]發(fā)現(xiàn)，地膜覆蓋顯著增加土壤 CO2排放，秸稈覆蓋下 CO2排放有所增加但程度不顯著；商雨晴等[18]也發(fā)現(xiàn)，與不覆蓋相比，秸稈覆蓋處理的土壤呼吸速率和累積碳排放量均有顯著提高，可通過增加土壤有機質(zhì)的輸入促進土壤呼吸。目前，筍用林覆蓋常用的是一次性將全部發(fā)熱物質(zhì)和保溫材料鋪于林地，優(yōu)點是簡單方便，但由于一次性將大量發(fā)熱物質(zhì)鋪于林地，加之覆蓋了較厚的保溫層，土壤溫度難以控制，并且由于早期氣溫較高，土壤容易受到高溫脅迫，造成減產(chǎn)甚至母竹受損現(xiàn)象[19]。

筍用林二次覆蓋模式是指將發(fā)熱物質(zhì)和保溫材料分 2 次覆蓋于林地上。第 1 次覆蓋施用發(fā)熱物質(zhì)總量的50%左右，谷殼保溫層覆蓋厚度10 ～ 20 cm；第 2 次覆蓋于第 1 次覆蓋3 ～ 4周后進行，在第 1 次覆蓋的保溫材料上面增施發(fā)熱物質(zhì)和覆蓋保溫材料。分2次覆蓋可有效延長并控制發(fā)熱物質(zhì)的發(fā)熱期和土壤高溫期，提高竹筍的產(chǎn)量和效益，同時避免發(fā)生覆蓋初期氣溫較高造成土壤高溫脅迫[19]的問題。目前，關(guān)于二次覆蓋模式下土壤溫度和CO2排放的動態(tài)變化規(guī)律及發(fā)熱物質(zhì)施用量和保溫層厚度的影響程度等問題尚鮮見報道。厚竹（‘Pachyloen’）是江西省特有的筍、材品質(zhì)均優(yōu)的毛竹（）變異類型，因竹稈壁厚且性狀穩(wěn)定而不同于毛竹，2008 年獲國家林業(yè)局植物新品種權(quán)[20]，2017 年被審定為國家級優(yōu)良品種。厚竹筍的營養(yǎng)成分含量高于毛竹筍，且大小年差異不明顯[21-22]，作為筍用竹種有廣闊的推廣前景。本試驗以厚竹筍用林為對象，研究二次覆蓋措施下，覆蓋期內(nèi)土壤的溫度和 CO2排放速率的動態(tài)變化規(guī)律，并分析枯餅（發(fā)熱物質(zhì)）施用量和谷殼（保溫材料）層厚度對土壤溫度和 CO2排放速率的影響，旨在為進一步研究高效低碳的厚竹筍用林二次覆蓋模式提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于江西省貴溪市鴻塘鎮(zhèn)，28°17′44.91″ N，117°14′24.26″ E，海拔 50 m，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，光照充足，雨量豐沛，無霜期長。年平均氣溫 18.2 ℃，最冷月平均氣溫 10 ℃，極端低溫﹣5 ℃。試驗區(qū)地勢平坦，灌溉條件良好，土壤類型為紅壤，土層深厚＞60 cm，微酸性，適宜厚竹生長。試驗區(qū)內(nèi)2013年營造成片厚竹林面積15 hm2，林分生長正常，立竹密度 9 000 株·hm-2，立竹平均胸徑4 cm。

表1 樣地覆蓋模式

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計 樣地設(shè)置：將試驗區(qū)分為4片（4個重復(fù)），每片設(shè)置 5 個試驗樣地，每個樣地面積 36 m2（6 m×6 m），隨機安排1種覆蓋模式（表1）。在每個樣地中央（5 m×5 m 范圍內(nèi)）劃分 25 個 1 m×1 m 的樣方，選擇正中央、東北角和西南角 3 個樣方作為土壤溫度和CO2排放速率的調(diào)查樣方。在每個調(diào)查樣方中預(yù)埋 1 個直徑 20 cm 的 PVC 管（土壤 CO2排放通量測量筒），1 組地溫計（0、10和20 cm 土層各一只，地溫計精度為 0.1℃）。

樣地覆蓋：采用分二次覆蓋模式。第 1 次覆蓋時間為2019年12月3日，首先在每個調(diào)查樣方中預(yù)埋1組地溫計，然后對林地澆水至濕潤土層15 cm；澆水后，按照樣地覆蓋模式編號，將設(shè)計的第1次枯餅施用量均勻撒施于整個樣地；撒施枯餅后，在所選調(diào)查樣方中放置1根PVC管，PVC管的長度為本樣地覆蓋模式的2次谷殼覆蓋厚度之和再加6 cm，最后覆蓋新鮮谷殼至本樣地所設(shè)計的第1次谷殼覆蓋厚度要求，PVC管內(nèi)覆蓋同樣厚度的谷殼。第2次覆蓋于2019年12月24日，先將該樣地第2次覆蓋的設(shè)計枯餅用量均勻撒施于第 1 次覆蓋的谷殼上方（含PVC管內(nèi)），然后再覆蓋20 cm的新鮮谷殼。

1.2.2 土壤溫度和CO2排放速率測量 自2019年12月05日起至2020年1月22日，每天10:00—12:00觀測不同土層土壤溫度，13:00—14:00用 Li-8100A 土壤碳通量自動測量系統(tǒng)測量土壤CO2排放速率。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析 采用Microsoft Excel 2019整理數(shù)據(jù)；SPSS26統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進行分析；OriginPr2020進行圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 二次覆蓋模式對土壤溫度的影響

2.1.1 覆蓋期內(nèi)土壤溫度動態(tài)變化規(guī)律 由圖1可知，與一次性覆蓋措施下土壤溫度呈單峰型曲線動態(tài)變化[2]不同，厚竹筍用林林地實施二次覆蓋模式時，覆蓋期內(nèi)土壤溫度呈雙峰型曲線變化。第1次覆蓋因為谷殼層較薄，保溫效果較差，覆蓋后土壤溫度緩慢上升，2周后達(dá)到峰值；之后由于發(fā)熱量隨著未分解發(fā)熱物質(zhì)的減少而減小，土壤溫度下降。第2次覆蓋時增加了發(fā)熱物質(zhì)，同時加厚了谷殼層，保溫效果加強，加上土壤溫度已較高，微生物活動旺盛，所以第2次覆蓋后土壤溫度快速上升，1周后即達(dá)到第2個峰值。之后隨著未分解發(fā)熱物質(zhì)的逐漸減少及環(huán)境溫度的下降，土壤溫度也開始緩慢下降。4種覆蓋模式的土壤溫度動態(tài)變化基本一致，但由于枯餅施用量和谷殼層厚度不同，不同覆蓋模式的高溫峰值及變化幅度有所不同。不同土層深度的溫度變化規(guī)律基本一致，但隨著土層深度的增加，土壤溫度動態(tài)變化比較平穩(wěn)，高溫峰值出現(xiàn)時間推遲，峰谷值之間的差值縮小。原因是土壤具有一定的隔熱保溫作用，隨著土層深度的增加，土壤溫度變化對地表及大氣溫度的響應(yīng)強度減弱[23]。

圖1 覆蓋期內(nèi)土壤溫度動態(tài)變化

Figure 1 Dynamic changes of temperature in soil layers at different depths

2.1.2枯餅施用量和谷殼層厚度對土壤溫度的影響

由表2可知，同一土層不同覆蓋模式間整個覆蓋期內(nèi)的平均土壤溫度差異顯著（＜0.05），說明覆蓋模式對土壤溫度的影響顯著；同一覆蓋模式不同土層之間的溫度差異不顯著(＞0.05），說明土層厚度對土壤溫度有一定影響，但影響程度不顯著。進一步分析覆蓋期內(nèi)不同時期不同覆蓋模式間表層土壤溫度的差異性，結(jié)果（表3）顯示，覆蓋后的前1周不同覆蓋模式之間的表層土壤溫度均無顯著差異（＞0.05），但覆蓋后的第3周開始，特別是第2次覆蓋之后，不同覆蓋模式間的表層土壤溫度出現(xiàn)了顯著差異，并且均是模式Ⅲ和模式Ⅳ的表層土壤溫度顯著高于模式Ⅰ和模式Ⅱ，說明40 cm厚谷殼層的保溫效果顯著高于30 cm厚的谷殼層，但10 cm和20 cm厚的谷殼層保溫效果差異不顯著。另外，整個覆蓋期內(nèi)，表層土壤溫度基本上都表現(xiàn)為：模式Ⅱ＞模式Ⅰ、模式Ⅳ＞模式Ⅲ，但差異性未達(dá)到顯著程度，說明增加枯餅施用量可提高土壤溫度，但15和18 t·hm-2的枯餅施用量對表層土壤溫度的影響不顯著。

表2 不同處理模式的土壤溫度（均值±標(biāo)準(zhǔn)差）

注：同列不同小寫字母表示不同覆蓋模式差異顯著（＜0.05），同行不同大寫字母表示不同土層差異顯著（＜0.05）。

表 3 不同覆蓋模式0 cm土層溫度（均值±標(biāo)準(zhǔn)差）

注：同行中不同小寫字母表示同一天不同覆蓋模式的土壤溫度有顯著性差異（＜0.05）。

圖2 不同覆蓋模式的CO2日排放速率動態(tài)變化

Figure 2 The dynamic change of CO2emission rate under different coverage modes

2.2 二次覆蓋對土壤CO2排放速率的影響

2.2.1 覆蓋期內(nèi)土壤CO2排放速率動態(tài)變化規(guī)律 從圖2看出，4種覆蓋模式覆蓋期內(nèi)土壤CO2排放速率的動態(tài)變化均呈單峰型曲線變化。第1次覆蓋后，土壤CO2排放速率緩慢上升；第2次覆蓋后的次日土壤CO2排放速率急劇升高，之后緩慢上升，1周后達(dá)到峰值，之后快速下降，3天后下降速度變緩并出現(xiàn)小幅波動。未覆蓋竹林的土壤CO2排放速率峰值和平均值均遠(yuǎn)低于覆蓋竹林，而且變化比較平穩(wěn)。與一次覆蓋模式[23]比較，二次覆蓋模式的土壤CO2排放速率顯著提高，并且出現(xiàn)了第2次覆蓋后第3日急速上升及1周后急速下降的現(xiàn)象。4種覆蓋模式的土壤CO2排放速率的峰值差異大，但動態(tài)變化規(guī)律相似。

2.2.2 枯餅用量及谷殼層厚度對土壤CO2排放速率的影響 比較不同覆蓋模式下土壤CO2排放速率的差異性，結(jié)果如表4（表中數(shù)據(jù)表示整個覆蓋期內(nèi)4塊重復(fù)處理樣地的CO2排放速率的均值）。覆蓋期內(nèi)，4種覆蓋模式的土壤CO2平均排放速率均顯著高于對照組（＜0.05），說明覆蓋處理顯著提高了土壤的CO2排放量。4種覆蓋模式間的土壤CO2排放速率存在顯著差異，其中不同谷殼層厚度處理的間差異顯著，而不同枯餅施用量間的差異不顯著，說明覆蓋模式對土壤CO2排放速率的影響顯著，影響CO2排放速率的主要因素是谷殼覆蓋層厚度。

表4 不同覆蓋模式下的CO2排放速率（均值±標(biāo)準(zhǔn)差）

注：同行中不同小寫字母表示差異顯著（＜0.05）。

注：同行中不同小寫字母表示同一天的土壤 CO2排放速率差異顯著（＜0.05）。

表6 CO2排放速率與土壤溫度相關(guān)系數(shù)及回歸方程

注：**表示CO2排放速率與土壤溫度存在極顯著相關(guān) (＜0.01)。

進一步分析覆蓋期內(nèi)不同時期4種覆蓋模式的土壤CO2排放速率差異性，結(jié)果如表5。整個覆蓋期內(nèi)，土壤CO2排放速率基本呈現(xiàn)模式Ⅳ＞模式Ⅲ＞模式Ⅱ＞模式Ⅰ，說明覆蓋時增加枯餅施用量和谷殼層厚度可提高土壤CO2排放速率。不同覆蓋模式間的顯著性差異主要出現(xiàn)在覆蓋后的第3和第4周，特別是第2次覆蓋后的1周內(nèi)差異非常大，且均表現(xiàn)為模式Ⅳ和模式Ⅲ的土壤CO2排放速率顯著高于模式Ⅱ和模式Ⅰ，而模式Ⅱ和模式Ⅰ之間及模式Ⅳ和模式Ⅲ之間差異不顯著。說明15與18 t·hm-2枯餅施用量之間的土壤CO2排放速率無顯著差異，40 cm谷殼覆蓋層的土壤CO2排放速率顯著高于30 cm谷殼覆蓋層的土壤CO2排放速率，且差異主要出現(xiàn)在土壤CO2排放速率高的峰值區(qū)。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

3.1.1 二次覆蓋措施對土壤溫度有顯著影響 目前在筍用林覆蓋中增溫材料主要有竹葉、谷殼、稻草、麥稈、有機肥等，實行一性覆蓋時，覆蓋材料不同，增溫效果不相同[24-25]；覆蓋方式不同，如僅覆蓋發(fā)熱物質(zhì)[26]、發(fā)熱物質(zhì)+保溫層[2]、發(fā)熱物質(zhì)+中層材料+保溫層[27]等，增溫效果也不一樣。本研究表明，同種增溫材料因施用量不同，增溫效果也不同。

二次覆蓋措施可顯著提高土壤溫度，與一次覆蓋模式的土壤溫度呈現(xiàn)單峰型曲線動態(tài)變化不同[2-3]，二次覆蓋模式的土壤溫度呈現(xiàn)雙峰型動態(tài)變化曲線，并且第1次覆蓋后的土壤高溫峰值低于一次覆蓋模式，而第2次覆蓋后的土壤高溫峰值高于一次覆蓋模式，20 ℃以上的土壤有效高溫持續(xù)時間更長。原因是第1次覆蓋時谷殼保溫層較薄，保溫效果差，枯餅分解釋放的熱量散失較快，故高溫峰值較低；第2次覆蓋時不但增加了枯餅量，第1次和第2次施入的枯餅同時分解發(fā)熱，而且土壤溫度比較高，相關(guān)研究表明增溫能夠提高土壤酶的活性[28]，影響土壤微生物群落，促進枯餅分解放熱，并且新增加的20 cm谷殼層能有效阻止熱量的散失，所以，第2次覆蓋后，土壤溫度不但升溫速度快，而且高溫峰值更高。

本試驗結(jié)果表明，二次覆蓋措施可提高土壤有效積溫，延長土壤溫度高于20 ℃的時間，有利于促進竹筍萌發(fā)，提高竹筍產(chǎn)量和效益。4種覆蓋模式的土壤溫度動態(tài)變化規(guī)律相似，但不同覆蓋模式的高溫峰值及出現(xiàn)時間有差異。第1次覆蓋隨著谷殼保溫層厚度的增加，土壤溫度高溫峰值升高，高溫峰值出現(xiàn)時間推后；第2次覆蓋后，隨著谷殼保溫層厚度的增加，土壤高溫峰值升高，但高溫峰值出現(xiàn)時間提前，原因可能是谷殼層越厚，土壤溫度越高，微生物活動能力更強，分解枯餅速度越快。在枯餅施用量和谷殼層厚度2個覆蓋因子中，谷殼層厚度是影響土壤溫度的首要因子，這與程慧娟等[2]的研究結(jié)果一致。40 cm谷殼覆蓋層的土壤溫度顯著高于30 cm谷殼覆蓋層的土壤溫度；隨著枯餅施用量的增加，土壤高溫峰值有所提高，但15 t·hm-2與18 t·hm-2的枯餅施用量之間土壤高溫峰值差異未達(dá)到顯著水平。

3.1.2 二次覆蓋措施可提高土壤CO2排放速率并改變其動態(tài)變化規(guī)律 有機物覆蓋可增加土壤中DOC（溶解性有機碳）含量，提高了土壤脲酶、酸性磷酸酶、蛋白酶和纖維素酶活性[31]，為土壤微生物提供了大量碳源，提高微生物的數(shù)量和活性[32]，還能促進竹子根系和竹筍的代謝活動。所以，土壤覆蓋可直接影響土壤理化性質(zhì)和土壤微生物群落而影響土壤CO2排放速率，同時可通過提高土壤溫度間接提高土壤CO2排放速率[29-30]；不同的覆蓋處理，對土壤養(yǎng)分及土壤酶活性的影響程度不同[33]，對土壤CO2排放速率的影響程度不同。

筍用林二次覆蓋措施不但增加了土壤養(yǎng)分，還顯著提高了土壤溫度，從而提高了土壤CO2排放速率，平均排放速率是未覆蓋林地的4.24 ～ 6.23倍，并且改變了土壤CO2排放速率的動態(tài)變化規(guī)律。與一次覆蓋模式相似，呈單峰型曲線動態(tài)變化[34]，但出現(xiàn)了明顯的峰值區(qū)，且峰值顯著高于一次覆蓋模式。4種覆蓋模式的峰值都出現(xiàn)在覆蓋后的第4周，并且有急速上升和下降過程。原因是第1次覆蓋后，土壤溫度相對較低，微生物分解枯餅速度較慢，土壤CO2排放速率較低，沒有出現(xiàn)明顯的土壤CO2排放峰值；但第2次覆蓋后，因土壤溫度升高，促進第1次放入的枯餅分解，增加了土壤有機質(zhì)、全氮等土壤養(yǎng)分[35]，提高了土壤微生物和酶的活性，導(dǎo)致土壤CO2排放速率急速上升。但旺盛的微生物活動加快了枯餅的分解速度，使未分解枯餅數(shù)量大量減少，土壤溫度快速下降，又導(dǎo)致土壤CO2排放速度出現(xiàn)快速下降現(xiàn)象。土壤CO2排放速率的峰值出現(xiàn)時間晚于土壤溫度峰值出現(xiàn)時間，原因可能是隨著土壤溫度的升高，土壤微生物的種群和個體繁殖速度加快，但種群和個體數(shù)量均達(dá)到最多需要有一定的累積時間。

本試驗結(jié)果表明，實施二次覆蓋措施的平均土壤CO2排放量均高于48.53 μmol·m-2·s-1，顯著高于未實施覆蓋措施的對照樣地，并且明顯高于一次覆蓋模式的土壤CO2排放速率。不同的覆蓋模式，因谷殼層厚度及發(fā)熱物質(zhì)枯餅的施用量不同，增加的土壤養(yǎng)分和溫度不同，導(dǎo)致CO2排放速率不同，表現(xiàn)為模式Ⅳ＞模式Ⅲ＞模式Ⅱ＞模式Ⅰ。谷殼層厚度對土壤CO2排放速率的影響顯著，40 cm谷殼層覆蓋模式的土壤CO2排放速率顯著高于30 cm谷殼層覆蓋模式，其差異主要出現(xiàn)在土壤CO2排放速率高的峰值區(qū)間。隨著覆蓋時枯餅施用量的增加，土壤CO2的平均排放速率及峰值均會提高，但15 t·hm-2與18 t·hm-2的枯餅施用量之間土壤CO2排放速率的差異性未達(dá)到顯著程度。

3.1.3 土壤溫度與土壤CO2排放速率存在顯著的正相關(guān)性 解夢怡等[15]研究發(fā)現(xiàn)，25 ℃與35 ℃條件下旱作玉米田的土壤平均呼吸速率比15 ℃條件下分別增加了17.0%和36.8%；宋長春等[23]也發(fā)現(xiàn)，土壤溫度對土壤CO2排放速率有顯著影響。本試驗表明，在一定范圍內(nèi)，土壤CO2排放速率與土壤溫度之間的關(guān)系可用指數(shù)方程描述，土壤CO2排放速率與0、10和20 cm土層溫度的相系系數(shù)分別為0.747、0.704和0.663，相關(guān)性均達(dá)到顯著正相關(guān)水平。0、10和20 cm 3個土層的溫度可分別由解釋55.8%、49.6%和43.9%的土壤CO2排放速率變異性（表6）。通過3個不同土層溫度的指數(shù)回歸分析，可計算出不同土層的土壤呼吸的溫度敏感性（表6）。表6中Q10為土壤呼吸隨溫度變化的程度，即溫度每升高10 ℃，土壤呼吸增加的倍數(shù)[36]，Q10值呈現(xiàn)0 cm＜10 cm＜20 cm，說明隨著土壤深度增加，土壤呼吸隨溫度的變化程度越大。

3.2 結(jié)論

厚竹筍用林冬季覆蓋采用二次覆蓋模式，可顯著提高土壤溫度，并延長高溫持續(xù)時間，有利于促進竹筍萌發(fā)并提高竹筍產(chǎn)量，但同時也提高了土壤CO2的排放速率和排放量。實行二次覆蓋模式時，覆蓋期內(nèi)土壤溫度呈雙峰型曲線動態(tài)變化，土壤CO2排放速率呈單峰型曲線動態(tài)變化。隨著枯餅施用量的增加和谷殼覆蓋層厚度的增厚，土壤溫度升高，CO2排放速率加快，其中谷殼層厚度是影響土壤溫度和CO2排放的主要因子，40 cm谷殼層的土壤溫度和CO2排放速率顯著高于30 cm谷殼層的覆蓋模式，15 t·hm-2與18 t·hm-2的枯餅施用量之間的土壤溫度和CO2排放速率差異不顯著。土壤溫度與土壤CO2排放速率之間存在顯著正相關(guān)性。綜合考慮增溫及低碳排放效果，二次覆蓋模式以第1次覆蓋施用枯餅7.5 t·hm-2、覆蓋谷殼10 cm及第2次覆蓋施用枯餅10.5 t·hm-2、覆蓋谷殼20 cm的模式比較好。

[1] 邵香君, 周菊敏, 王明芳, 等. 臨安雷竹早出覆蓋生產(chǎn)技術(shù)[J]. 中國蔬菜, 2018(11): 84-88.

[2] 程慧娟, 申展, 陳怡君, 等. 枯餅、谷殼和水分對覆蓋厚竹林土壤溫度的影響[J]. 經(jīng)濟林研究, 2020, 38(4): 169-176.

[3] 楊邦國, 申展, 沈?qū)W桂, 等. 雷竹林覆蓋不同發(fā)熱物質(zhì)發(fā)熱規(guī)律及對土壤溫度的影響[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報, 2021, 41(2): 89-96.

[4] 王海霞, 彭九生, 程平, 等. 幾種覆蓋材料對雷竹林地土壤增溫效果研究[J]. 世界竹藤通訊, 2015, 13(4): 9-12.

[5] 孫志祥, 李敏, 韓上, 等. 有機肥部分替代化肥和秸稈還田對雙季稻產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收及土壤肥力的影響[J]. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2020, 47(6): 1012-1016.

[6] 黃界潁, 阮仁杰, 王擎運, 等. 不同耕作模式下秸稈還田對潮土肥力特征的影響[J]. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2018, 45(4): 664-669.

[7] 郭欣欣, 張蓉, 董祿信, 等. 不同秸稈覆蓋量對土壤養(yǎng)分及馬鈴薯產(chǎn)量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)科技與信息, 2021(17): 52-56.

[8] 魏宏磊. 冷涼地區(qū)不同地膜覆蓋對玉米田土壤溫度、養(yǎng)分和酶活性的影響[D]. 長春: 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué), 2021.

[9] 戴振建, 徐高, 姜訓(xùn)剛, 等. 不同覆蓋方式對梨園土壤養(yǎng)分、凈光合速率及產(chǎn)量的影響[J]. 果樹資源學(xué)報, 2021, 2(5): 34-37.

[10] 劉燕青, 王計磊, 李子忠. 秸稈覆蓋對土壤水分和侵蝕的影響研究進展[J]. 水土保持研究, 2021, 28(6): 429-436.

[11] 王波, 李琴, 朱煒, 等. 毛竹林覆蓋經(jīng)營對土壤養(yǎng)分含量、酶活性及微生物生物量的影響[J]. 林業(yè)科學(xué), 2019, 55(1): 110-118.

[12] 蔡雪梅. 黃土高原雨養(yǎng)區(qū)苜蓿種植年限影響土壤碳排放的微生物驅(qū)動機制[D]. 蘭州: 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué), 2021.

[13] 尹春梅, 謝小立, 王凱榮. 稻草覆蓋對冬閑稻田二氧化碳通量的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2008, 19(1): 115-119.

[14] 官情, 王俊, 宋淑亞, 等. 黃土旱塬區(qū)不同覆蓋措施對冬小麥農(nóng)田土壤呼吸的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2011, 22(6): 1471-1476.

[15] 解夢怡, 商雨晴, 趙發(fā)珠, 等. 不同覆蓋方式下旱作玉米田土壤呼吸對溫度變化的響應(yīng)[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2020, 31(2): 467-473.

[16] FU X, WANG J, XIE M Y, et al. Increasing temperature can modify the effect of straw mulching on soil C fractions, soil respiration, and microbial community composition[J]. PLoS One, 2020, 15(8): e0237245.

[17] WANG H M, ZHENG J, FAN J L, et al. Grain yield and greenhouse gas emissions from maize and wheat fields under plastic film and straw mulching: a meta-analysis[J]. Field Crops Res, 2021, 270: 108210.

[18] 商雨晴, 解夢怡, 王俊, 等. 不同覆蓋措施下旱作玉米田土壤呼吸對氮添加的響應(yīng)[J]. 西北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2020, 50(5): 711-719.

[19] 沈?qū)W桂, 申展, 楊邦國, 等. 覆蓋雷竹林土壤高溫脅迫對竹筍萌發(fā)和筍體大小的影響[J]. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2020, 42(5): 1013-1021.

[20] 黎祖堯, 李曉霞. 厚竹種質(zhì)性狀與生理活性研究綜述[J]. 經(jīng)濟林研究, 2013, 31(2): 167-170.

[21] 陳阿麗, 趙婉琪, 阮羽清, 等. 厚竹出退筍規(guī)律及退筍過程中營養(yǎng)成分的變化[J]. 林業(yè)科學(xué), 2019, 55(12): 32-40.

[22] 李苑, 張艷華, 黎祖堯, 等. 厚竹筍營養(yǎng)的地域變異及對生長環(huán)境的響應(yīng)[J]. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2018, 45(1): 64-69.

[23] 宋長春, 王毅勇. 濕地生態(tài)系統(tǒng)土壤溫度對氣溫的響應(yīng)特征及對CO2排放的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2006, 17(4): 4625-4629.

[24] 佘遠(yuǎn)國, 江雄波, 肖創(chuàng)偉, 等. 雷竹覆蓋栽培技術(shù)[J]. 經(jīng)濟林研究, 2013, 31(4): 198-202.

[25] 張有珍, 何鈞潮, 鄭惠君. 肥料種類及施肥深度對覆蓋雷竹林的影響[J]. 浙江林業(yè)科技, 2011, 31(3): 40-43.

[26] 丁勝華, 谷戰(zhàn)英, 陳建華, 等. 不同地表覆蓋對地溫及竹筍生長的影響[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報, 2014, 34(3): 58-60.

[27] 陳洪, 簡霽, 楊東生, 等. 不同覆蓋模式對毛竹林出筍的影響[J]. 四川林業(yè)科技, 2019, 40(1): 43-47.

[28] 楊玉蓮. 模擬增溫對高山森林土壤微生物和酶活性的影響[D]. 雅安: 四川農(nóng)業(yè)大學(xué), 2012.

[29] 任萬軍, 黃云, 吳錦秀, 等. 免耕與秸稈高留茬還田對拋秧稻田土壤酶活性的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2011, 22(11): 2913-2918.

[30] 王寧, 羅佳琳, 趙亞慧, 等. 不同麥秸還田模式對稻田土壤微生物活性和微生物群落組成的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2020, 39(1): 125-133.

[31] 吳靜, 陳書濤, 胡正華, 等. 不同溫度下的土壤微生物呼吸及其與水溶性有機碳和轉(zhuǎn)化酶的關(guān)系[J]. 環(huán)境科學(xué), 2015, 36(4): 1497-1506.

[32] 李鍵, 劉鑫銘, 姚成碩, 等. 武夷山國家公園不同林地土壤呼吸動態(tài)變化及其影響因素[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2021, 41(9): 3588-3602.

[33] 劉長源, 焦鳳麗, 洪圣哲, 等. 不同覆蓋處理對土壤酶活性和土壤養(yǎng)分的影響[J]. 華北農(nóng)學(xué)報, 2021, 36(S1): 246-252.

[34] 楊飛強，周澤敏，申展，等. 林地覆蓋對雷竹林土壤CO2排放速率的影響[J]. 中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報, 2022, 42(6): 75-84.

[35] 朱利霞, 曹萌萌, 桑成琛, 等. 生物有機肥替代化肥對玉米土壤肥力及酶活性的影響[J]. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2022, 40(1): 67-72.

[36] DAVIDSON E A, JANSSENS I A, LUO Y Q. On the variability of respiration in terrestrial ecosystems: moving beyond Q10[J]. Glob Change Biol, 2006, 12(2): 154-164.

Effects of winter secondary mulching measures on soil temperature and CO2emissions of‘Pachyloen’ shoot forest

CHEN Hao1, QIU Shengyuan1, SHEN Zhan1, 2, YANG Feiqiang1, ZHOU Zemin1, LI Zuyao1, 2

(1. College of Forestry, Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045;2. Jiangxi Provincial Key Laboratory for Bamboo Germplasm Resources and Utilization, Nanchang 330045)

In order to provide a reference for condensing the high-efficiency and low-carbon coverage model, we explored the soil temperature, CO2emission rate and dynamic changes of bamboo shoot forests with secondary mulching measures in winter, and analyzed the effects of dry cake application amount and chaff cover thickness on soil temperature and CO2emission rate. The application rate of dry cake (heat-generating material) was designed to be 15 and 18 t·hm-2, and the thickness of chaff layer (insulation material) was 30 cm and 40 cm. The woodland was covered twice, with a total of four covering modes. The soil temperature was observed with a pre-buried geothermometer, and the soil CO2emission rate was measured every day using Li-8100A soil carbon flux automatic measurement system. As results, the secondary mulching measures of bamboo shoot forest in winter had significant effects on soil temperature and CO2emission rate (< 0.05). During the mulching period, the soil temperature showed a change trend of bimodal dynamic curve, and there was an obvious high temperature peak area after the first and second mulching; the soil CO2emission rate showed a change trend of unimodal dynamic curve, and the peak appeared after the second mulching; the dynamic changes of soil temperature and CO2emission rate among different mulching patterns were similar, but there were significant differences in peak and valley values (< 0.05). With the increase of the dry cake application rate and the thickening of the chaff cover, the soil temperature increased, and the CO2emission rate accelerated; the thickness of the chaff cover was the main factor affecting the soil temperature and CO2emission, and there were significant differences in soil temperature and CO2emission rate between the thicknesses of 30 and 40 cm (< 0.05), while there was no significant difference in soil temperature and CO2emission rate between 15 and 18 t·hm-2dry cake application rates (> 0.05). There was a significant positive correlation between soil temperature and soil CO2emission rate. In conclusion, secondary mulching measures in thick bamboo woodland in winter can significantly increase soil temperature and CO2emission rate. Considering the effects of temperature increase and low carbon emission comprehensively, it is better to cover 7.5 t·hm-2of dry cake and 10 cm of chaff in the first mulching, and apply 10.5 t·hm-2of dry cake and 20 cm of chaff in the second mulching.

‘Pachyloen’ bamboo shoot forest; secondary mulching; soil temperature; CO2emission rate; dry cake; chaff

S795

A

1672-352X (2022)06-0885-08

10.13610/j.cnki.1672-352x.20230106.005

2023-01-09 09:14:23

[URL] https://kns.cnki.net/kcms/detail//34.1162.S.20230106.1200.007.html

2022-03-04

“十二五”國家科技支撐計劃（2015BAD04B01）和江西省林業(yè)局林業(yè)科技創(chuàng)新專項（[2019]02號）共同資助。

陳 豪，碩士研究生。E-mail：arnobiubiubiu@163.com

黎祖堯, 教授。E-mail：jxlizuyao@126.com