秸稈隔層結合春灌對河套灌區(qū)鹽堿地土壤呼吸及其溫度敏感性的影響

于茹，宋佳珅，張宏媛，常芳弟，王永慶，王希全，王婧，王偉妮，李玉義

秸稈隔層結合春灌對河套灌區(qū)鹽堿地土壤呼吸及其溫度敏感性的影響

于茹1，宋佳珅1，張宏媛1，常芳弟1，王永慶1，王希全1，王婧1，王偉妮2，李玉義1

1中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；2鄂爾多斯市農(nóng)牧業(yè)生態(tài)與資源保護中心，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017001

【目的】探究河套灌區(qū)鹽堿土壤呼吸對秸稈隔層與灌溉制度的響應，明確土壤呼吸速率與土壤溫度、含水量的關系。【方法】采用完全隨機區(qū)組設計，于2015年分別設置秋澆且春灌（ISA），不秋澆只春灌（IS），不秋澆只春灌+秸稈隔層（SIS）3個處理，于2017、2018年測定土壤呼吸、溫度和含水量，并計算土壤呼吸的溫度敏感性?！窘Y果】（1）0—20 cm土層溫度和含水量波動較為明顯，而20—40 cm土層則相對穩(wěn)定。相較于ISA、IS處理，SIS處理提高了0—40 cm土層溫度和20—40 cm土層含水量。（2）2017年的土壤呼吸速率大于2018年；開花期土壤呼吸速率最高，其次為現(xiàn)蕾期、春灌前、播種前、收獲期。（3）IS、SIS處理在開花期的土壤呼吸速率均顯著高于ISA處理（＜0.05）。相較于ISA處理，IS和SIS處理的土壤呼吸速率分別增加了0.12—0.44和0.06—0.42 μmol·m-2·s-1。相較于IS處理，SIS處理的土壤呼吸速率降低0.01—0.49 μmol·m-2·s-1。表明不秋澆增加了土壤呼吸，但秸稈隔層降低了土壤呼吸。（4）土壤呼吸速率與土壤溫度極顯著正相關（＜0.01），與土壤含水量沒有顯著相關性。0—20和20—40 cm土層溫度分別能夠解釋土壤呼吸速率變化的40.74%—53.84%和39.27%—53.46%。（5）不同處理的土壤呼吸敏感性（Q10）介于1.68—1.98，20—40 cm土層的Q10大于0—20 cm土層的。相較于ISA處理，IS和SIS處理能夠降低土壤呼吸敏感性；相較于IS處理，SIS處理能夠增加土壤呼吸敏感性?！窘Y論】綜合比較，不秋澆只春灌結合秸稈隔層可以提高0—40 cm土層溫度和20—40 cm土層含水量，降低土壤呼吸速率，增加土壤呼吸的溫度敏感性，可以作為河套灌區(qū)節(jié)水減排的有效措施。

河套灌區(qū)；鹽堿土；秸稈隔層；灌溉制度；土壤呼吸速率；土壤含水量；溫度敏感性

0 引言

【研究意義】“秋澆”是河套灌區(qū)為適應當?shù)赝寥栏?、作物種植、鹽堿地改良和水資源合理利用，在長期生產(chǎn)實踐中形成的一種特殊的灌溉制度。秋澆用水量會占到全年總用水量的1/3，主要起到秋后淋鹽壓堿，翌年適時春播的作用[1]。但是，近年來河套灌區(qū)由于水資源配額的減少以及種植結構的調(diào)整，尤其是晚播作物向日葵種植面積的大幅增加，部分農(nóng)民不再秋澆，只進行春灌[2]。灌溉制度的改變會影響農(nóng)田土壤水、肥、氣、熱環(huán)境，使多年形成的土壤水鹽動態(tài)平衡被打破，加劇耕地鹽堿化程度[3]。課題組在河套灌區(qū)通過多年研究發(fā)現(xiàn)在當?shù)夭磺餄仓淮汗嗟臈l件下，通過在35—40 cm處埋設作物秸稈隔層結合地表地膜覆蓋（簡稱“上膜下秸”）具有明顯的節(jié)水抑鹽效果，在一定程度上減弱了不秋澆所導致的春季返鹽問題[4-5]。鹽堿化土壤在碳循環(huán)中扮演著“匯”和“源”的角色，關于土壤呼吸方面的研究日益受到重視[6]。關于秸稈隔層加春灌措施對鹽堿土壤的研究多集中在土壤水鹽運移和節(jié)水潛力方面，在CO2排放特征方面的研究極少，不利于正確評價該技術措施的綜合效應?！厩叭搜芯窟M展】對于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，秸稈還田、灌溉等管理措施都會通過改變土壤理化性狀等進而促使農(nóng)田土壤呼吸發(fā)生變化[7-9]。作物秸稈還田通常增加了土壤酶活性和微生物數(shù)量，促進了土壤微生物群落組成的變化，增加了土壤呼吸速率[10-11]，且提高了土壤呼吸溫度敏感性[12-13]，但也有研究得出秸稈還田對土壤呼吸影響不大，甚至呈降低趨勢[14-15]。即目前關于秸稈還田對土壤呼吸的影響研究結果并不一致。此外，一定范圍的灌溉也能夠增加土壤呼吸速率和土壤呼吸的溫度敏感性[16]。且土壤呼吸受土壤生物因子和環(huán)境因子等多種因素的影響不盡相同，受土壤溫度和土壤含水量的影響而存在一定的季節(jié)變化[17-18]。有研究指出，土壤呼吸與土壤溫度之間多呈顯著正相關關系，與土壤含水量呈負相關關系，但不顯著[15]?！颈狙芯壳腥朦c】以上研究多集中在秸稈還田方式以及灌水量單一因素對土壤呼吸的影響，研究周期較短，且主要針對非鹽堿性土壤，有關秸稈隔層措施下鹽堿土壤呼吸及其溫度敏感性的研究較少?！緮M解決的關鍵問題】本研究基于河套灌區(qū)開展的定位試驗，分析秸稈隔層結合灌溉措施對鹽堿土壤呼吸速率變化特征及其溫度敏感性的影響，闡明土壤呼吸與土壤溫度和含水量的關系，確定合理的農(nóng)田管理措施，以期為河套地區(qū)制訂科學有效的鹽堿土壤節(jié)水減排制度提供理論基礎和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗于內(nèi)蒙古五原縣河套灌區(qū)義長灌域管理局試驗站（41.07°N、108.00°E，海拔1 022 m）進行。試驗區(qū)屬于中溫帶半干旱大陸性氣候，年均日照時數(shù)3 263 h，年均氣溫6.1 ℃，≥10 ℃的積溫3 362.5 ℃，無霜期117—136 d。該地區(qū)降水稀少，且大多集中在夏秋兩季，年蒸發(fā)量較大，多年平均降水量200 mm，多年平均蒸發(fā)量2 200 mm。土壤質地粉砂壤土，為氯化物–硫酸鹽土。2017—2018年研究區(qū)月降雨量和月平均氣溫分布情況見圖1，0—40 cm土層土壤基本理化性質見表1。

MP：月降雨量Monthly precipitation；AT：氣溫Air temperature

表1 試驗區(qū)土壤基本理化性質

1.2 試驗設計

本研究采用田間微區(qū)定位試驗，于2015年5月布置，微區(qū)面積為3.24 m2（1.8 m×1.8 m）。在秸稈埋設前先將微區(qū)0—20和20—40 cm土層用鐵鍬取出，測定初始鹽分含量，根據(jù)土體質量計算，通過人工添加鹽結皮（含鹽量6.81%，取自鹽荒地）方式將0—20 cm土層土壤鹽分含量調(diào)至0.6%，并將土壤混勻；然后把約5 cm長的玉米秸稈（葉和稈混合）均勻鋪設在地下35—40 cm處，秸稈用量12 t·hm-2；秸稈埋設后將土壤按原土層、原容重回填。2016— 2018年均不再進行以上操作。為保證微區(qū)間獨立性，各微區(qū)用雙層塑料布阻隔，垂直埋深1 m，中間用土填實空隙[5]。

試驗設置3個處理，分別為：秋澆225 mm+春灌225 mm（ISA），不秋澆只春灌，灌水量225 mm（IS），不秋澆只春灌+秸稈隔層，灌水量225 mm（SIS），每個處理3次重復，采用隨機區(qū)組排列。

供試作物為食葵（L.），品種為JK601（2017年）和HT361（2018年），人工點播，播種深度4—5 cm，株距20 cm，行距60 cm，所施肥料均為尿素（含N 46%）、磷酸二銨（含N 18%，P2O546%）、硫酸鉀（含K2O 50%），所有處理播前化肥按統(tǒng)一用量作為底肥一次性條施，距離食葵播種行約10 cm，施肥量為尿素260 kg·hm-2、磷酸二銨290 kg·hm-2、硫酸鉀150 kg·hm-2，施肥深度10 cm，隨后覆土。所有處理均采用地膜覆蓋，覆蓋處理用70 cm寬的農(nóng)用塑料薄膜，膜間距20 cm，膜間地表裸露。播種后不再進行灌水和施肥，其他管理措施與當?shù)剞r(nóng)戶一致。

1.3 測定項目與計算方法

1.3.1 土壤溫度、含水量測定 土壤溫度和含水量采用5TE-土壤水分溫度傳感器（溫度范圍：-40—60 ℃、測量精度：±1 ℃、溫度分辨率：0.1 ℃、傳感器類型：熱敏電阻）測定，埋在膜內(nèi)距地表10、20、30和40 cm處，每層埋設1個傳感器探頭，自動記錄相應土層溫度和含水量，記錄時間間隔1 h。0—20 cm土層溫度/含水量為0—10和10—20 cm土層溫度/含水量的算術平均值，20—40 cm土層溫度/含水量為20—30和30— 40 cm土層溫度/含水量的算術平均值。2017—2018年的土壤溫度和土壤含水量為傳感器每天測定值的平均值。

1.3.2 土壤呼吸速率的測定 土壤呼吸通過平放在作物行間PVC環(huán)（內(nèi)徑20 cm、高22 cm）測定，PVC環(huán)嵌入土壤2—3 cm，為了減少對土壤的擾動，作物生長期間PVC環(huán)固定不動，測定前清除圈內(nèi)雜草和掉落物[15]。在作物不同生育時期于上午9：00—11：00采用LI-8100A（LI-COR，USA）開路式土壤碳通量系統(tǒng)自動測定土壤呼吸速率。測定日期詳見表2。

表2 春灌、秋澆以及土壤呼吸速率測定日期

1.3.3 計算公式 土壤呼吸對溫度的響應多使用指數(shù)函數(shù)[19]，表達式為：

R=×e（1）

式中，R為土壤呼吸速率（μmol·m-2·s-1），為土壤溫度（℃），和為回歸系數(shù)，擬合系數(shù)越大表示在相同土壤溫度下，土壤呼吸速率越大。

土壤呼吸對含水量的響應多使用二次函數(shù)[20]，表達式為：

R=×2+×+（2）

式中，R為土壤呼吸速率[19]（μmol·m-2·s-1），為土壤含水量（%），、和為擬合參數(shù)。

土壤呼吸對溫度的敏感性通常用10來描述，10指溫度升高10 ℃所引起的土壤呼吸的變化值：

10=e10b（3）

式中，通過（1）式獲得。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)處理，方差分析使用DPS 9.01，采用LSD法進行差異顯著性檢驗（＜0.05），采用Origin 2021軟件進行繪圖。

2 結果

2.1 不同處理對土壤溫度和含水量的影響

土層（0—20、20—40 cm）溫度受生育期、年份、處理及各因子交互作用的顯著影響（＜0.001）（表3）。2017年與2018年的0—40 cm土層溫度的動態(tài)變化趨勢一致，均呈現(xiàn)為隨月份的增加先升高后降低，且0—20 cm土層的溫度波動幅度大于20—40 cm土層（圖2-a）。在不同土層中，3—10月份期間各處理均表現(xiàn)為0—20 cm土層溫度高于20—40 cm土層溫度（0.03—4.65 ℃），而其他月份則相反。在不同處理條件下，較ISA處理，IS處理可以增加10月至來年3月份20—40 cm土層的溫度。相較于ISA和IS處理，SIS處理可以提高不同土層土壤溫度（圖2-a）。ISA和IS處理間的土壤溫度僅在2018年苗期和開花期差異顯著。SIS處理不同土層的土壤溫度在2017年開花期和收獲期均顯著高于ISA和IS處理（圖2-b）。

除年份對20—40 cm土層含水量無顯著影響外，土壤含水量（0—20、20—40 cm）受生育期、年份、處理及各因子交互作用的顯著影響（＜0.001/＜0.05）（表3）。2017與2018年的土壤含水量變化趨勢略有不同，受春灌和降雨的影響，出現(xiàn)了明顯的波動，土壤含水量在冬季降至最低，0—20 cm土層含水量的變化幅度明顯高于20—40 cm（圖3-a）。ISA、IS和SIS處理之間的土壤含水量具有明顯差異，SIS處理的20—40 cm土層含水量明顯高于IS處理（0.41%—8.73%）（圖3-a）。不同時期的土壤含水量均先升高后降低。IS處理0—20 cm土層含水量在2017年高于ISA處理，而2018年則相反。除2018年開花期和收獲期外，SIS處理的20—40 cm土層含水量均顯著高于ISA和IS處理（圖3-b）。

表3 土壤呼吸速率、土壤溫度和土壤含水量的方差分析

***、*和ns分別表示存在極顯著影響（＜0.001）、顯著影響（＜0.05）和無顯著影響（＞0.05）

***,* and ns represent extremely significant effect (＜0.001), significant effect (＜0.05) and no significant effect (＞0.05)

圖中部分數(shù)據(jù)缺失是由于儀器損壞導致。不同小寫字母表示處理間差異顯著（P＜0.05）

2.2 不同處理對土壤呼吸速率的影響

土壤呼吸速率受生育期、年份、處理及生育期×年份作用的極顯著影響（＜0.001）（表3）。2017年的土壤呼吸速率均大于2018年（圖4），且在食葵生長期土壤呼吸速率表現(xiàn)為開花期＞現(xiàn)蕾期＞春灌前＞播種前＞收獲期。IS、SIS處理在開花期均顯著高于ISA處理（＜0.05），對開花期的土壤呼吸速率影響較大。從不同處理來看，在2017年（春灌前、播種期、現(xiàn)蕾期、開花期和收獲期）和2018年（播種期、現(xiàn)蕾期、開花期和收獲期），IS和SIS處理能夠增加土壤呼吸速率，與ISA處理相比分別增加了0.12—0.44和0.06—0.42 μmol·m-2·s-1，SIS處理的土壤呼吸速率的增長幅度低于IS處理。相較于IS處理，SIS處理能夠降低土壤呼吸速率0.01—0.49 μmol·m-2·s-1。IS處理促進土壤呼吸，而SIS處理可以降低土壤呼吸。從不同年份來看，各處理下土壤呼吸速率的變化趨勢一致，均先降低再升高，后降低。除現(xiàn)蕾期外，IS和SIS處理的土壤呼吸速率在2017年較ISA處理的增加幅度明顯高于2018年，且SIS處理的增加幅度低于IS處理，不同措施下對土壤呼吸速率的影響隨著時間減弱。IS處理的土壤呼吸速率除在2017年現(xiàn)蕾期、2018年播種前和收獲期與ISA處理差異不顯著外，在其他時期差異均顯著（＜0.05）。在2017年，ISA、IS和SIS處理間的土壤呼吸速率均值為1.96、2.34和2.22 μmol·m-2·s-1，差異顯著（＜0.05）。在2018年，ISA、IS與SIS處理的土壤呼吸速率均值分別為1.62、1.89和1.70 μmol·m-2·s-1，IS分別與ISA和SIS均差異顯著（＜0.05）（圖4-F）。

圖中實線表示灌溉日期，虛線表示較大降雨事件日期。圖中部分數(shù)據(jù)缺失是由于儀器損壞導致。不同小寫字母表示處理間差異顯著（P＜0.05）

BEI：春灌前；BES：播種前；BS：現(xiàn)蕾期；FS：開花期；HS：收獲期；Average。下同。5個時期土壤呼吸速率的平均值。不同小寫字母表示處理間差異顯著（P＜0.05）

2.3 土壤呼吸速率與土壤溫度的關系

土壤呼吸速率與土壤溫度呈正相關關系，可用指數(shù)函數(shù)解釋，擬合方程均達到極顯著水平（＜0.01）（圖5），說明土壤溫度在土壤呼吸過程中起著關鍵作用。0—20 cm土層，ISA、IS和SIS處理的回歸系數(shù)分別為：0.5605、0.7712和0.6424；20—40 cm土層，ISA、IS和SIS處理的回歸系數(shù)分別為：0.5047、0.6685和0.6054，這表明相同溫度條件下，IS處理的土壤呼吸速率最高。不同土層溫度的變化均對土壤呼吸速率具有較強的解釋性（＜0.01），0—20和20—40 cm土層溫度分別能夠解釋土壤呼吸變化的40.74%—53.84%（圖5-A）和39.27%—53.46%（圖5-c）。而ISA和IS處理的土壤呼吸速率與0—20 cm的土層溫度擬合度更高，SIS處理的土壤呼吸速率與20—40 cm土層溫度的擬合度更高，各處理不同土層溫度對呼吸速率的影響不同。除開花期外，不同時期的土壤呼吸速率與土壤溫度擬合效果均較好。各時期的20—40 cm土層溫度（除收獲期外）對土壤呼吸速率的解釋度均高于與0—20 cm土層溫度的解釋度（圖5-B和圖5-D）。不同時期的土壤呼吸速率與土壤溫度的擬合R2不同，但均達顯著水平（＜0.01）（圖5-B和圖5-D），這表明春灌前、播種前、現(xiàn)蕾期和收獲期的土壤呼吸速率均受土壤溫度的顯著影響。

**表示在1%水平上顯著相關。圖a和c：不同處理土壤呼吸速率與土壤溫度的關系，圖b和d：不同時期土壤呼吸速率與土壤溫度的關系

2.4 土壤呼吸速率與土壤含水量的關系

各處理土壤呼吸速率與不同土層含水量之間均沒有顯著相關性（圖6-A和圖6-C）。僅春灌前（圖6-B）和播種前（圖6-D），土壤含水量對土壤呼吸速率存在解釋度。在春灌前，20—40 cm土層含水量的變化對土壤呼吸速率的變化存在較強的解釋度，擬合2為0.5973；在播種前，0—20 cm土層含水量的變化對土壤呼吸速率的變化存在較強的解釋度，擬合2為0.6614。

**表示在1%水平上顯著相關。圖a和c：不同處理土壤呼吸速率與土壤含水量的關系，圖b和d：不同時期土壤呼吸速率與土壤含水量的關系

2.5 不同處理土壤呼吸溫度敏感性（Q10）的變化

不同處理的土壤呼吸溫度敏感性（Q10）如表4所示。不同處理條件下的Q10值介于1.68—1.98之間。0—20 cm土層，ISA、IS和SIS處理的Q10分別為1.86、1.68和1.77。20—40 cm土層，ISA、IS和SIS處理的Q10分別為1.98、1.84和1.85。20—40 cm土層的Q10均大于0—20 cm土層，IS降低了土壤呼吸溫度敏感性，而SIS處理的土壤呼吸溫度敏感性較IS增加了。

表4 土壤呼吸的溫度敏感性（Q10）

3 討論

3.1 秸稈隔層結合春灌對土壤呼吸速率的影響

有研究發(fā)現(xiàn)節(jié)水灌溉會增加CO2排放[21]，控制灌溉的土壤呼吸速率大于傳統(tǒng)灌溉[22]。本研究中，IS在不同時期的土壤呼吸速率較ISA處理增加了0.12—0.44 μmol·m-2·s-1。其原因可能是IS處理不進行秋澆，每年只進行春灌，一年一次的春灌措施會促使微生物群落結構演替[23]，增強土壤呼吸速率，提高CO2的生成量和排放量。有研究表明秸稈還田處理顯著提高了土壤呼吸作用，促進了土壤中CO2的釋放[24]，秸稈還田處理下作物生育期的土壤呼吸平均速率高于不還田處理。本研究得到類似結果，即SIS處理在不同時期的土壤呼吸速率較ISA處理增加了0.06— 0.42 μmol·m-2·s-1。SIS處理土壤呼吸速率高于ISA處理的原因可能是：秸稈作為有機物料增加了外源碳，增加了底物供給；同時秸稈還田改善了0—40 cm土層微生物環(huán)境，能夠顯著增強土壤脫氫酶，β-糖苷酶活性和微生物量，進而促進了作物根系生長和微生物繁殖，從而產(chǎn)生較強的土壤呼吸速率[25]。此外，與IS處理相比，SIS處理在不同時期的土壤呼吸速率降低了0.01— 0.49 μmol·m-2·s-1，SIS處理的土壤呼吸速率均低于IS處理的原因可能是秸稈隔層的埋設，為作物生長創(chuàng)造了適宜水溫環(huán)境，促進了根系生長，在提高了CO2濃度的同時，促進了根系及微生物對CO2的固定，導致其排放到大氣中的CO2速率/通量降低[26]。另一方面，IS處理每年僅春灌一次，且蓄水能力差，限制了土壤可溶性碳的遷移，因此，因底物損失量減少而加強了土壤呼吸速率[23]。

3.2 秸稈隔層結合春灌對土壤溫度及其敏感性的影響

本研究中，不同處理下土壤溫度與大氣溫度的季節(jié)變化趨勢相同，但土壤溫度隨土壤深度的變化并不一致，在3—10月，0—20 cm土層溫度高于20— 40 cm土層，而其他月份則恰好相反，與前人研究結果相似[27]。出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因可能與外界大氣溫度有關，當外界氣溫升高時，土壤中的熱量則由表層向深層傳導，反之則由深層向表層傳導[27]。不同處理下0—20 cm土層溫度變化幅度大于20—40 cm土層，而20—40 cm土層的溫度相對穩(wěn)定，其原因是土壤表層（0—20 cm）溫度的變化受太陽輻射影響較大[28]。本研究結果表明，除2018年苗期和開花期外，ISA和IS處理間的土壤溫度均沒有顯著性差異，表明秋澆對土壤溫度沒有顯著影響。與ISA和IS處理相比，SIS能提高不同土層的溫度，其原因可能是由于埋設秸稈后，改變了土壤質地的均勻性，土壤的大孔隙數(shù)量增多[29]，同時秸稈隔層阻礙潛水蒸發(fā)，使土壤熱容量變小，土壤溫度升高。有研究結果顯示，秸稈還田處理均能提高土壤含水量[30-31]。本研究中，SIS處理增加了20—40 cm土層含水量，這是由于秸稈隔層的構建通過提高隔層處的孔隙度和封閉氣泡體積，打破了土體的毛細管作用，降低了灌溉水入滲速率與地下水蒸發(fā)強度，具有阻截和蓄積水分作用[32]，從而增加了作物生育期秸稈隔層上部（20—40 cm）的土壤水分含量。

土壤呼吸的變化是一個復雜的過程，受到多種因子的調(diào)控。土壤溫度作為影響陸地生態(tài)系統(tǒng)生物和非生物過程的因素，與土壤呼吸速率之間有顯著的相關關系[33]。趙亞麗等[15]研究發(fā)現(xiàn)土壤溫度與土壤呼吸速率之間呈正相關關系，與土壤水分相比，土壤溫度與土壤呼吸速率的相關系數(shù)最高。本試驗與前人研究結果相同，ISA、IS和SIS處理的土壤呼吸速率均與土壤溫度呈極顯著正相關（＜0.01），這是因為土壤溫度是驅動土壤呼吸變化的主要因素，可以改善土壤微生物的活性，改變土壤通透性和氣體的擴散，并直接影響根系的生理活動和生長，隨著溫度升高土壤呼吸量也隨之增加[27]。本試驗在連續(xù)兩年測定土壤呼吸速率后發(fā)現(xiàn)，不同處理下的0—20 cm土層溫度能夠解釋土壤呼吸變化的40.74%—53.84%，20—40 cm土層溫度能夠解釋土壤呼吸變化的39.27%—53.46%，與JIANG等[34]的研究相似（21%—46%），這表明其他非生物因素（氣溫和降雨等）或生物因素（根系代謝和光合作用等）可能是一個重要的驅動因素[19]。同時通過擬合方程發(fā)現(xiàn)，ISA和IS處理的0—20 cm土層溫度對土壤呼吸的解釋度高于20—40 cm土層溫度的解釋度（＜0.01），而SIS處理則相反（＜0.01），與前人研究結果[27,35]不同。這可能是秸稈還田方式所造成的差異，本試驗是在35—40 cm處埋設秸稈隔層，20—40 cm土層的孔隙比0—20 cm土層的大，增加了溫度對土壤呼吸的影響。本研究還發(fā)現(xiàn)，除開花期外，不同時期的土壤呼吸速率與土壤溫度的指數(shù)擬合方程均達到顯著水平（＜0.01），這說明生育時期以及環(huán)境條件對土壤呼吸的影響較大。除土壤溫度外，土壤呼吸還受土壤含水量的影響[36]。有研究表明土壤水分通過影響作物根系生物量以及土壤微生物群落組成，進而影響土壤呼吸速率的變化[37]。在本研究中，ISA、IS和SIS處理下的土壤呼吸速率與土壤含水量均沒有顯著相關性，與前人研究結果[24]并不一致。這是因為該區(qū)域屬于中溫帶半干旱大陸性氣候，降雨量偏少[11]，且每次數(shù)據(jù)的采集都是選擇晴朗的天氣，食葵各生育時期土壤含水量波動較小，0—40 cm土層含水量沒有成為影響土壤呼吸速率的重要因子，與土壤呼吸的相關性并不顯著。

土壤呼吸對溫度變化響應的敏感程度通常用Q10值表示，本研究試驗地土壤類型為氯化物–硫酸鹽土，在整個研究周期內(nèi)，不同處理的Q10介于1.68—1.98之間，與前人研究結果中我國不同土壤類型的Q10值（1.09—2.38）范圍接近[38]。嚴俊霞等[39]對土壤呼吸進行長期定位觀測發(fā)現(xiàn)Q10值隨土壤溫度測定深度的增加而增加。本研究結果中，不同處理0— 20和20—40 cm土層溫度的Q10分別為1.68—1.86和1.84—1.98，平均值為1.77和1.89，20—40 cm土層的Q10大于0—20 cm土層，與前人研究結果相近。相較于ISA處理，IS和SIS處理傾向于降低土壤呼吸溫度敏感性，這可能是不同處理下微生物群落和植物根系形成了特定的溫度適應范圍[40]，Q10值還受底物、環(huán)境因子及其他一些不確定性因素的影響[8]。相較于IS處理，SIS處理增加土壤呼吸溫度敏感性，這是因為秸稈還田可以增加土壤微生物生物量，微生物是對外界因素反應最敏感的部分，導致了較高的溫度敏感性[41]。

4 結論

不同處理對土壤呼吸速率的影響隨著年份減弱。相較于秋澆且春灌處理，只春灌處理顯著增加了土壤呼吸速率，并降低了土壤呼吸溫度敏感性。秸稈隔層埋設后有效地提高了0—40 cm土層的溫度和20—40 cm土層的含水量，降低了土壤呼吸速率，增加了土壤呼吸溫度敏感性。回歸分析進一步揭示了土壤溫度是影響土壤呼吸的主要因素，而土壤含水量與土壤呼吸不存在顯著相關關系。綜合比較，秸稈隔層結合只春灌可以作為河套灌區(qū)節(jié)水減排的重要耕作管理措施。

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Effects of Straw Interlayer Combined with Spring Irrigation on Saline- Alkali Soil Respiration and Its Temperature Sensitivity in Hetao Irrigation District

YU Ru1, SONG JiaShen1, ZHANG HongYuan1, CHANG FangDi1, WANG YongQing1, WANG XiQuan1, WANG Jing1, WANG WeiNi2, LI YuYi1

1Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081;2Ordos Agriculture and Animal Husbandry Ecology and Resource Protection Center, Ordos 017001 Inner Mengulia

【Objective】This study was conducted to explore the responses of saline-alkali soil respiration to straw interlayer and irrigation regime, and to clarify the relationships between soil respiration rate and soil temperature/water content in Hetao Irrigation District. 【Method】A randomized block design was set up in 2015 with three treatments: autumn and spring irrigation (ISA), spring irrigation without autumn irrigation (IS), and spring irrigation plus straw interlayer without autumn irrigation (SIS). Soil respiration, soil temperature and moisture content were measured in 2017 and 2018, and the temperature sensitivity of soil respiration rate was also estimated. 【Result】(1) Soil temperature and soil moisture content in the 0-20 cm soil layer fluctuated obviously, while it was relatively stable in the 20-40 cm soil layer. SISincreased the soil temperature in 0-40 cm soil depth and moisture content in 20-40 cm soil depth. (2) The soil respiration rate in 2017 was higher than that in 2018. It was the highest in the flowering stage, followed by budding stage, before spring irrigation, before sowing, and harvest stage. (3) The soil respiration rates of ISand SISwere significantly higher than ISAat the flowering stage (＜0.05). Compared with ISA, ISand SISincreased soil respiration rate by 0.12-0.44 and 0.06-0.42 μmol·m-2·s-1, respectively. Compared with the IS, the soil respiration rate of SISdecreased by 0.01-0.49 μmol·m-2·s-1. These results indicated that the soil respiration rate was increased without autumn irrigation, while it was decreased with straw interlayer. (4) The soil respiration rate positively correlated with soil temperature (＜0.01), while it had no significant correlation with soil moisture content. Soil temperature at the 0-20 and 20-40 cm soil layer explained 40.74%-53.84% and 39.27%-53.46% variation of soil respiration rate, respectively. (5) The temperature sensitivity of soil respiration (Q10) varied within 1.68-1.98 for different treatments, and the Q10of the 20-40 cm soil depth was higher than that of the 0-20 cm soil depth. Compared with ISA, ISand SISreduced Q10. However, SISincreased Q10compared with IS. 【Conclusion】Overall, the straw interlayer increased the soil temperature in 0-40 cm soil depth and moisture content in 20-40 cm soil depth, reduced soil respiration rate, and increased the temperature sensitivity of soil respiration, which was used as an effective practice for water saving and emission reduction in the Hetao Irrigation District.

Hetao Irrigation District; saline-alkali soil; straw interlayer;irrigation regime; soil respiration rate; soil moisture content; temperature sensitivity

10.3864/j.issn.0578-1752.2023.12.009

2022-05-05；

2022-10-09

國家自然科學基金項目（31871584）、中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費專項（1610132016051）、內(nèi)蒙古自治區(qū)鹽堿化耕地改良試點項目、“科技興蒙”行動重點專項（2021EEDSCXSFQZD011）、鄂爾多斯市“揭榜掛帥”項目（JBGS-2021-001）、基于灌區(qū)農(nóng)業(yè)水循環(huán)的鹽堿地改良綜合技術研究與示范（2021ZD社17-18）

于茹，E-mail：yuru0123@163.com。通信作者李玉義，E-mail：liyuyi@caas.cn

（責任編輯 李云霞）