秸秆隔层结合春灌对河套灌区盐碱地土壤呼吸及其温度敏感性的影响

于茹，宋佳珅，张宏媛，常芳弟，王永庆，王希全，王婧，王伟妮，李玉义

秸秆隔层结合春灌对河套灌区盐碱地土壤呼吸及其温度敏感性的影响

于茹1，宋佳珅1，张宏媛1，常芳弟1，王永庆1，王希全1，王婧1，王伟妮2，李玉义1

1中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081；2鄂尔多斯市农牧业生态与资源保护中心，内蒙古鄂尔多斯 017001

【目的】探究河套灌区盐碱土壤呼吸对秸秆隔层与灌溉制度的响应，明确土壤呼吸速率与土壤温度、含水量的关系。【方法】采用完全随机区组设计，于2015年分别设置秋浇且春灌（ISA），不秋浇只春灌（IS），不秋浇只春灌+秸秆隔层（SIS）3个处理，于2017、2018年测定土壤呼吸、温度和含水量，并计算土壤呼吸的温度敏感性。【结果】（1）0—20 cm土层温度和含水量波动较为明显，而20—40 cm土层则相对稳定。相较于ISA、IS处理，SIS处理提高了0—40 cm土层温度和20—40 cm土层含水量。（2）2017年的土壤呼吸速率大于2018年；开花期土壤呼吸速率最高，其次为现蕾期、春灌前、播种前、收获期。（3）IS、SIS处理在开花期的土壤呼吸速率均显著高于ISA处理（＜0.05）。相较于ISA处理，IS和SIS处理的土壤呼吸速率分别增加了0.12—0.44和0.06—0.42 μmol·m-2·s-1。相较于IS处理，SIS处理的土壤呼吸速率降低0.01—0.49 μmol·m-2·s-1。表明不秋浇增加了土壤呼吸，但秸秆隔层降低了土壤呼吸。（4）土壤呼吸速率与土壤温度极显著正相关（＜0.01），与土壤含水量没有显著相关性。0—20和20—40 cm土层温度分别能够解释土壤呼吸速率变化的40.74%—53.84%和39.27%—53.46%。（5）不同处理的土壤呼吸敏感性（Q10）介于1.68—1.98，20—40 cm土层的Q10大于0—20 cm土层的。相较于ISA处理，IS和SIS处理能够降低土壤呼吸敏感性；相较于IS处理，SIS处理能够增加土壤呼吸敏感性。【结论】综合比较，不秋浇只春灌结合秸秆隔层可以提高0—40 cm土层温度和20—40 cm土层含水量，降低土壤呼吸速率，增加土壤呼吸的温度敏感性，可以作为河套灌区节水减排的有效措施。

河套灌区；盐碱土；秸秆隔层；灌溉制度；土壤呼吸速率；土壤含水量；温度敏感性

0 引言

【研究意义】“秋浇”是河套灌区为适应当地土壤耕作、作物种植、盐碱地改良和水资源合理利用，在长期生产实践中形成的一种特殊的灌溉制度。秋浇用水量会占到全年总用水量的1/3，主要起到秋后淋盐压碱，翌年适时春播的作用[1]。但是，近年来河套灌区由于水资源配额的减少以及种植结构的调整，尤其是晚播作物向日葵种植面积的大幅增加，部分农民不再秋浇，只进行春灌[2]。灌溉制度的改变会影响农田土壤水、肥、气、热环境，使多年形成的土壤水盐动态平衡被打破，加剧耕地盐碱化程度[3]。课题组在河套灌区通过多年研究发现在当地不秋浇只春灌的条件下，通过在35—40 cm处埋设作物秸秆隔层结合地表地膜覆盖（简称“上膜下秸”）具有明显的节水抑盐效果，在一定程度上减弱了不秋浇所导致的春季返盐问题[4-5]。盐碱化土壤在碳循环中扮演着“汇”和“源”的角色，关于土壤呼吸方面的研究日益受到重视[6]。关于秸秆隔层加春灌措施对盐碱土壤的研究多集中在土壤水盐运移和节水潜力方面，在CO2排放特征方面的研究极少，不利于正确评价该技术措施的综合效应。【前人研究进展】对于农田生态系统，秸秆还田、灌溉等管理措施都会通过改变土壤理化性状等进而促使农田土壤呼吸发生变化[7-9]。作物秸秆还田通常增加了土壤酶活性和微生物数量，促进了土壤微生物群落组成的变化，增加了土壤呼吸速率[10-11]，且提高了土壤呼吸温度敏感性[12-13]，但也有研究得出秸秆还田对土壤呼吸影响不大，甚至呈降低趋势[14-15]。即目前关于秸秆还田对土壤呼吸的影响研究结果并不一致。此外，一定范围的灌溉也能够增加土壤呼吸速率和土壤呼吸的温度敏感性[16]。且土壤呼吸受土壤生物因子和环境因子等多种因素的影响不尽相同，受土壤温度和土壤含水量的影响而存在一定的季节变化[17-18]。有研究指出，土壤呼吸与土壤温度之间多呈显著正相关关系，与土壤含水量呈负相关关系，但不显著[15]。【本研究切入点】以上研究多集中在秸秆还田方式以及灌水量单一因素对土壤呼吸的影响，研究周期较短，且主要针对非盐碱性土壤，有关秸秆隔层措施下盐碱土壤呼吸及其温度敏感性的研究较少。【拟解决的关键问题】本研究基于河套灌区开展的定位试验，分析秸秆隔层结合灌溉措施对盐碱土壤呼吸速率变化特征及其温度敏感性的影响，阐明土壤呼吸与土壤温度和含水量的关系，确定合理的农田管理措施，以期为河套地区制订科学有效的盐碱土壤节水减排制度提供理论基础和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验于内蒙古五原县河套灌区义长灌域管理局试验站（41.07°N、108.00°E，海拔1 022 m）进行。试验区属于中温带半干旱大陆性气候，年均日照时数3 263 h，年均气温6.1 ℃，≥10 ℃的积温3 362.5 ℃，无霜期117—136 d。该地区降水稀少，且大多集中在夏秋两季，年蒸发量较大，多年平均降水量200 mm，多年平均蒸发量2 200 mm。土壤质地粉砂壤土，为氯化物–硫酸盐土。2017—2018年研究区月降雨量和月平均气温分布情况见图1，0—40 cm土层土壤基本理化性质见表1。

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

表1 试验区土壤基本理化性质

1.2 试验设计

本研究采用田间微区定位试验，于2015年5月布置，微区面积为3.24 m2（1.8 m×1.8 m）。在秸秆埋设前先将微区0—20和20—40 cm土层用铁锹取出，测定初始盐分含量，根据土体质量计算，通过人工添加盐结皮（含盐量6.81%，取自盐荒地）方式将0—20 cm土层土壤盐分含量调至0.6%，并将土壤混匀；然后把约5 cm长的玉米秸秆（叶和秆混合）均匀铺设在地下35—40 cm处，秸秆用量12 t·hm-2；秸秆埋设后将土壤按原土层、原容重回填。2016— 2018年均不再进行以上操作。为保证微区间独立性，各微区用双层塑料布阻隔，垂直埋深1 m，中间用土填实空隙[5]。

试验设置3个处理，分别为：秋浇225 mm+春灌225 mm（ISA），不秋浇只春灌，灌水量225 mm（IS），不秋浇只春灌+秸秆隔层，灌水量225 mm（SIS），每个处理3次重复，采用随机区组排列。

供试作物为食葵（L.），品种为JK601（2017年）和HT361（2018年），人工点播，播种深度4—5 cm，株距20 cm，行距60 cm，所施肥料均为尿素（含N 46%）、磷酸二铵（含N 18%，P2O546%）、硫酸钾（含K2O 50%），所有处理播前化肥按统一用量作为底肥一次性条施，距离食葵播种行约10 cm，施肥量为尿素260 kg·hm-2、磷酸二铵290 kg·hm-2、硫酸钾150 kg·hm-2，施肥深度10 cm，随后覆土。所有处理均采用地膜覆盖，覆盖处理用70 cm宽的农用塑料薄膜，膜间距20 cm，膜间地表裸露。播种后不再进行灌水和施肥，其他管理措施与当地农户一致。

1.3 测定项目与计算方法

1.3.1 土壤温度、含水量测定 土壤温度和含水量采用5TE-土壤水分温度传感器（温度范围：-40—60 ℃、测量精度：±1 ℃、温度分辨率：0.1 ℃、传感器类型：热敏电阻）测定，埋在膜内距地表10、20、30和40 cm处，每层埋设1个传感器探头，自动记录相应土层温度和含水量，记录时间间隔1 h。0—20 cm土层温度/含水量为0—10和10—20 cm土层温度/含水量的算术平均值，20—40 cm土层温度/含水量为20—30和30— 40 cm土层温度/含水量的算术平均值。2017—2018年的土壤温度和土壤含水量为传感器每天测定值的平均值。

1.3.2 土壤呼吸速率的测定 土壤呼吸通过平放在作物行间PVC环（内径20 cm、高22 cm）测定，PVC环嵌入土壤2—3 cm，为了减少对土壤的扰动，作物生长期间PVC环固定不动，测定前清除圈内杂草和掉落物[15]。在作物不同生育时期于上午9：00—11：00采用LI-8100A（LI-COR，USA）开路式土壤碳通量系统自动测定土壤呼吸速率。测定日期详见表2。

表2 春灌、秋浇以及土壤呼吸速率测定日期

1.3.3 计算公式 土壤呼吸对温度的响应多使用指数函数[19]，表达式为：

R=×e（1）

式中，R为土壤呼吸速率（μmol·m-2·s-1），为土壤温度（℃），和为回归系数，拟合系数越大表示在相同土壤温度下，土壤呼吸速率越大。

土壤呼吸对含水量的响应多使用二次函数[20]，表达式为：

R=×2+×+（2）

式中，R为土壤呼吸速率[19]（μmol·m-2·s-1），为土壤含水量（%），、和为拟合参数。

土壤呼吸对温度的敏感性通常用10来描述，10指温度升高10 ℃所引起的土壤呼吸的变化值：

10=e10b（3）

式中，通过（1）式获得。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010进行数据处理，方差分析使用DPS 9.01，采用LSD法进行差异显著性检验（＜0.05），采用Origin 2021软件进行绘图。

2 结果

2.1 不同处理对土壤温度和含水量的影响

土层（0—20、20—40 cm）温度受生育期、年份、处理及各因子交互作用的显著影响（＜0.001）（表3）。2017年与2018年的0—40 cm土层温度的动态变化趋势一致，均呈现为随月份的增加先升高后降低，且0—20 cm土层的温度波动幅度大于20—40 cm土层（图2-a）。在不同土层中，3—10月份期间各处理均表现为0—20 cm土层温度高于20—40 cm土层温度（0.03—4.65 ℃），而其他月份则相反。在不同处理条件下，较ISA处理，IS处理可以增加10月至来年3月份20—40 cm土层的温度。相较于ISA和IS处理，SIS处理可以提高不同土层土壤温度（图2-a）。ISA和IS处理间的土壤温度仅在2018年苗期和开花期差异显著。SIS处理不同土层的土壤温度在2017年开花期和收获期均显著高于ISA和IS处理（图2-b）。

除年份对20—40 cm土层含水量无显著影响外，土壤含水量（0—20、20—40 cm）受生育期、年份、处理及各因子交互作用的显著影响（＜0.001/＜0.05）（表3）。2017与2018年的土壤含水量变化趋势略有不同，受春灌和降雨的影响，出现了明显的波动，土壤含水量在冬季降至最低，0—20 cm土层含水量的变化幅度明显高于20—40 cm（图3-a）。ISA、IS和SIS处理之间的土壤含水量具有明显差异，SIS处理的20—40 cm土层含水量明显高于IS处理（0.41%—8.73%）（图3-a）。不同时期的土壤含水量均先升高后降低。IS处理0—20 cm土层含水量在2017年高于ISA处理，而2018年则相反。除2018年开花期和收获期外，SIS处理的20—40 cm土层含水量均显著高于ISA和IS处理（图3-b）。

表3 土壤呼吸速率、土壤温度和土壤含水量的方差分析

***、*和ns分别表示存在极显著影响（＜0.001）、显著影响（＜0.05）和无显著影响（＞0.05）

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

图中部分数据缺失是由于仪器损坏导致。不同小写字母表示处理间差异显著（P＜0.05）

2.2 不同处理对土壤呼吸速率的影响

土壤呼吸速率受生育期、年份、处理及生育期×年份作用的极显著影响（＜0.001）（表3）。2017年的土壤呼吸速率均大于2018年（图4），且在食葵生长期土壤呼吸速率表现为开花期＞现蕾期＞春灌前＞播种前＞收获期。IS、SIS处理在开花期均显著高于ISA处理（＜0.05），对开花期的土壤呼吸速率影响较大。从不同处理来看，在2017年（春灌前、播种期、现蕾期、开花期和收获期）和2018年（播种期、现蕾期、开花期和收获期），IS和SIS处理能够增加土壤呼吸速率，与ISA处理相比分别增加了0.12—0.44和0.06—0.42 μmol·m-2·s-1，SIS处理的土壤呼吸速率的增长幅度低于IS处理。相较于IS处理，SIS处理能够降低土壤呼吸速率0.01—0.49 μmol·m-2·s-1。IS处理促进土壤呼吸，而SIS处理可以降低土壤呼吸。从不同年份来看，各处理下土壤呼吸速率的变化趋势一致，均先降低再升高，后降低。除现蕾期外，IS和SIS处理的土壤呼吸速率在2017年较ISA处理的增加幅度明显高于2018年，且SIS处理的增加幅度低于IS处理，不同措施下对土壤呼吸速率的影响随着时间减弱。IS处理的土壤呼吸速率除在2017年现蕾期、2018年播种前和收获期与ISA处理差异不显著外，在其他时期差异均显著（＜0.05）。在2017年，ISA、IS和SIS处理间的土壤呼吸速率均值为1.96、2.34和2.22 μmol·m-2·s-1，差异显著（＜0.05）。在2018年，ISA、IS与SIS处理的土壤呼吸速率均值分别为1.62、1.89和1.70 μmol·m-2·s-1，IS分别与ISA和SIS均差异显著（＜0.05）（图4-F）。

图中实线表示灌溉日期，虚线表示较大降雨事件日期。图中部分数据缺失是由于仪器损坏导致。不同小写字母表示处理间差异显著（P＜0.05）

BEI：春灌前；BES：播种前；BS：现蕾期；FS：开花期；HS：收获期；Average。下同。5个时期土壤呼吸速率的平均值。不同小写字母表示处理间差异显著（P＜0.05）

2.3 土壤呼吸速率与土壤温度的关系

土壤呼吸速率与土壤温度呈正相关关系，可用指数函数解释，拟合方程均达到极显著水平（＜0.01）（图5），说明土壤温度在土壤呼吸过程中起着关键作用。0—20 cm土层，ISA、IS和SIS处理的回归系数分别为：0.5605、0.7712和0.6424；20—40 cm土层，ISA、IS和SIS处理的回归系数分别为：0.5047、0.6685和0.6054，这表明相同温度条件下，IS处理的土壤呼吸速率最高。不同土层温度的变化均对土壤呼吸速率具有较强的解释性（＜0.01），0—20和20—40 cm土层温度分别能够解释土壤呼吸变化的40.74%—53.84%（图5-A）和39.27%—53.46%（图5-c）。而ISA和IS处理的土壤呼吸速率与0—20 cm的土层温度拟合度更高，SIS处理的土壤呼吸速率与20—40 cm土层温度的拟合度更高，各处理不同土层温度对呼吸速率的影响不同。除开花期外，不同时期的土壤呼吸速率与土壤温度拟合效果均较好。各时期的20—40 cm土层温度（除收获期外）对土壤呼吸速率的解释度均高于与0—20 cm土层温度的解释度（图5-B和图5-D）。不同时期的土壤呼吸速率与土壤温度的拟合R2不同，但均达显著水平（＜0.01）（图5-B和图5-D），这表明春灌前、播种前、现蕾期和收获期的土壤呼吸速率均受土壤温度的显著影响。

**表示在1%水平上显著相关。图a和c：不同处理土壤呼吸速率与土壤温度的关系，图b和d：不同时期土壤呼吸速率与土壤温度的关系

2.4 土壤呼吸速率与土壤含水量的关系

各处理土壤呼吸速率与不同土层含水量之间均没有显著相关性（图6-A和图6-C）。仅春灌前（图6-B）和播种前（图6-D），土壤含水量对土壤呼吸速率存在解释度。在春灌前，20—40 cm土层含水量的变化对土壤呼吸速率的变化存在较强的解释度，拟合2为0.5973；在播种前，0—20 cm土层含水量的变化对土壤呼吸速率的变化存在较强的解释度，拟合2为0.6614。

**表示在1%水平上显著相关。图a和c：不同处理土壤呼吸速率与土壤含水量的关系，图b和d：不同时期土壤呼吸速率与土壤含水量的关系

2.5 不同处理土壤呼吸温度敏感性（Q10）的变化

不同处理的土壤呼吸温度敏感性（Q10）如表4所示。不同处理条件下的Q10值介于1.68—1.98之间。0—20 cm土层，ISA、IS和SIS处理的Q10分别为1.86、1.68和1.77。20—40 cm土层，ISA、IS和SIS处理的Q10分别为1.98、1.84和1.85。20—40 cm土层的Q10均大于0—20 cm土层，IS降低了土壤呼吸温度敏感性，而SIS处理的土壤呼吸温度敏感性较IS增加了。

表4 土壤呼吸的温度敏感性（Q10）

3 讨论

3.1 秸秆隔层结合春灌对土壤呼吸速率的影响

有研究发现节水灌溉会增加CO2排放[21]，控制灌溉的土壤呼吸速率大于传统灌溉[22]。本研究中，IS在不同时期的土壤呼吸速率较ISA处理增加了0.12—0.44 μmol·m-2·s-1。其原因可能是IS处理不进行秋浇，每年只进行春灌，一年一次的春灌措施会促使微生物群落结构演替[23]，增强土壤呼吸速率，提高CO2的生成量和排放量。有研究表明秸秆还田处理显著提高了土壤呼吸作用，促进了土壤中CO2的释放[24]，秸秆还田处理下作物生育期的土壤呼吸平均速率高于不还田处理。本研究得到类似结果，即SIS处理在不同时期的土壤呼吸速率较ISA处理增加了0.06— 0.42 μmol·m-2·s-1。SIS处理土壤呼吸速率高于ISA处理的原因可能是：秸秆作为有机物料增加了外源碳，增加了底物供给；同时秸秆还田改善了0—40 cm土层微生物环境，能够显著增强土壤脱氢酶，β-糖苷酶活性和微生物量，进而促进了作物根系生长和微生物繁殖，从而产生较强的土壤呼吸速率[25]。此外，与IS处理相比，SIS处理在不同时期的土壤呼吸速率降低了0.01— 0.49 μmol·m-2·s-1，SIS处理的土壤呼吸速率均低于IS处理的原因可能是秸秆隔层的埋设，为作物生长创造了适宜水温环境，促进了根系生长，在提高了CO2浓度的同时，促进了根系及微生物对CO2的固定，导致其排放到大气中的CO2速率/通量降低[26]。另一方面，IS处理每年仅春灌一次，且蓄水能力差，限制了土壤可溶性碳的迁移，因此，因底物损失量减少而加强了土壤呼吸速率[23]。

3.2 秸秆隔层结合春灌对土壤温度及其敏感性的影响

本研究中，不同处理下土壤温度与大气温度的季节变化趋势相同，但土壤温度随土壤深度的变化并不一致，在3—10月，0—20 cm土层温度高于20— 40 cm土层，而其他月份则恰好相反，与前人研究结果相似[27]。出现此现象的原因可能与外界大气温度有关，当外界气温升高时，土壤中的热量则由表层向深层传导，反之则由深层向表层传导[27]。不同处理下0—20 cm土层温度变化幅度大于20—40 cm土层，而20—40 cm土层的温度相对稳定，其原因是土壤表层（0—20 cm）温度的变化受太阳辐射影响较大[28]。本研究结果表明，除2018年苗期和开花期外，ISA和IS处理间的土壤温度均没有显著性差异，表明秋浇对土壤温度没有显著影响。与ISA和IS处理相比，SIS能提高不同土层的温度，其原因可能是由于埋设秸秆后，改变了土壤质地的均匀性，土壤的大孔隙数量增多[29]，同时秸秆隔层阻碍潜水蒸发，使土壤热容量变小，土壤温度升高。有研究结果显示，秸秆还田处理均能提高土壤含水量[30-31]。本研究中，SIS处理增加了20—40 cm土层含水量，这是由于秸秆隔层的构建通过提高隔层处的孔隙度和封闭气泡体积，打破了土体的毛细管作用，降低了灌溉水入渗速率与地下水蒸发强度，具有阻截和蓄积水分作用[32]，从而增加了作物生育期秸秆隔层上部（20—40 cm）的土壤水分含量。

土壤呼吸的变化是一个复杂的过程，受到多种因子的调控。土壤温度作为影响陆地生态系统生物和非生物过程的因素，与土壤呼吸速率之间有显著的相关关系[33]。赵亚丽等[15]研究发现土壤温度与土壤呼吸速率之间呈正相关关系，与土壤水分相比，土壤温度与土壤呼吸速率的相关系数最高。本试验与前人研究结果相同，ISA、IS和SIS处理的土壤呼吸速率均与土壤温度呈极显著正相关（＜0.01），这是因为土壤温度是驱动土壤呼吸变化的主要因素，可以改善土壤微生物的活性，改变土壤通透性和气体的扩散，并直接影响根系的生理活动和生长，随着温度升高土壤呼吸量也随之增加[27]。本试验在连续两年测定土壤呼吸速率后发现，不同处理下的0—20 cm土层温度能够解释土壤呼吸变化的40.74%—53.84%，20—40 cm土层温度能够解释土壤呼吸变化的39.27%—53.46%，与JIANG等[34]的研究相似（21%—46%），这表明其他非生物因素（气温和降雨等）或生物因素（根系代谢和光合作用等）可能是一个重要的驱动因素[19]。同时通过拟合方程发现，ISA和IS处理的0—20 cm土层温度对土壤呼吸的解释度高于20—40 cm土层温度的解释度（＜0.01），而SIS处理则相反（＜0.01），与前人研究结果[27,35]不同。这可能是秸秆还田方式所造成的差异，本试验是在35—40 cm处埋设秸秆隔层，20—40 cm土层的孔隙比0—20 cm土层的大，增加了温度对土壤呼吸的影响。本研究还发现，除开花期外，不同时期的土壤呼吸速率与土壤温度的指数拟合方程均达到显著水平（＜0.01），这说明生育时期以及环境条件对土壤呼吸的影响较大。除土壤温度外，土壤呼吸还受土壤含水量的影响[36]。有研究表明土壤水分通过影响作物根系生物量以及土壤微生物群落组成，进而影响土壤呼吸速率的变化[37]。在本研究中，ISA、IS和SIS处理下的土壤呼吸速率与土壤含水量均没有显著相关性，与前人研究结果[24]并不一致。这是因为该区域属于中温带半干旱大陆性气候，降雨量偏少[11]，且每次数据的采集都是选择晴朗的天气，食葵各生育时期土壤含水量波动较小，0—40 cm土层含水量没有成为影响土壤呼吸速率的重要因子，与土壤呼吸的相关性并不显著。

土壤呼吸对温度变化响应的敏感程度通常用Q10值表示，本研究试验地土壤类型为氯化物–硫酸盐土，在整个研究周期内，不同处理的Q10介于1.68—1.98之间，与前人研究结果中我国不同土壤类型的Q10值（1.09—2.38）范围接近[38]。严俊霞等[39]对土壤呼吸进行长期定位观测发现Q10值随土壤温度测定深度的增加而增加。本研究结果中，不同处理0— 20和20—40 cm土层温度的Q10分别为1.68—1.86和1.84—1.98，平均值为1.77和1.89，20—40 cm土层的Q10大于0—20 cm土层，与前人研究结果相近。相较于ISA处理，IS和SIS处理倾向于降低土壤呼吸温度敏感性，这可能是不同处理下微生物群落和植物根系形成了特定的温度适应范围[40]，Q10值还受底物、环境因子及其他一些不确定性因素的影响[8]。相较于IS处理，SIS处理增加土壤呼吸温度敏感性，这是因为秸秆还田可以增加土壤微生物生物量，微生物是对外界因素反应最敏感的部分，导致了较高的温度敏感性[41]。

4 结论

不同处理对土壤呼吸速率的影响随着年份减弱。相较于秋浇且春灌处理，只春灌处理显著增加了土壤呼吸速率，并降低了土壤呼吸温度敏感性。秸秆隔层埋设后有效地提高了0—40 cm土层的温度和20—40 cm土层的含水量，降低了土壤呼吸速率，增加了土壤呼吸温度敏感性。回归分析进一步揭示了土壤温度是影响土壤呼吸的主要因素，而土壤含水量与土壤呼吸不存在显著相关关系。综合比较，秸秆隔层结合只春灌可以作为河套灌区节水减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

国家自然科学基金项目（31871584）、中央级公益性科研院所基本科研业务费专项（1610132016051）、内蒙古自治区盐碱化耕地改良试点项目、“科技兴蒙”行动重点专项（2021EEDSCXSFQZD011）、鄂尔多斯市“揭榜挂帅”项目（JBGS-2021-001）、基于灌区农业水循环的盐碱地改良综合技术研究与示范（2021ZD社17-18）

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

（责任编辑 李云霞）