大氣CO-2濃度升高對旱作覆膜玉米農(nóng)田土壤碳氮過程的影響

大氣CO_2濃度升高對旱作覆膜玉米農(nóng)田土壤碳氮過程的影響大氣CO₂濃度日益升高及其導(dǎo)致的氣候環(huán)境變化必然會影響作物的生長發(fā)育過程,從而直接或間接地影響土壤中養(yǎng)分元素的循環(huán)和轉(zhuǎn)化。中國作為人口大國和農(nóng)業(yè)大國,面臨人口日益增長和耕地面積不斷減少的矛盾激化,而玉米是我國和世界主要的糧食作物,且陜西是玉米的主產(chǎn)區(qū)之一。因此,研究大氣CO₂濃度升高對黃土高原干旱半干旱地區(qū)旱作覆膜玉米農(nóng)田土壤養(yǎng)分尤其是碳氮循環(huán)的影響尤為必要,對當(dāng)前大氣CO₂濃度持續(xù)升高所帶來的負(fù)面效應(yīng),保證糧食產(chǎn)量和食品安全問題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前,在CO₂濃度升高條件下作物生長對其相應(yīng)特征,國內(nèi)外已進(jìn)行過大量的相關(guān)研究工作,尤其是對水稻、小麥等C3作物的影響及氮素調(diào)控,已較為成熟。但是CO₂濃度升高對玉米等C4作物影響的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,尤其是對旱地高產(chǎn)玉米農(nóng)田土壤碳氮過程的研究相對缺乏,在應(yīng)對當(dāng)前CO₂濃度不斷增加、全球氣候變暖趨勢下進(jìn)行C4作物高產(chǎn)栽培方面缺乏理論指導(dǎo)。本研究在中國科學(xué)院水利部水土保持研究所長武縣農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗(yàn)站旱塬農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)長期定位試驗(yàn)場進(jìn)行改進(jìn)的OTC田間模擬效果檢驗(yàn)和田間定位試驗(yàn),以玉米為代表作物,設(shè)置2種大氣CO₂濃度（自然大氣和700μmol·mol-1）和4種水肥管理模式（MN290、MN225、N225和N0）。檢驗(yàn)了改進(jìn)的OTC系統(tǒng)田間模擬氣候變化的適用效果,并將改進(jìn)的OTC應(yīng)用于該田間定位試驗(yàn),研究大氣CO₂濃度升高對黃土高原干旱半干旱地區(qū)旱作覆膜春玉米農(nóng)田土壤碳氮過程的影響,并進(jìn)一步分析CO₂濃度升高條件下旱作覆膜玉米農(nóng)田土壤的碳氮調(diào)控機(jī)理,旨在為當(dāng)前CO₂濃度日益上升條件下干旱半干旱地區(qū)覆膜高產(chǎn)栽培玉米的生產(chǎn)和農(nóng)田水肥管理提供一定理論依據(jù)和技術(shù)支持。研究主要得到以下結(jié)論:1.改進(jìn)的可控CO₂OTC系統(tǒng)能較精確調(diào)控CO₂濃度,控制誤差范圍小,可投入試驗(yàn)使用。可控CO₂OTC內(nèi)溫度較大田平均增加0.4℃,空氣相對濕度平均降低3.1%,差異均不顯著,該系統(tǒng)能夠?yàn)樽魑锾峁┙咏匀画h(huán)境的生長條件,能夠用于未來大氣CO₂濃度升高模擬試驗(yàn)研究。2.研究大氣CO₂濃度升高對旱作覆膜春玉米農(nóng)田土壤剖面有機(jī)碳累積分布影響的實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,大氣CO₂濃度升高能夠使不覆膜常規(guī)氮和不施氮肥條件下的土壤剖面有機(jī)碳累積量顯著降低17.5%（p<0.05）,而對覆膜高氮和常規(guī)氮素水平影響差異不顯著。該結(jié)果能夠?yàn)閼?yīng)對大氣CO₂濃度升高條件下優(yōu)化黃土高原干旱半干旱地區(qū)旱作覆膜玉米栽培措施提供一定的理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。3.本試驗(yàn)研究大氣CO₂濃度升高對旱作覆膜春玉米農(nóng)田土壤剖面全氮和無機(jī)氮（硝態(tài)氮和銨態(tài)氮）累積分布的影響,結(jié)果表明,大氣CO₂濃度升高能夠顯著降低覆膜高氮水平下玉米收獲期土壤全氮和無機(jī)氮的累積量,降低范圍分別為2.8%-8.0%和32.6%-129.8%。而對于玉米生育期內(nèi)在常規(guī)氮和低氮素缺水的情況下土壤全氮累積量降低程度更大一些,在覆膜的高氮素水平下玉米生長V6至R1階段土壤硝態(tài)氮累積有降低趨勢,在R3和R5階段則表現(xiàn)出增加現(xiàn)象。對于玉米生育期內(nèi)土壤銨態(tài)氮累積量的影響