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CO2和N2O等温室气体引起气候变暖和臭氧层破坏是当今全球性的环境问题。农田土壤CO2和N2O排放及其对环境的影响越来越受到人们的重视。目前农林复合系统已被IPCC列为温室气体减排措施,但有关土壤CO2和N2O排放的研究主要集中在森林、草地及农田生态系统,农林复合系统土壤CO2和N2O排放的研究不多。本文采用静态箱-气相色谱法,以豆科紫穗槐和禾木科香根草绿篱复合系统为研究对象,研究了不同绿篱刈割枝叶管理方式下冬小麦-夏玉米轮作全生育期土壤CO2和N2O排放特征,分析评价了影响排放的主要因子,并初步估算了绿篱复合种植、作物单作及绿篱单作各系统的碳平衡,旨在进一步认识等高绿篱一农业复合系统生态环境效应,为合理估算我国陆地生态系统土壤CO2和N2O生成量、编制我国温室气体排放清单及制定相关管理政策提供科学依据。经过为期1年的研究,取得的主要结论如下:
(1)绿篱复合系统及作物、绿篱单作系统土壤CO2和N2O排放通量均呈明显的季节变化规律,表现为夏季排放量最高、春秋季次之、冬季最低。各处理土壤CO2排放通量的变化范围为3.77～213.88 mg m-2h-1,排放总量介于3417.59～6435.91kgC hm-2 a-1之间；土壤N2O排放通量的变化范围为-3.84～92.11μgm-2h-1,排放总量介于0.49～1.33 kgN hm-2 a-1之间。
(2)绿篱刈割枝叶还田显著增加了土壤CO2和N2O排放。冬小麦和夏玉米生育期,绿篱复合系统土壤CO2排放通量大小顺序均为:枝叶翻施还田>表施还田>移出小区,且紫穗槐复合系统的排放量高于香根草复合系统。冬小麦生育期,绿篱枝叶表施还田方式下的土壤N2O排放通量大于翻施还田；夏玉米生育期,枝叶翻施还田的排放通量要高于表施还田。农田转变为紫穗槐林地和香根草草地也显著增加了土壤CO2和N2O排放。
(3)土壤水热因子对土壤CO2和N2O排放的影响具有明显地季节性差异。冬小麦生育期土壤CO2和N2O排放通量与土壤温度呈显著或极显著正相关,土壤水分的影响居于次要地位；夏玉米生育期土壤CO2和N2O排放则主要受土壤水分的影响。
(4)土壤CO2平均排放通量与土壤有机碳、MBC均值和全氮含量呈显著正相关；但同一处理不同观测时期的CO2排放通量与对应的MBC之间的相关性较低。绿篱复合系统土壤N2O排放通量与土壤全氮和NO3--N含量呈显著正相关,与NH4+-N含量呈负相关,与土壤有机碳、C/N比及MBN的相关性较低；绿篱单作系统土壤无机氮与N2O排放通量无明显相关关系。
(5)土壤CO2和N2O排放与植物生长密切相关。冬小麦生育期,土壤CO2排放主要受小麦生长的影响,夏玉米生育期则受玉米和绿篱生长的共同作用。土壤N2O排放通量与作物生物量呈显著线性相关,同时绿篱种类显著影响了土壤N2O的排放。
(6)绿篱复合系统及作物、绿篱单作系统表层土壤CO2排放通量与土壤N2O排放通量呈显著或极显著的正相关关系。
(7)生态系统碳平衡计算结果表明:各系统碳汇源的强度范围介于-493.28～2380.23 kg C hm-2之间,冬小麦和夏玉米生育期的NPP/Rs范围分别为0.70～2.40和0.85～2.83。作物单作系统表现为大气CO2的“源”。绿篱进入农田改变了系统碳的“汇源”特征。香根草复合系统在冬小麦生育期为大气碳的“源”,夏玉米生育期则表现为大气碳的“汇”；紫穗槐复合系统在冬小麦和夏玉米生育期均为大气碳的“汇”,且其汇的强度大于香根草复合系统。农田转变为绿篱样地后有利于大气碳的固定,且香根草单作系统的碳汇强度大于紫穗槐单作系统。
(1)绿篱复合系统及作物、绿篱单作系统土壤CO2和N2O排放通量均呈明显的季节变化规律,表现为夏季排放量最高、春秋季次之、冬季最低。各处理土壤CO2排放通量的变化范围为3.77～213.88 mg m-2h-1,排放总量介于3417.59～6435.91kgC hm-2 a-1之间；土壤N2O排放通量的变化范围为-3.84～92.11μgm-2h-1,排放总量介于0.49～1.33 kgN hm-2 a-1之间。
(2)绿篱刈割枝叶还田显著增加了土壤CO2和N2O排放。冬小麦和夏玉米生育期,绿篱复合系统土壤CO2排放通量大小顺序均为:枝叶翻施还田>表施还田>移出小区,且紫穗槐复合系统的排放量高于香根草复合系统。冬小麦生育期,绿篱枝叶表施还田方式下的土壤N2O排放通量大于翻施还田；夏玉米生育期,枝叶翻施还田的排放通量要高于表施还田。农田转变为紫穗槐林地和香根草草地也显著增加了土壤CO2和N2O排放。
(3)土壤水热因子对土壤CO2和N2O排放的影响具有明显地季节性差异。冬小麦生育期土壤CO2和N2O排放通量与土壤温度呈显著或极显著正相关,土壤水分的影响居于次要地位；夏玉米生育期土壤CO2和N2O排放则主要受土壤水分的影响。
(4)土壤CO2平均排放通量与土壤有机碳、MBC均值和全氮含量呈显著正相关；但同一处理不同观测时期的CO2排放通量与对应的MBC之间的相关性较低。绿篱复合系统土壤N2O排放通量与土壤全氮和NO3--N含量呈显著正相关,与NH4+-N含量呈负相关,与土壤有机碳、C/N比及MBN的相关性较低；绿篱单作系统土壤无机氮与N2O排放通量无明显相关关系。
(5)土壤CO2和N2O排放与植物生长密切相关。冬小麦生育期,土壤CO2排放主要受小麦生长的影响,夏玉米生育期则受玉米和绿篱生长的共同作用。土壤N2O排放通量与作物生物量呈显著线性相关,同时绿篱种类显著影响了土壤N2O的排放。
(6)绿篱复合系统及作物、绿篱单作系统表层土壤CO2排放通量与土壤N2O排放通量呈显著或极显著的正相关关系。
(7)生态系统碳平衡计算结果表明:各系统碳汇源的强度范围介于-493.28～2380.23 kg C hm-2之间,冬小麦和夏玉米生育期的NPP/Rs范围分别为0.70～2.40和0.85～2.83。作物单作系统表现为大气CO2的“源”。绿篱进入农田改变了系统碳的“汇源”特征。香根草复合系统在冬小麦生育期为大气碳的“源”,夏玉米生育期则表现为大气碳的“汇”；紫穗槐复合系统在冬小麦和夏玉米生育期均为大气碳的“汇”,且其汇的强度大于香根草复合系统。农田转变为绿篱样地后有利于大气碳的固定,且香根草单作系统的碳汇强度大于紫穗槐单作系统。