典型煙田土壤呼吸碳排放分析

摘要 ［目的］明確典型煙田土壤呼吸碳排放差異。［方法］選擇山東青島煙區(qū)煙茬地、玉米茬地和農(nóng)閑地3種不同種植方式煙田，采用靜態(tài)箱-氣相色譜法分析煙田土壤呼吸碳排放特征。［結(jié)果］不同種植方式下煙田土壤壟面和壟溝的CO2排放通量均具有一定的差異，其中，壟面土壤的呼吸速率較大，具有較高的CO2排放通量。在整個(gè)烤煙生長(zhǎng)期間，煙田土壤CO2排放通量大致呈現(xiàn)出“M”型變化，以農(nóng)閑地的煙田土壤CO2排放通量最大，平均CO2排放通量為266.10 mg/（m2·h），玉米茬地和煙茬地的土壤CO2排放通量相對(duì)較低。利用農(nóng)閑地種植烤煙土壤呼吸碳排放量較大，其次為玉米茬地和煙茬地，農(nóng)閑地、玉米茬地和煙茬地種植烤煙后煙田土壤呼吸碳排放量分別為2 741.07、2 610.15和2 442.38 kg/hm2。［結(jié)論］需要結(jié)合不同種植方式煙田土壤呼吸碳排放情況，對(duì)生產(chǎn)技術(shù)措施進(jìn)行合理調(diào)整，助力煙草農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色低碳生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞 煙草；種植方式；土壤呼吸；碳排放

中圖分類號(hào) X322 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2025）06-0060-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.06.015

Soil Respiration Carbon Emission Analysis of Typical Tobacco FieldsGUAN Zhi-kun，DING Zhi-yong，WANG Shi-jian et al

（Shandong Qingdao Tobacco Co.，Ltd.，Qingdao，Shandong 266000）

Abstract ［Objective］To clarify the differences of soil respiration carbon emissions in typical tobacco fields.［Method］ Three different planting methods，namely tobacco stubble，maize stubble and abandoned field，were selected in tobacco fields in Qingdao of Shandong Province.Static box-gas chromatography was used to analyze the characteristics of soil respiration carbon emissions in tobacco fields.［Result］There were differences in CO2 emission fluxes in ridge surface and furrow under different planting methods，among which the soil on ridge surface had higher respiration rate and higher CO2 emission fluxes.During the entire tobacco growth period，the CO2 emission flux in the tobacco field soil roughly showed an \"M\" -shaped change.The CO2 emission flux in the tobacco field soil in the abandoned field was the highest，with an average CO2 emission flux of 266.10 mg/（m2·h）.The soil CO2 emission flux in the maize stubble field and tobacco stubble field were relatively low.The soil respiration carbon emission of tobacco growing in the abandoned field was larger，followed by maize stubble field and tobacco stubble field.The carbon emissions of tobacco growing in the abandoned field，maize stubble field and tobacco stubble field were 2 741.07，2 610.15 and 2 442.38 kg/hm2，respectively.［Conclusion］It is necessary to make reasonable adjustments to production technology measures based on soil respiration carbon emissions of tobacco fields with different planting methods to help tobacco agriculture achieve green and low-carbon production.

Key words Tobacco;Planting method;Soil respiration;Carbon emission

大氣中CO2濃度的升高是導(dǎo)致全球氣候變化的主要原因之一，農(nóng)業(yè)是第二大溫室氣體排放源，也是CO2排放的重要來(lái)源，其中，土壤呼吸是農(nóng)田土壤向大氣釋放CO2的主要途徑，土壤呼吸所引起的碳排放對(duì)于大氣中CO2濃度變化有重要影響［1-3］。已有研究表明，土壤 CO2 排放受到土壤特性、溫濕度以及作物類型、生產(chǎn)方式等因素的綜合影響，不同農(nóng)田土壤的碳排放強(qiáng)度差異較大，不同種植作物種類之間也存在著較明顯的差異［4-5］。例如，盧闖等［6］研究測(cè)得華北夏玉米在整個(gè)生長(zhǎng)期間農(nóng)田土壤CO2排放通量為410.0～527.2 mg/（m2·h）;王冬林等［7］研究發(fā)現(xiàn)陜西關(guān)中地區(qū)小麥玉米輪作的情況下，小麥季農(nóng)田土壤CO2排放通量為50～310 mg/（m2·h）；馬曉玲等［8］研究表明不同的種植方式對(duì)玉米農(nóng)田土壤溫室氣體排放有一定影響，與玉米單作相比，玉米間作花生農(nóng)田CO2排放量減少13.0%以上，玉米秸稈覆蓋處理的農(nóng)田CO2排放量減少23.7%。

烤煙是我國(guó)重要的特種經(jīng)濟(jì)作物之一，其種植面積和總產(chǎn)量位居世界第一位，隨著我國(guó)碳達(dá)峰/碳中和目標(biāo)的提出，煙草農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)固碳減排成為必然趨勢(shì)。目前針對(duì)煙田生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸碳排放的研究還相對(duì)較少，我國(guó)植煙區(qū)域分布廣泛，根據(jù)不同煙區(qū)實(shí)際情況明確煙田土壤碳排放程度，對(duì)于烤煙綠色低碳生產(chǎn)技術(shù)措施的制定具有重要的意義。該研究選擇青島煙區(qū)典型煙田土壤為對(duì)象，分析了土壤呼吸碳排放規(guī)律，并對(duì)土壤呼吸碳排放進(jìn)行了計(jì)量，以期為煙草農(nóng)業(yè)碳排放的深入研究以及低碳減排技術(shù)策略的制定提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn) 試驗(yàn)地點(diǎn)位于青島市黃島區(qū)六汪鎮(zhèn)煙葉產(chǎn)區(qū)，土壤類型為棕壤土，種植烤煙品種為NC55。

1.2 試驗(yàn)方法

根據(jù)煙草種植方式前茬作物不同，選擇3種不同類型的煙田，分別為煙茬地（T1，上年種植烤煙田塊）、農(nóng)閑地（T2，上年閑置田塊）、玉米茬地（T3，上年種植玉米田塊），每種類型的煙田分別選擇3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，自烤煙移栽后每隔15 d進(jìn)行一次土壤呼吸氣體采樣檢測(cè)，直到烤煙采收完畢。

采用靜態(tài)箱-氣相色譜法測(cè)定煙田土壤呼吸CO2排放量，氣體取樣檢測(cè)時(shí)間選擇08：00—11：00，每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)同時(shí)對(duì)壟面土壤和壟溝土壤的呼吸進(jìn)行取樣，在0～40 min，每間隔10 min用100 mL注射器采集氣體（即在0、10、20、30、40 min 時(shí)各取一個(gè)樣品）一次，迅速轉(zhuǎn)移至250 mL鋁膜氣樣袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室利用氣相色譜儀進(jìn)行CO2濃度測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

（1）煙田土壤CO2排放通量計(jì)算公式：

式中：F為CO2排放通量［mg/（m2·h）］；ρ為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下CO2密度（kg/m3）；V為密閉箱有效體積（m3）；S為底座面積（m2）；dC/dt為單位時(shí)間內(nèi)密閉箱內(nèi)CO2濃度變化量［mg/（L·h）］;T為密閉箱內(nèi)平均氣溫（℃）。

（2）煙田土壤呼吸碳排放量（CE）計(jì)算公式：

式中：CE為累計(jì)碳排放量（kg/hm2）;Fi和Fi+1分別為第i和第i+1次采樣時(shí)CO2排放通量［mg/（m2·h）］;ti和ti+1分別為第i和第i+1次采樣日期;12/44為g/（m2·h）（以CO2計(jì)）轉(zhuǎn)換為g/（m2·h）（以C計(jì)）的系數(shù)；24×10-2為將碳排放數(shù)值單位由g/（m2·h）轉(zhuǎn)換為kg/hm2的系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同前茬煙田壟溝和壟面土壤CO2排放通量比較

烤煙采用起壟的方式種植，由圖1可知，不同前茬煙田壟面土壤的CO2排放通量均大于壟溝，表明壟面土壤的呼吸速率更大，其碳排放量也更高。主要原因：相較于壟溝，壟面土壤土層厚，土壤空隙度大，有利于土壤呼吸和煙株根系的生長(zhǎng)。因此，要表征整塊煙田的碳排放量需對(duì)壟溝和壟面土壤的CO2排放通量進(jìn)行分別測(cè)量。就不同前茬煙田的壟溝和壟面土壤CO2排放通量來(lái)看，均以T2（農(nóng)閑地）處于最高水平。

2.2 不同前茬煙田土壤CO2排放通量動(dòng)態(tài)與均值比較

由圖2可知，不同前茬煙田土壤CO2排放通量動(dòng)態(tài)變化與煙草田間生長(zhǎng)發(fā)育變化基本一致，在煙草生長(zhǎng)的旺長(zhǎng)期（6月8日—7月8日）和采烤期（7月23日—9月21日）均出現(xiàn)CO2排放速率峰值，煙田土壤CO2排放通量總體呈現(xiàn)出“M”型變化趨勢(shì)，尤其是T2（農(nóng)閑地）和T3（玉米茬地）煙田CO2排放通量“M”型特征明顯。在整個(gè)煙草大田生長(zhǎng)期間，不同前茬煙田土壤CO2排放通量變化范圍存在差異，其中T1（煙茬地）和T3（玉米茬地）差異較小，分別為79.16～353.88和68.23～380.04 mg/（m2·h），T2（農(nóng)閑地）差異較大，為75.22～550.39 mg/（m2·h）。就煙田土壤平均CO2排放通量來(lái)看，T2最大，平均CO2排放通量為266.10 mg/（m2·h），其次為T(mén)3，T1的平均CO2排放通量最小，為194.12 mg/（m2·h）。

2.3 不同前茬煙田土壤呼吸碳排放量統(tǒng)計(jì)

從不同前茬煙田土壤呼吸碳排放量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果（圖3）可看出，利用農(nóng)閑地（T2）種植煙草土壤呼吸碳排放量最大，其次為利用玉米茬地種煙（T3），煙茬地（T1）土壤呼吸碳排放量最小。煙茬地、農(nóng)閑地和玉米茬地土壤呼吸碳排放量分別為2 442.38、2 741.07和2 610.15 kg/hm2。可見(jiàn)，前茬作物會(huì)影響煙田土壤呼吸碳排放量，相較于前茬為農(nóng)閑地和玉米的田塊，連續(xù)種植煙草土壤呼吸碳排放量相對(duì)較小，土壤呼吸碳排放量與土壤自身生物學(xué)特性有一定的相關(guān)性，不同前茬作物下煙田土壤特性的變化可能是其碳排放量差異的主要原因。

3 討論與結(jié)論

烤煙種植過(guò)程所需步驟相對(duì)繁多，不同的生產(chǎn)種植方式均會(huì)對(duì)煙田土壤產(chǎn)生擾動(dòng)，進(jìn)而影響到煙田土壤的呼吸作用碳排放［9-10］。 該研究分析了青島煙區(qū)3種不同的前茬作物烤煙種植方式下煙田土壤呼吸的變化特征，結(jié)果表明，不同種植方式下煙田土壤壟面和壟溝的CO2排放通量均具有一定的差異，其中，壟面土壤的呼吸速率較大，具有較高的CO2排放通量。在實(shí)際生產(chǎn)中，烤煙種植均采用起壟的方式，因此在核算煙田土壤呼吸碳排放時(shí)，分別對(duì)壟溝和壟面土壤的CO2排放通量進(jìn)行測(cè)定是一種較合理的研究方法。

不同作物在整個(gè)生育期間，農(nóng)田土壤CO2排放通量變化具有一定的差異，有研究指出，小麥生育期農(nóng)田土壤 CO2排放通量變化呈現(xiàn)雙峰雙谷特征［11］，在玉米生長(zhǎng)季其土壤的CO2排放通量具有一定的雙峰曲線變化規(guī)律［12］。該研究結(jié)果表明，不同前茬作物烤煙種植方式，在整個(gè)烤煙生長(zhǎng)期間，煙田土壤CO2排放通量大致呈現(xiàn)出“M”型變化規(guī)律，尤其是農(nóng)閑地和玉米茬地?zé)熖顲O2排放通量“M”型特征明顯，CO2排放通量出現(xiàn)雙峰值。就整個(gè)烤煙生長(zhǎng)過(guò)程來(lái)看，與其他作物相比，由于存在特殊的煙葉采烤環(huán)節(jié)，會(huì)對(duì)煙田土壤呼吸產(chǎn)生一定的影響，CO2排放通量動(dòng)態(tài)在采烤時(shí)期發(fā)生了明顯的變化。3種不同的烤煙種植方式以農(nóng)閑地的煙田土壤CO2排放通量最大，平均CO2排放通量為266.10 mg/（m2·h），玉米茬地和煙茬地的土壤CO2排放通量相對(duì)較低；煙茬地、農(nóng)閑地和玉米茬地種植烤煙后煙田土壤呼吸碳排放量分別為2 442.38、2 741.07和2 610.15 kg/hm2。由此可以看出，利用農(nóng)閑地種植烤煙土壤呼吸碳排放量最大，其次為玉米茬地，煙茬地最小。土壤呼吸碳排放量與土壤自身生物學(xué)特性密切相關(guān)，在烤煙生產(chǎn)中，不同煙田土壤由于肥料施用的差異會(huì)對(duì)土壤性質(zhì)產(chǎn)生影響［13-14］，不同前茬作物下煙田土壤特性的變化可能是其碳排放量差異的主要原因。今后，結(jié)合不同種植方式下煙田土壤呼吸碳排放的差異還需要對(duì)其影響因素進(jìn)行深入研究，同時(shí)需要開(kāi)展煙田土壤固碳作用研究，從碳源和碳匯的角度，綜合評(píng)價(jià)烤煙種植的碳中和程度，為烤煙生產(chǎn)提出合理有效的固碳減排技術(shù)建議。

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基金項(xiàng)目 山東青島煙草有限公司科技項(xiàng)目（2023370200260114）。

作者簡(jiǎn)介 管志坤（1980—），男，山東青島人，高級(jí)農(nóng)藝師，從事煙葉生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)及管理研究。*通信作者，副研究員，從事煙草資源利用及煙田生態(tài)研究。

收稿日期 2024-08-07