在冬季灌溉条件下，随着土壤盐分梯度的变化，农田在冻融期间的二氧化碳通量

《Frontiers in Plant Science》：CO2 flux from farmland across salinization gradients during freeze–thaw periods under winter irrigation

新疆棉田冬季灌溉对冻融期土壤CO?排放的影响：试验表明，低盐（T?）处理下灌溉对减排无显著作用，中高盐（T?、T?）处理下灌溉在冻期通过抑制盐分上移和增加气孔密封性有效降低排放，但融期因盐分重分布和水分再分配导致灌溉效应消失，全年减排效应不显著。

　　冬季灌溉作为一种有效的农业实践，在新疆地区被广泛应用于春季播种作物的生产中。这一实践不仅对农业生产具有积极作用，同时也对农田碳排放产生重要影响。随着季节性冻融循环的发生，研究冬季灌溉如何影响农田碳排放的机制，对于农业可持续发展以及减少温室气体排放具有重要意义。因此，开展相关研究是极为必要的。

在农业生产过程中，土壤碳排放是影响土壤有机碳消耗的重要途径，对维持农业生产力和应对全球气候变化起着关键作用。新疆地区由于其独特的气候条件，如干旱半干旱环境和显著的季节性冻土现象，使得土壤水分分布不均和温度波动较大。冻融循环不仅改变了土壤中的水分和盐分分布，还对土壤结构和微生物活动产生影响，从而影响土壤碳排放的动态变化。此外，土壤盐分含量对微生物活动和有机质分解速率具有调节作用，因此对碳排放的影响也不容忽视。

在新疆地区，冬季灌溉通常在棉花收获后进行，以促进盐分向深层土壤迁移，改善春季播种时的土壤条件。然而，传统的漫灌方式可能导致土壤侵蚀、降低土壤质量，并对粮食安全构成威胁。相比之下，滴灌技术因其更高的可控性和精准性，正在一些地区逐步取代传统的灌溉方式。灌溉方式的选择不仅影响土壤水分的分布，还对土壤气体交换效率产生重要影响，从而改变碳排放模式。

本研究在新疆阿拉尔市的节水灌溉试验基地开展，通过设置不同盐度梯度的实验条件，探讨冬季灌溉对土壤碳排放的影响。实验分为三个盐度梯度（T1、T2、T3）和三种灌溉量（W1、W2、W3），其中W3代表常规的冬季灌溉水量。实验采用静态气室-气相色谱法对土壤中的二氧化碳排放进行测量，并在不同的冻融阶段采集数据，以分析其对碳排放的影响。

研究结果表明，在冻融周期内，土壤二氧化碳排放呈现出先降低后升高的趋势。在冻结前的阶段，冬季灌溉加剧了未冻结区域的盐分积累，从而抑制了气体的排放。随着灌溉量的增加，二氧化碳通量的下降速率也加快，尤其是在高盐度处理中，灌溉显著降低了二氧化碳排放量，其排放水平约为对照处理的一半。然而，在解冻阶段，由于土壤盐分和水分的重新分布，灌溉对二氧化碳排放的影响减弱，此时土壤盐度成为主要的控制因素。由于解冻阶段的二氧化碳排放量远高于冻结前阶段，因此在整个冻融周期内，冬季灌溉对二氧化碳排放的整体影响并不显著。从碳固存和减排的角度来看，冬季灌溉是一种中性的农业实践，既不会显著减少碳排放，也不会增加碳释放的风险。

进一步的分析显示，土壤盐度对二氧化碳排放具有显著的抑制作用。随着土壤盐度的升高，二氧化碳排放量逐渐降低。这一现象可能是由于高盐度降低了土壤溶液的渗透势，从而抑制了微生物活性和有机质的分解速率。在低盐度处理中，冬季灌溉对二氧化碳排放的影响不显著，而在高盐度处理中，灌溉显著降低了排放水平。这表明，在高盐度条件下，冬季灌溉有助于减少碳排放，但在低盐度条件下，其作用较为有限。

在冻融周期的不同阶段，土壤水分和温度的变化对二氧化碳排放具有不同的影响。冻结前阶段，随着气温的下降，土壤水分逐渐冻结，二氧化碳排放量随之减少。而在解冻阶段，随着温度的上升和水分的重新分布，二氧化碳排放量迅速增加。这种动态变化使得整个冻融周期内的二氧化碳排放呈现出明显的季节性特征。此外，土壤水分含量与二氧化碳排放量之间存在正相关关系，表明水分的充足性对碳排放具有促进作用。

研究还发现，土壤温度和水分含量的变化对二氧化碳排放的动态具有同步性，且两者共同作用，影响土壤碳排放的季节性波动。由于土壤温度更容易测量，因此在分析碳排放变化时，可以将其视为主要的调控因素。然而，在冻融过程中，温度、水分和盐度三者之间的相互作用复杂，单独考虑其中某一因素可能无法全面反映其对碳排放的影响。因此，未来的研究应更加关注这三者之间的协同作用，以更准确地评估其对碳排放的影响。

本研究还指出了当前研究的一些局限性。首先，实验仅在单一土壤质地条件下进行，而土壤质地对水分和盐分的迁移以及微生物活动具有重要影响，因此未来研究应考虑多种土壤质地对碳排放的影响。其次，实验中使用的灌溉水为自来水，而在实际农业生产中，往往使用含盐量较高的水。这种水的使用可能改变土壤盐度的动态变化，进而影响碳排放模式。因此，未来的研究应纳入不同水质对碳排放的影响。最后，实验仅基于单一年份的数据，而气候变化和土壤条件的变化可能影响碳排放的年际波动。因此，长期或多年的研究对于更全面地理解冻融条件下土壤碳排放的规律具有重要意义。

综上所述，本研究揭示了冬季灌溉对土壤碳排放的影响机制。在高盐度条件下，冬季灌溉有助于减少二氧化碳排放，而在低盐度条件下，其作用不显著。此外，冻融周期内，土壤盐度和水分的重新分布对碳排放具有持续影响，而灌溉方式和水量在解冻阶段对碳排放的影响减弱。因此，从碳排放的角度来看，冬季灌溉对农田的影响较为中性，其主要作用在于改善土壤水分和盐分的分布，从而为农业生产提供更好的条件。未来的研究应进一步探讨不同土壤质地、水质以及长期变化对碳排放的影响，以期为农业可持续发展和气候变化应对提供更科学的依据。