覆盖作物与免耕联用对农田土壤温室气体排放的协同效应研究

本研究通过30个月的田间监测，揭示了覆盖作物(CC)与免耕(NT)联用(CCNT)对土壤温室气体(GHG)排放的影响。结果表明，相较于单一免耕，CCNT使土壤全球增温潜势(GWP)增加15.2%，其中CO2贡献率达91.7%，N2O和CH4日均通量分别增加32.3%和55.6%。研究首次在生产者管理条件下全面评估三种主要GHG（CO2/N2O/CH4）的响应机制，为农业自然气候解决方案(NbCS)提供实证依据。

　　

研究背景

农业贡献了全球20%的温室气体排放，其中管理措施直接影响排放强度。覆盖作物(CC)与免耕(NT)联用(CCNT)作为保护性农业的核心实践，其气候效应长期存在争议。现有研究多基于控制试验且缺乏对CO₂、N₂O和CH₄的同步监测，生产者管理条件下的真实排放特征亟待厘清。

研究方法

在印第安纳州两个相邻农田开展30个月原位观测，对比CCNT（21.5公顷）与单一NT（26.5公顷）的土壤GHG通量。采用静态箱法采集气体，通过气相色谱分析CO₂、N₂O和CH₄浓度变化，结合气象数据和土壤参数解析驱动因子。研究涵盖两种CC类型：冬季黑麦（100%非豆科）和间作混播（73%非豆科+27%豆科）。

关键发现

温室气体通量变化

CCNT使土壤GWP显著增加15.2%，日均CO₂、N₂O和CH₄通量分别较NT提高16.2%、32.3%和55.6%。夏季差异更显著：CO₂增加16.9%，N₂O增加36.3%，CH₄吸收减少61.5%。CO₂贡献占比超91%，主导GWP变化。

气象驱动机制

温度因素解释85.3%的CO₂增量，10cm土壤温度每升1°C，CCNT的CO₂释放速率比NT高23%。降雨则是N₂O主控因子，7-13天累积降雨量可解释46.1%通量变异，CCNT对降雨的响应灵敏度较NT高65%。

覆盖作物类型差异

冬季黑麦CCNT在2021年使GWP激增37.9%，而2022年采用间作混播后，该差异降至15.5%。豆科混入通过降低C:N比（降幅达3.3）和提升生物量（视觉评估），使土壤温度降低3.9-4.2°C，显著缓解GHG排放。

环境协同效益

CCNT使表层土壤NO₃^-浓度降低10.8%（冬季黑麦）至32.5%（间作混播），排水沟硝态氮流失减少77.8-86.4%。虽短期（30个月）土壤有机碳(SOC)变化未达显著水平，但碳库差异呈收敛趋势，预示长期固碳潜力。

研究启示

这项生产者管理田块的实证研究表明，CCNT虽短期增加土壤呼吸排放，但通过优化CC类型（如豆科混播）可实现GHG与氮素管理的平衡。研究为农业NbCS提供了关键参数：当采用间作混播时，每公顷农田年均净排放为17.11±15.76 Mg CO₂-eq，较传统冬季黑麦降低40%。未来需结合涡度协方差等技术，在更长周期验证CCNT的净气候效益。