典型烟田土壤呼吸碳排放分析

摘要 ［目的］明确典型烟田土壤呼吸碳排放差异。［方法］选择山东青岛烟区烟茬地、玉米茬地和农闲地3种不同种植方式烟田，采用静态箱-气相色谱法分析烟田土壤呼吸碳排放特征。［结果］不同种植方式下烟田土壤垄面和垄沟的CO2排放通量均具有一定的差异，其中，垄面土壤的呼吸速率较大，具有较高的CO2排放通量。在整个烤烟生长期间，烟田土壤CO2排放通量大致呈现出“M”型变化，以农闲地的烟田土壤CO2排放通量最大，平均CO2排放通量为266.10 mg/（m2·h），玉米茬地和烟茬地的土壤CO2排放通量相对较低。利用农闲地种植烤烟土壤呼吸碳排放量较大，其次为玉米茬地和烟茬地，农闲地、玉米茬地和烟茬地种植烤烟后烟田土壤呼吸碳排放量分别为2 741.07、2 610.15和2 442.38 kg/hm2。［结论］需要结合不同种植方式烟田土壤呼吸碳排放情况，对生产技术措施进行合理调整，助力烟草农业实现绿色低碳生产。

关键词 烟草；种植方式；土壤呼吸；碳排放

中图分类号 X322 文献标识码 A

文章编号 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

大气中CO2浓度的升高是导致全球气候变化的主要原因之一，农业是第二大温室气体排放源，也是CO2排放的重要来源，其中，土壤呼吸是农田土壤向大气释放CO2的主要途径，土壤呼吸所引起的碳排放对于大气中CO2浓度变化有重要影响［1-3］。已有研究表明，土壤 CO2 排放受到土壤特性、温湿度以及作物类型、生产方式等因素的综合影响，不同农田土壤的碳排放强度差异较大，不同种植作物种类之间也存在着较明显的差异［4-5］。例如，卢闯等［6］研究测得华北夏玉米在整个生长期间农田土壤CO2排放通量为410.0～527.2 mg/（m2·h）;王冬林等［7］研究发现陕西关中地区小麦玉米轮作的情况下，小麦季农田土壤CO2排放通量为50～310 mg/（m2·h）；马晓玲等［8］研究表明不同的种植方式对玉米农田土壤温室气体排放有一定影响，与玉米单作相比，玉米间作花生农田CO2排放量减少13.0%以上，玉米秸秆覆盖处理的农田CO2排放量减少23.7%。

烤烟是我国重要的特种经济作物之一，其种植面积和总产量位居世界第一位，随着我国碳达峰/碳中和目标的提出，烟草农业实现固碳减排成为必然趋势。目前针对烟田生态系统土壤呼吸碳排放的研究还相对较少，我国植烟区域分布广泛，根据不同烟区实际情况明确烟田土壤碳排放程度，对于烤烟绿色低碳生产技术措施的制定具有重要的意义。该研究选择青岛烟区典型烟田土壤为对象，分析了土壤呼吸碳排放规律，并对土壤呼吸碳排放进行了计量，以期为烟草农业碳排放的深入研究以及低碳减排技术策略的制定提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点 试验地点位于青岛市黄岛区六汪镇烟叶产区，土壤类型为棕壤土，种植烤烟品种为NC55。

1.2 试验方法

根据烟草种植方式前茬作物不同，选择3种不同类型的烟田，分别为烟茬地（T1，上年种植烤烟田块）、农闲地（T2，上年闲置田块）、玉米茬地（T3，上年种植玉米田块），每种类型的烟田分别选择3个检测点，自烤烟移栽后每隔15 d进行一次土壤呼吸气体采样检测，直到烤烟采收完毕。

采用静态箱-气相色谱法测定烟田土壤呼吸CO2排放量，气体取样检测时间选择08：00—11：00，每个检测点同时对垄面土壤和垄沟土壤的呼吸进行取样，在0～40 min，每间隔10 min用100 mL注射器采集气体（即在0、10、20、30、40 min 时各取一个样品）一次，迅速转移至250 mL铝膜气样袋中，带回实验室利用气相色谱仪进行CO2浓度测定。

1.3 数据统计

（1）烟田土壤CO2排放通量计算公式：

式中：F为CO2排放通量［mg/（m2·h）］；ρ为标准状态下CO2密度（kg/m3）；V为密闭箱有效体积（m3）；S为底座面积（m2）；dC/dt为单位时间内密闭箱内CO2浓度变化量［mg/（L·h）］;T为密闭箱内平均气温（℃）。

（2）烟田土壤呼吸碳排放量（CE）计算公式：

式中：CE为累计碳排放量（kg/hm2）;Fi和Fi+1分别为第i和第i+1次采样时CO2排放通量［mg/（m2·h）］;ti和ti+1分别为第i和第i+1次采样日期;12/44为g/（m2·h）（以CO2计）转换为g/（m2·h）（以C计）的系数；24×10-2为将碳排放数值单位由g/（m2·h）转换为kg/hm2的系数。

2 结果与分析

2.1 不同前茬烟田垄沟和垄面土壤CO2排放通量比较

烤烟采用起垄的方式种植，由图1可知，不同前茬烟田垄面土壤的CO2排放通量均大于垄沟，表明垄面土壤的呼吸速率更大，其碳排放量也更高。主要原因：相较于垄沟，垄面土壤土层厚，土壤空隙度大，有利于土壤呼吸和烟株根系的生长。因此，要表征整块烟田的碳排放量需对垄沟和垄面土壤的CO2排放通量进行分别测量。就不同前茬烟田的垄沟和垄面土壤CO2排放通量来看，均以T2（农闲地）处于最高水平。

2.2 不同前茬烟田土壤CO2排放通量动态与均值比较

由图2可知，不同前茬烟田土壤CO2排放通量动态变化与烟草田间生长发育变化基本一致，在烟草生长的旺长期（6月8日—7月8日）和采烤期（7月23日—9月21日）均出现CO2排放速率峰值，烟田土壤CO2排放通量总体呈现出“M”型变化趋势，尤其是T2（农闲地）和T3（玉米茬地）烟田CO2排放通量“M”型特征明显。在整个烟草大田生长期间，不同前茬烟田土壤CO2排放通量变化范围存在差异，其中T1（烟茬地）和T3（玉米茬地）差异较小，分别为79.16～353.88和68.23～380.04 mg/（m2·h），T2（农闲地）差异较大，为75.22～550.39 mg/（m2·h）。就烟田土壤平均CO2排放通量来看，T2最大，平均CO2排放通量为266.10 mg/（m2·h），其次为T3，T1的平均CO2排放通量最小，为194.12 mg/（m2·h）。

2.3 不同前茬烟田土壤呼吸碳排放量统计

从不同前茬烟田土壤呼吸碳排放量的统计结果（图3）可看出，利用农闲地（T2）种植烟草土壤呼吸碳排放量最大，其次为利用玉米茬地种烟（T3），烟茬地（T1）土壤呼吸碳排放量最小。烟茬地、农闲地和玉米茬地土壤呼吸碳排放量分别为2 442.38、2 741.07和2 610.15 kg/hm2。可见，前茬作物会影响烟田土壤呼吸碳排放量，相较于前茬为农闲地和玉米的田块，连续种植烟草土壤呼吸碳排放量相对较小，土壤呼吸碳排放量与土壤自身生物学特性有一定的相关性，不同前茬作物下烟田土壤特性的变化可能是其碳排放量差异的主要原因。

3 讨论与结论

烤烟种植过程所需步骤相对繁多，不同的生产种植方式均会对烟田土壤产生扰动，进而影响到烟田土壤的呼吸作用碳排放［9-10］。 该研究分析了青岛烟区3种不同的前茬作物烤烟种植方式下烟田土壤呼吸的变化特征，结果表明，不同种植方式下烟田土壤垄面和垄沟的CO2排放通量均具有一定的差异，其中，垄面土壤的呼吸速率较大，具有较高的CO2排放通量。在实际生产中，烤烟种植均采用起垄的方式，因此在核算烟田土壤呼吸碳排放时，分别对垄沟和垄面土壤的CO2排放通量进行测定是一种较合理的研究方法。

不同作物在整个生育期间，农田土壤CO2排放通量变化具有一定的差异，有研究指出，小麦生育期农田土壤 CO2排放通量变化呈现双峰双谷特征［11］，在玉米生长季其土壤的CO2排放通量具有一定的双峰曲线变化规律［12］。该研究结果表明，不同前茬作物烤烟种植方式，在整个烤烟生长期间，烟田土壤CO2排放通量大致呈现出“M”型变化规律，尤其是农闲地和玉米茬地烟田CO2排放通量“M”型特征明显，CO2排放通量出现双峰值。就整个烤烟生长过程来看，与其他作物相比，由于存在特殊的烟叶采烤环节，会对烟田土壤呼吸产生一定的影响，CO2排放通量动态在采烤时期发生了明显的变化。3种不同的烤烟种植方式以农闲地的烟田土壤CO2排放通量最大，平均CO2排放通量为266.10 mg/（m2·h），玉米茬地和烟茬地的土壤CO2排放通量相对较低；烟茬地、农闲地和玉米茬地种植烤烟后烟田土壤呼吸碳排放量分别为2 442.38、2 741.07和2 610.15 kg/hm2。由此可以看出，利用农闲地种植烤烟土壤呼吸碳排放量最大，其次为玉米茬地，烟茬地最小。土壤呼吸碳排放量与土壤自身生物学特性密切相关，在烤烟生产中，不同烟田土壤由于肥料施用的差异会对土壤性质产生影响［13-14］，不同前茬作物下烟田土壤特性的变化可能是其碳排放量差异的主要原因。今后，结合不同种植方式下烟田土壤呼吸碳排放的差异还需要对其影响因素进行深入研究，同时需要开展烟田土壤固碳作用研究，从碳源和碳汇的角度，综合评价烤烟种植的碳中和程度，为烤烟生产提出合理有效的固碳减排技术建议。