单季麦秸还田促进小麦-玉米周年碳效率和经济效益协同提高

[目的]优化小麦-玉米周年秸秆还田方式,实现系统碳效率及经济效益协同提高,促进小麦-玉米周年可持续生产.[方法]基于8年小麦-玉米周年秸秆还田长期定位试验,分析小麦、玉米秸秆双季还田(D)与小麦秸秆单季还田(S)对作物秸秆产量和碳投入量的影响,明确不同碳投入量对小麦-玉米周年产量及其稳定性和可持续性的影响;系统分析碳效率与经济效益对小麦-玉米周年不同碳投入量的响应特征.[结果](1)D和S处理的年均秸秆还田量分别为13.54和5.43 t·hm-2;D处理投入土壤中的根系和根茬生物量分别为3.04和2.14 t·hm-2,较S处理均无显著差异(P>0.05);S处理的根系、根茬和根系分泌物碳投入量分别为1.34、0.97和1.35 t·hm-2,较D处理没有显著差异(P>0.05).(2)S处理的资源和农田管理碳投入量为1.73 t C·hm-2,较D处理减少51.29 kg C·hm-2;S处理的农田碳总投入量为9.00 t C·hm-2,较D处理的12.30 t C·hm-2显著减少了26.82％(P<0.05);S处理的年均秸秆碳投入量为2.31 t C·hm-2,较D处理减少了60.85％,秸秆投入量的差异是造成农田碳投入差异显著的主要因素.(3)S处理的年际平均玉米产量为7.29 t·hm-2,较D处理减少了5.48％,D处理的小麦和周年产量为7.76和15.05 t·hm-2,分别较S处理减少5.67％和0.26％;S处理的作物周年产量稳定性和可持续性指数分别为0.19和0.63,较D处理没有显著性差异(P>0.05).(4)S和D处理的周年籽粒碳产出量分别为6.27和6.25 t C·hm-2,植株碳产出量分别为15.96和15.74 t C·hm-2,均没有显著差异(P>0.05).S处理的碳生产效率和碳生态效率分别为0.69 kg·kg-1和1.77 kg·kg-1,较D处理分别显著增加60.47％和39.37％(P<0.05).(5)小麦季,S处理的年际平均产值和年际平均净收益分别为1.89万元/hm2和0.72万元/hm2,与D处理相比均没有显著差异(P>0.05);玉米季,S处理的年际平均产值和年际平均净收益分别为1.91万元/hm2和0.81万元/hm2,较D处理分别增加了0.38万元/hm2和0.39万元/hm2;小麦-玉米周年,S处理的年际平均产值和年际平均净收益为3.80万元/hm2和1.56万元/hm2,较D处理分别显著增加14.81％和51.54％(P<0.05).[结论]小麦秸秆单季还田在不显著影响小麦-玉米周年籽粒产量以及产量稳定性和可持续性的前提下,减少了玉米秸秆的碳投入量,促进了碳效率和经济效益的协同提高.