摘要
为了探明不同碳源投入对春小麦土壤呼吸变化特征及产量的影响，以新疆乌鲁木齐市长期定位试验的 8 个典型处理［对照（CK），氮磷钾（NPK），常量氮磷钾 + 常量有机肥（NPKM），增量氮磷钾 + 增量有机肥 （1.5NPKM），单施有机肥（M），氮磷钾 + 秸秆还田（NPKS），单施秸秆（S），撂荒（CK0）］为研究对象，通过 LI-COR 8200S 土壤智能测量室、LI-7180 痕量气体分析仪和 Stevens HydraProbe 土壤水分、温度传感器对以上处理进行田间原位监测。结果表明：不同碳源投入下，土壤呼吸速率（NCER）差异显著，且 NPKM 处理全天中 12：00 达到最大值，其平均 NCER 最高，NCER 值为 13.48 μmol·m-2 ·s-1 。不同碳源投入下春小麦各生育期差异显著，且 NCER 最大值均在拔节期；成熟期，与 CK 相比，NPK、CK0 和 NPKS 处理间差异显著，NCER 值降低，降低了 3.11 ～ 6.18 μmol·m-2 ·s-1 ，S 处理较 CK 处理，土壤平均 NCER 均降低，降低了 26.00% ～ 38.00%。NCER 随着土壤温度、水分升高而增加，与有机碳、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾含量呈正相关但不显著。单施化肥和添加有机物料（有机肥、秸秆）的处理都可增加作物产量和生物量。综上所述，NCER 受土壤温度、水分影响， NCER 因春小麦生育期而异，S 处理可以减少 NCER，其中单施化肥和添加有机物料（有机肥、秸秆）的处理均可以增加作物产量和生物量。
Abstract
In order to investigate the effects of different carbon source inputs on soil respiration characteristics and yield of spring wheat，a long-term positioning experiment was conducted in Urumqi，Xinjiang．Eight typical treatments were set up， including CK，chemical fertilizer of nitrogen，phosphorus and potassium（NPK），NPK combined with organic fertilizer（NPKM），1.5 times amount of NPKM（1.5NPKM），organic fertilizer alone（M），NPK combined with straw（NPKS）， straw alone（S）and abandoned field（CK0）．The above treatments were monitored in situ by LI-COR 8200S soil intelligent measurement chamber，LI-7180 trace gas analyzer and Stevens HydraProbe soil moisture and temperature sensor．The results showed that there were significant differences in soil respiration rate（NCER）among different fertilization treatments， and NPKM treatment reached the maximum value at 12:00 in the whole day，and its average NCER value was the highest， which was 13.48 μmol·m-2 ·s -1 ．There were significant differences in the growth stages of spring wheat under different fertilization treatments，and the maximum NCER was in jointing stage．At maturity stage，the difference between NPK， CK0 and NPKS treatments was significant compared with CK，and the NCER value decreased by 3.11-6.18 μmol·m-2 ·s -1 ． Compared with CK treatment，the average NCER value of S treatment was lower，which decreased by 26.00%-38.00%． NCER increased with the increase of soil temperature and moisture，but not significantly positively related with soil organic carbon，total nitrogen，alkali-hydrolyzed nitrogen，available phosphorus and available potassium．Application of chemical fertilizer alone and addition of organic materials（organic fertilizer，straw）increased crop yield and biomass． In summary，NCER was affected by soil temperature and moisture，and NCER varied according to the growth period of spring wheat．Treatment of S reduced the NCER，and treatment with single application of chemical fertilizer and addition of organic materials（organic fertilizer，straw）increased crop yield and biomass.
土壤呼吸是大气与陆地生态系统之间碳循环的主要方式，也是土壤碳库释放到大气中最大和最容易变化的碳通量[1]。土壤呼吸不仅导致全球气候变暖，还对农业生产造成不利影响[2-3]。农田又是陆地生态系统最重要且最活跃的部分，很容易受到环境因素（如水分、温度等）、人类活动和管理措施 （如施肥）的干扰，其能在较短时间内调控生态环境，进而影响土壤呼吸排放特征[4-6]。农田生态系统的土壤呼吸和森林与草地生态系统不同，农田土壤的固碳减排是应对全球气候变化有效手段之一，如何有效地在提高土壤肥力的情况下减少土壤呼吸排放是现代农业可持续发展的关键问题[7]。
大量研究结果表明，不同施肥能显著影响土壤呼吸排放。柯浩楠等[8]通过对南京信息工程大学的气象与生态试验站的水稻进行研究，表明在水稻的整个生育期，土壤呼吸速率（NCER）的季节变化呈先增加后减小的趋势，水稻各生育期 CO2 浓度升高对稻田 NCER 差异显著，氮肥减施可以降低稻田的 CO2 累积释放量，并且 NCEB 与气温呈正相关关系。 Lee 等[9]和谢丽华等[10]发现有机肥作为外源有机质投入到土壤中，玉米播种后土壤温度升高，大致在开花期 NCER 分别达到 4.40 和 5.80 μmol·m-2 ·s -1，其在改变土壤肥力和土壤温度的同时，也为土壤微生物的呼吸提供了基质，增强作物的根系呼吸，从而影响土壤碳的转化和 CO2 的释放。董建丽等[11] 通过对山东农业大学农学试验站棕壤土研究认为，翻耕 + 秸秆还田处理的土壤呼吸排放量较少，且可以获得较高水平的产量。牛慧敏等[12]通过养分添加和浅耕翻对晋北赖草草地土壤呼吸的研究结果得出，2020—2021 年养分添加、养分添加和浅耕翻与对照相比分别显著增加了 NCER 的 39.00%、 33.10%，说明草地的土壤呼吸对短时间养分的添加响应敏感，显著提升了土壤呼吸；而浅耕翻和养分添加对土壤呼吸的影响存在交互作用并与年际降水有关。
由于研究区域的气候条件、土壤肥力和种植模式等的不同，土壤呼吸速率会呈现不同的变化规律。又因大多数土壤呼吸的研究是针对草原、湿地和森林等生态系统，对于新疆半干旱地区的农业条件下不同施肥对土壤呼吸的影响未有明确认可的结论。因此，本研究依托新疆灰漠土长期定位不同施肥试验，以春小麦季不同施肥土壤为研究对象，对农田碳排放进行了原位监测。探究不同施肥方式下土壤 NCER 的日变化特征，并分析不同施肥对春小麦生育期的影响及土壤呼吸与土壤温度、水分间的关系，以期探索合理的施肥方式，为新疆干旱区农田种植低碳高产技术提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
国家灰漠土肥力与肥料效益监测站位于新疆乌鲁木齐市新市区安宁渠镇的新疆农业科学院综合试验场内（43°56′32″N，87°28′27″E），海拔高度 600 m，年平均气温 7.7℃，有效积温 1734℃，常年降水量 310 mm，无霜期 156 d，年平均日照时数 2594 h，属干旱半干旱荒漠气候。
试验小区的土壤类型为灰漠土，发育在黄土状母质上。在 1988—1989 年长期定位试验进行了 2 年匀地，是为了保证试验小区的土壤理化性质达到平衡，1990 年开始正式试验。土壤耕层的初始基础理化性质如表1所示。
1.2 试验设计
试验采用冬小麦－春小麦（2009 年开始改为棉花）－玉米，轮作周期为三年一轮作。2023 年度种植作物为春小麦，播种时间为 2023 年 4 月中旬，收获时间为 7 月下旬。测试处理选取了长期定位试验中的 8 个处理进行分析，分别为：不耕作（ 撂荒，CK0）； 不施肥（CK，对照）； 氮磷钾（NPK）；常量氮磷钾 + 常量有机肥（NPKM）； 增量氮磷钾 + 增量有机肥（1.5NPKM）；氮磷钾 + 秸秆还田（NPKS）；秸秆还田（S）；单施有机肥 （M）。各处理具体施肥量如表2、3所示。
施肥方法：施用 60% 的氮肥、全部磷钾肥和有机肥作为基肥，在播种前将基肥均匀的在土壤表层撒施，并深翻后播种。秸秆还田处理为 2022 年该小区种植的玉米的秸秆，全部粉碎后还田。每个试验小区面积 468 m2，和许多长期定位试验一样，本试验没有设置真正的重复小区，但由于长期处于相同的管理之下，单个小区内的差异被认为是最小的[13]，可以在每个试验小区划分为 3 个子小区作为假重复，以弥补这个不足。每个小区之间埋深 70 cm 的钢筋水泥板间隔，地表露出 10 cm 水泥埂进行加筑，避免渗水和漏肥。
表1灰漠土土壤耕层（0～20 cm）初始理化性质
表2灰漠土长期试验不同施肥处理的施肥量（1990—1994 年）
表3灰漠土长期试验不同施肥处理及施肥量（1994 年以后）
注：1994 年改变施肥量；S 和 M 处理自 1999 年开始。
作物品种：所有作物品种均采用新疆当地主要品种，一般为同一系列的更新换代。玉米品种为 SC704、新玉 7 号、41 号以及中南 9 号，冬小麦品种为新冬 17、新冬 18、新冬 19 号、新冬 52 号，春小麦品种为新春 2 号、新春 8 号和 18 号，棉花品种主要为新陆早系列。
1.3 土壤呼吸的测试与计算
利用 LI-COR 8200S 土壤智能测量室、LI-7180 痕量气体分析仪和 Stevens HydraProbe 土壤水分、温度传感器对上述处理进行田间气体原位监测。观测时间为 2023 年春小麦播种后 4 月到 7 月，为尽量减少由于温度波动造成的误差，每个处理以对角线的方式设置 2 个重复，所有处理的土壤呼吸测量均在 12：00—14：00 进行。由于将底座嵌入土壤中会对土壤造成短时间内的土壤呼吸速率的波动，所以需要在第一次测量之前的 24 h 将直径 20.32 cm、高 11.43 cm 的 PVC 管底座固定好，顶端距离地面 3 cm，在试验期间底座内所有地上植物及时清理，底座留在试验小区内直至测量结束。于作物苗期、拔节期、扬花期和成熟期 4 个生育期选择 3～4个晴朗无风日对各个小区土壤 NCER 进行监测。通过土壤 CO2 流量的变化得到样地 NCER 的平均值。每次测量前土壤智能测量室和痕量气体分析仪需提前 40～60 min 预准备，使测量前达到稳定阶段。测量每个样点的时间大约为 2 min，土壤呼吸日观测进程（0：00—18：00）监测，每次监测时间间隔 6 h，共计测定 4 次。
土壤呼吸的计算公式：
土壤呼吸特征以单位土壤面积单位时间内土壤呼吸速率（NCER）表示，其计算公式：
式中，us 为实际泵速，Δc 为呼吸室的 CO2 浓度和环境 CO2 浓度的差值。
1.4 数据处理
数据统计分析采用 SPSS 26.0 进行，多重比较分析采用单因素试验统计 LSD 法，采用 Excel2021 进行基本数据计算及制图，利用 Origin 2021 制图。
2 结果与分析
2.1 土壤呼吸速率的特征分析
利用统计学中的箱线图对 6 月 20 日的土壤 NCER 特征进行分析（图1），箱体中的黑色线条为中位数，代表样本数据的平均水平；箱体中的虚线为该处理日间（0：00—18：00）监测结果的均值。结果表明：除 CK 和 S 处理的中位数居于箱体中部，表明高于或者低于中位数的数据几乎相等； 1.5NPKM、NPK 和 CK0 3 个处理中位线均位于箱体上部，表明监测的数据大多小于中位数；NPKM、M 和 NPKS 3 个处理的中位线位于箱体下部，表明监测的数据大于中位数的占多数。这一结果表明，不同碳源投入导致土壤呼吸的不平衡，改变了土壤呼吸的变化特征。NPK 和 NPKM 处理的 NCER 总体高于 CK 处理，其中，NPKM 处理的影响最显著。表明常量有机无机配施增加了灰漠土农田的 NCER，进而增加了土壤的碳通量。
图1春小麦不同碳源投入土壤呼吸速率田间原位监测数据特征
注：图中 * 代表各处理间差异显著，显著水平为 5%。
2.2 灰漠土不同碳源投入下土壤呼吸速率日变化特征
太阳辐射的产生和大气的运动会影响农田土壤的昼夜变化，土壤温度、水分、根系和土壤微生物强度相应的也会产生昼夜变化，从而 NCER 日变化表现出一定的特征。由图2（a，b）可知，6 月 20 日的春小麦在不同碳源（有机肥、秸秆）投入下 NCER 日（0：00—18：00）变化呈现不同程度的变化趋势， NPKM 处理的 NCER 呈现先增后减的趋势，温度和 NCER 全天中 12：00 达到最大值，其 NCER 最高， NCER 值为 13.48 μmol·m-2 ·s -1。这一结果说明， NCER 随温度增加而增加。CK、NPK、1.5NPKM、M 和 NPKS 处理的 NCER 均呈现先减后增的趋势，全天中 18：00 达到最大值，NCER 值范围在 6.52～10.98 μmol·m-2 ·s -1 之间。S处理呈现先减后增再减的趋势。所有处理中 CK0 的平均 NCER 最低，NCER 值为 1.39 μmol·m-2 ·s -1。整体平均土壤 NCER 值表现为 NPKM>NPK>CK >1.5NPKM>M>S>NPKS>CK0。
除 NPK 处理外，其他施肥处理的温度呈现先减后增再减的规律。NPK、CK 和 NPKS 处理的 NCER 随着温度增加而增加；其他处理的 NCER 未随着温度的增加而增加。这一结果可能跟微生物呼吸有关，微生物对温度适应的范围为 16～30℃，因此，NCER 未随温度升高而增加。由图2（b）中看出，不同时间段各处理 NCER 差异显著。0：00 时，施用外源物料（有机肥、秸秆）的处理较 NPK 处理 NCER 均显著降低，降低了 8.67%～57.04%； 6：00—18：00 时，NPKM 处理的 NCER 值最高，这一结果表明 NPKM 可以增加 NCER。
2.3 长期不同碳源投入春小麦各生育时期土壤呼吸速率的差异
由图3可知，不同碳源投入下春小麦的 NCER 最大值均在拔节期。这一结果可能是因为春小麦在拔节期时，根系逐渐发达，微生物活性增强，增加了 NCER，进而增加碳通量。与 CK0 处理相比，CK 处理的 NCER 明显上升，说明耕作可以加速土壤呼吸，提高 NCER。NPKS 处理下扬花期和成熟期 NCER 值相当。与 CK 相比，S 处理的 NCER 均低于 CK，土壤平均呼吸速率降低了 26.00%～38.00%，说明单施秸秆不能提高 NCER。
图2春小麦不同施肥措施下土壤呼吸速率的日变化
注：图柱上的字母不同代表同一指标各处理间差异显著，显著水平为 5%。NCER 为呼吸速率。
在春小麦苗期时，与 NPK 相比，NPKM、1.5NPKM 和 M 处理显著提高了平均 NCER，分别使其提升了 43.13%、34.36% 和 52.49%，其中，M 处理 NCER 提升最为显著。说明外源有机碳（有机肥）的添加可以增加土壤呼吸，提高春小麦苗期的 NCER，同时增加了碳通量。NPKS 较 CK 处理差异显著， NPK、S 处理则未达到显著水平。说明化肥配施秸秆还田可显著提高 NCER。与 CK0 相比，CK 处理差异显著，明显提高了 NCER，提高了 39.00%。在春小麦拔节期时，与 CK 相比，S 和 CK0 处理差异显著，明显降低了 NCER，分别降低了 44.00% 和 76.00%。NPK、NPKM、1.5NPKM、M 和 NPKS 处理的 NCER 值较 CK 处理均有所提高，但彼此间差异不显著。在春小麦扬花期时，与 CK 相比，CK0 处理差异显著，其他处理未达到显著水平。在春小麦成熟期时，与 CK 相比，NPK、CK0 和 NPKS 处理差异显著，NCER 明显下降，降低了 3.11～6.18 μmol·m-2 ·s -1。说明单施化肥、不耕作和秸秆还田在后期土壤呼吸强度变弱，NCER 降低。
图3春小麦不同碳源投入下各生育时期土壤呼吸速率的差异
注：图柱上的字母不同表示同一指标不同处理间存在显著差异，显著水平为 5%。
2.4 土壤温度（5 cm）、水分与呼吸速率间的关系
对春小麦的土壤温度和 NCER 的关系进行了函数方程的拟合。由表4可知，无论是使用线性函数拟合，还是指数函数拟合，NCER 和土壤温度均呈正相关关系，且 2 种拟合方程的 R2 相近。这一结果说明，土壤温度（5 cm）是影响不同碳源（有机肥、秸秆）投入下土壤呼吸的主要驱动因子。 1.5NPKM、CK 和 S 处理的土壤温度和 NCER 呈极显著相关关系；M 处理的土壤温度和 NCER 呈显著相关关系，其他处理相关性不显著。通过对春小麦不同处理的 NCER 与土壤温度关系进行拟合，指数函数拟合方程的拟合结果最佳。
关于不同碳源投入下土壤水分和 NCER 的关系，采用线性拟合方程（表5）得出，土壤水分和NCER 呈正相关关系，其中 1.5NPKM 和 CK 处理的 NCER 和土壤水分呈显著相关关系。
2.5 土壤耕层化学性质与呼吸速率的相关性
对不同碳源投入下土壤耕层（0～20 cm） 化学性质与 NCER 的相关性分析（图4）表明， NCER 与有机碳、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾呈正相关关系，但未达到显著性水平；全磷、pH 与 NCER 呈负相关关系，相关性不显著。结果说明，土壤化学性质对 NCER 没有显著的影响。
2.6 不同碳源投入对春小麦产量的影响
由表6可知，不同碳源投入下 CK 和 S 处理的春小麦生物量和产量显著低于其他处理，春小麦产量：NPK>NPKS>M>NPKM>1.5NPKM>S>CK；NPKM 处理的穗粒数显著高于 CK 和 S 处理，与其他处理处理差异不显著；NPKS 处理的百粒重与 1.5NPKM 和 CK 处理差异显著，与其他处理差异不显著； 1.5NPKM 与 NPK、CK 和 S 处理的 1 m2 籽粒重差异显著，其他处理间未达到显著水平。以上结果说明，单施化肥和添加有机物料（有机肥、秸秆）的处理均可增加作物产量和生物量。
表4不同碳源投入下土壤呼吸速率与土壤温度（5 cm）间的关系
注：表中 n 为样本数，R 为相关系数，* 表示 5% 水平显著，** 表示 1% 水平显著，*** 表示 0.1% 水平显著，**** 表示 0.01% 水平显著。
表5不同碳源投入下土壤呼吸速率与土壤水分（5 cm）间的关系
注：表中 n 为样本数，R 为线性相关系数，* 表示 5% 水平显著。
图4土壤耕层化学性质与土壤呼吸速率的相关性
注：SOC：有机碳；TN：全氮；TP：全磷；TK：全钾；AN：碱解氮；AP：有效磷；AK：速效钾；pH：酸碱性；EC：电导率；NCER：呼吸速率；* 表示 5% 水平相关显著。
表6不同碳源投入 2023 年春小麦产量及其构成
注：表中不同小写字母表示处理间差异显著，显著水平为 5%。
3 讨论
3.1 土壤呼吸速率与土壤温度、水分的关系
土壤呼吸是农田生态系统的碳循环重要组成部分，极易受到多种因素的干扰。众多研究表明，土壤温度是影响 NCER 的关键驱动因子[14-16]，也是调节 NCER 最重要的影响因素，二者通常用线性模型或者指数模型进行拟合[17]。本研究结果表明，土壤温度、水分与 NCER 呈正相关关系，但 NCER 日变化主要受 5 cm 土壤温度的影响。这一结果与胡洋等[7]的研究结果相近。本研究发现，新疆地区 12：00 时气温达到最高，不同碳源投入的 NCER 值在此时也达到最高，气温影响了地表温度，最终增加了 NCER。与前人研究结果一致[18]。刘武仁等[19]认为，在一定范围内温度升高，不仅可以促进植物-微生物的代谢活动，还加速了土壤酶的分解，进而使 NCER 也随之上升，但是，当温度较高时，它将不再是土壤呼吸的限制因子。本研究利用一元二次方程拟合函数分析春小麦整个生育期的 NCER 与土壤温度，结果表明，当温度超过 27.47℃，NCER 值不再增加，结果和前人研究结果相似（图5a）。胡智临等[20]研究结果发现，冬小麦的苗期和返青期不同施肥处理间 NCER 均无显著差异。而本研究中，作物为春小麦，NCER 值最高的时候是在春小麦的拔节期。这一结果是因为春小麦此时温度比冬小麦返青期高，热量和 CO2 在土壤中的传输速度也加快，最终增加 NCER 值。本研究结果发现 CK 较 CK0 处理相比，NCER 在整个生育期都显著提高，这一结果说明耕作能显著改变土壤物理结构，从而调节土壤温度条件，将表层土壤的凋落物转化为深层次的土壤养分[21]。撂荒主要是通过减少土壤扰动，提高土壤有机碳固存，同时增加土壤的大团聚体数量来影响微生物活性和 NCER。长期的撂荒与传统耕作相比，可以有效增加土壤有机碳的固存，减少有机质的分解[22-23]。因此，土壤温度与 NCER 的正相关关系还有待深入研究。
土壤水分是影响土壤呼吸的另一因子[24-25]，其与土壤呼吸的关系较为复杂，Kucera 等[26] 认为，当土壤水分在田间持水能力和萎蔫系数之间时，土壤水分对土壤 NCER 的影响相对较小。只有当土壤水分超过田间持水能力或低于永久枯萎点时，它才能成为土壤呼吸的限制因素。本研究对其进行了线性方程拟合（图5b），发现土壤水分和 NCER 有极显著线性相关关系，NCER 随着土壤水分的增加而增加。这说明土壤水分的增加会增强土壤微生物活性，从而增加根系呼吸，增强碳矿化和 CO2 排放。还有研究表明，在综合考虑土壤温度为 20～25℃、土壤水分在 30% 左右时，不仅可以降低土壤 CO2 的排放速率，还不影响其产量[27-28]。本研究条件未开展控制某一个条件做试验，因此，在后续研究中可以增加这方面的试验。
图5春小麦整个生育期土壤呼吸速率和土壤温度（a）、水分（b）的关系
注：图中红色区域为 95% 的置信区，**** 表示 0.01% 水平显著。
3.2 不同碳源投入对 NCER 的影响
大量研究表明，不同碳源（有机肥、秸秆、化肥）投入对 NCER 的影响不同[29-30]。本研究的试验地是连续多年的不同碳源投入的长期定位试验，试验结果表明，不同碳源投入对 NCER 有不同的影响效果，总体趋势表现为 NPKM 处理 NCER 最高，其次是 CK，然后是 NPK 处理。这一结果与其他学者研究发现单施有机肥 NCER 值最高的结果不一致[31]。说明有机肥碳投入可增加微生物生物量和植物细根生物量，并为微生物提供基质，从而增加 NCER。徐大兵等[32] 通过对湖北省黄棕壤定位试验研究结果发现，与单施化肥相比，添加牛粪和绿肥的处理显著增加 NCER20.00%～69.30%。在本试验中，添加外源碳（有机肥）的处理显著增加 NCER，使其提升了 34.36%～52.49%，这与前人研究结果一致[33]。这可能是施用有机肥能够提高土壤氮、磷的有效性促进根系呼吸，最终提高了 NCER[34]。还有研究结果表明，添加玉米秸秆可以显著提高 NCER，其原因可能是添加玉米秸秆的处理会增加微生物的营养来源，刺激微生物的活动，进而提高 NCER[35-36]。单一施用化肥处理土壤 CO2 释放累积量显著低于各施入有机肥处理，其可能因为是有机肥的输入，增加了土壤有机碳含量，改善了土壤的理化性质，进而提高了土壤微生物活性和有机质的分解以及酶活性，间接的造成了土壤 CO2 的释放速率提高[37-39]。周慧等[30]研究结果表明，土壤矿质氮含量、pH 与土壤呼吸呈显著正相关关系，土壤电导率与土壤呼吸呈显著负相关关系。本试验结果与之不一致，NCER 与有机碳、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾呈正相关关系，但不显著；NCER 与全磷和 pH 呈负相关关系，相关性也不显著。这一结果可能是因为土壤类型、施肥量及灌水方式等不同。在小麦生育期内土壤 NCER 先增加后降低，呈现单峰的变化规律；经过秸秆还田处理，土壤呼吸强度增强，其主要影响因子是微生物的活动，进而影响了 NCER[40]。本研究也证实，春小麦生育期呈现不同程度的单峰变化趋势，NCER 先增加后降低。这一结果可能是由于在拔节期时，春小麦根系逐渐发达，微生物活性增加，进而增加 NCER。一般情况下，土壤温度、水分、气温、微生物活动、耕作方式及施肥管理等显著影响土壤质量，进而影响 NCER[41]。
3.3 作物产量对不同碳源投入的响应
不同碳源投入对作物产量有显著影响。碳源 （有机肥）作为优质的作物养分，因具有改善土壤质量、保障根系作物养分供应以及有利于作物增产等特征而在农业生产中占有重要地位且广泛使用[41-44]。本研究发现，添加有机肥条件下，春小麦产量也有所增加。但春小麦产量却没有随着有机肥的输入量增加而增加，反而单施化肥的春小麦产量最好。这与前人结果不一致[5]。这一结果可能是因为外源碳投入影响有机碳含量，有机碳对产量的贡献有明显的阈值，当有机碳超出一定的临界值后，作物产量就不再受到其的影响。外源碳（秸秆）还田不仅可以提高土壤肥力，还可以提高作物产量[45]。本研究结果表明，氮磷钾 + 秸秆处理较 CK 处理显著增加春小麦产量，这是因为秸秆中含有作物生长中所必需的氮、磷、钾、钙、镁等矿质营养元素可以作为农田生产中重要的肥料资源。长期的耕作和外源碳（有机肥）对土壤的机械压实有显著影响，有助于平衡土壤养分含量和矿化养分分解释放，减缓养分的流失，提高土壤肥力。本试验中，添加有机肥处理较 CK 处理相比，春小麦显著提升。这可能是因为外源碳（有机肥）的投入可促进活性有机碳积累和微生物的生长繁殖，增加根系分泌物和根系生物量，加速土壤呼吸，进而增加 NCER，改善土壤微生物群落结构及其生态功能，提高土壤肥力，最终增加作物产量[46-49]。
4 结论
不同碳源（有机肥、秸秆、化肥）投入可显著影响 NCER，施用有机肥（1.5NPKM、NPKM 和 M）在小麦整个生育期 NCER 值均最高，较 NPK 处理增加了 1.28～1.55 μmol·m-2 ·s-1）。CK 与 CK0 处理相比，耕作加速土壤呼吸，增加了 NCER。 NCER 日变化主要受（5 cm）土壤温度的影响，土壤温度越高 NCER 值越大。秸秆还田不仅可以维持土壤基本肥力，还可以减少碳排放。单施化肥和添加有机物料（有机肥、秸秆）可增加作物产量和生物量。