全 文 ：应 用 生 态 学 报 年 月 第 卷 第 期
, , 一
东北典型旱作农田 和 排放
通量研究 ’
黄国宏 陈冠雄 吴 杰 黄 斌 于克伟
中国科学院沈阳应用生态研究所陆地生态系统痕量物质生态过程开放实验室 , 沈阳
【摘要 】 应用封闭式箱法技术测定了玉米 、大豆 田 中 和 全年的通量变化 指出
排放有明显的季节变化和明显的 日变化 大量的 排放发生在作物生长季节中
在冰雪溶化期和收割作物后也有一定量的 从土壤中排放 此外 , 实验结果也指出 , 玉
米和大豆 田作为大气 源或汇的作用不明显
关锐词 氧化亚氮 甲烷 通量
,
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引 言
和 是 重 要 的 温 室 效 应 气
体 ’ 的生物 产生主要来 自土壤 微生
物的硝化和 反硝化过程 淹水还原的土壤
中 , 由于 生成菌的大量生长 , 它 们利用
,
、 或分解乙 酸等生成 产, 和
对生态环境的主要影响是能使全球气
候变暖及破坏臭氧层 〕 人们普遍认为 , 土
壤一植物 系统是 和 的主要生物排
放源 其排放量与土壤理 化特性
、 植被类
型 、土壤水分状况 、 土壤肥力及气候等因素
有芜 我国是一个农业大国
, 其 和
排放极受国际社会的关注 虽然玉米和大
豆是我国主要的农作物 , 但到 目前为止 , 还
没有人对这两种作物的大 田的 和
排放进行过 系统的测定和研究 本文报导
了玉米和大豆 田 和 全年通量变
化结果及某些因素的影响
材料与方法
采气装置
装置为 又 只 四面和顶部封闭的有
机玻璃箱 对 和 气体是惰性的 , 顶部有
小电扇和 个采气孔 , 电扇用于搅匀箱内气体
底部开 口 以罩在底座上 , 底座用不绣钢板制成 , 插
入地下 , 底座四 周有水槽 实验时往槽里浇
, 国家攀登计划 、 辽宁省 自然科学基金和中国科学
院陆地生态系统痕量物质生态过程开放实验室基金资助
项 目
年 月 日收到 , 月 日改回
应 用 生 态 学 报 卷
上水以防止箱子和底座的接触处漏气 下午 点
将箱子放在底座上 , 密封时和密封 后用注
射器将箱子内气体取出并带回实验室分析 试验
过程中同时记录气象 、 气温和地温等数据 地温为
地面下 处温度
材料
本研究在沈阳生态站 ’ , , 内
农 实验地土族理化特性
幼 一
进行 , 站内共有试验微区 个 每个微区的面积
为 并已进行了 年的匀地试验 , 土壤理
化特性见表 大豆品种为铁丰 , 大豆田施底肥
尿素 · ” , 过磷酸钙 ·
一
, 玉米品种
为沈丹 , 玉米田施底肥尿素
一
, , 过碑酸
钙 ·
一
, 在大喇叭 口 期追施尿素 ·
一
,
土壤类型
沐
有机质 肠 全 速效 速效
杯 一
阳离子交换
当
容 重 物理性砂粒
一
物理性粘粒
“ · 十 ·碧草甸棕坡
分析测试
用 型气相色谱仪测定 含量 氢
焰检测器 , 气化室温度 , 柱温 , 检测器
温度 进样量 纯 为载气 , 标气由国
家标准物质研究中心提供 , 用配有 ‘ 电子捕获
检侧 器的 日本产 岛津 一 气相色谱仪分析
含量 气化室温度 , 柱温 , 检测器
温度 进样量 , 以 ” ” 的高纯
为载气 标气同上
计算方法
在单位面积上和单位时间内 , 由农田 释放或
吸收温室效应气体 或 通量 是 由多因
素形成的综合宏观数据 , 可表示为
一 万△· △
· · △‘ △
一 一万二 , 了二一 一 一不气一 乙玉
“
盏奋
其中 为气体密度 , 为箱子高度 , △ △ 为单
位时间内采气箱内待测气体浓度的变化率
结果与分析
大豆 田 通量的季节变化
从图 可以看出 , 大豆 田的 通量
有明显的季节变化 在冻溶期间 , 虽然温度
很低 , 但仍然有一定量的 从土壤中排
放出来 这部分气体的排放可能有 个来
源一是土壤 中已产生的 在上冻期间
被封闭在土壤中 , 当冰雪溶化后再以浓 度
梯度扩散的方式被释放出来 二是来 自于
冻溶期 间土壤微生物 的硝化 和 反硝化作
用 有人发现在 的雪覆盖土壤中 , 土壤
微生物并没有死亡或失去活性 , 仍能进行
呼吸作用 因此 , 也有理由认为冻溶期间
从土壤中释放出来的 是土壤中硝化
和反硝化过程的结果 因为在低温的情况
下 , 土壤中的一些酶并不失活 , 这样也许会
加速矿化过程 , 为硝化和反硝化菌提供
源 但究竟在这期间 是怎样产生和释
放 出土壤的还有待于进一步研究 在测 定
过程中还 发现 , 排放主要发生在大豆
生 长 季 节 , 其 通 量 变 化 在 一
拌 ·
一
,
· 一
,
, 并伴有 个较大的排放
高峰 图 , 一个出现在 月初 , 此峰的出
现与施肥 底肥 有着直接的关系 另一个
出现在 月中旬 , 此峰与大 豆 自身的生理
代谢过程有关 因为大豆在生 长发育过程
中没有追 肥 , 但此时正处在大 豆生长的开
花结荚期 , 发育很 旺盛 , 固氮能力较强 , 而
且能通过根 向土壤分泌较 多的 、 物质 ,
进而促进土壤中微生物的硝化和反硝化作
用 , 有利于 的生成及排放 还有一个
重要的原因是大豆植株在此发育阶段也有
较多的 排放 〔’
· ’〕 此外 , 也发现在收割
后到年底 , 随着温度逐渐降低 , 排放通
量也逐渐下降 , 但仍然有一定量的 从
土壤 中排放 出来 图 , 说明土壤 中硝化
期 黄国宏等 东北典型旱作农田 和 排放通量研究
显的季节变化 , 而且也有明显的日变化 但
种作物 日变化的图形不同 图 、 结果
表明 , 在大豆 田中 日排放有 个高峰
期 , 个是在早上 点 , 另一个在下午 点
图 而 在玉米 田中较大量的 排放
是在 下午 点 以后 图 实验 中发现 ,
排放速率的大小与温度的高低变化不
一致 虽然中午 一 点
一
左右温度最高 , 但
排放速率却较低 经研究发现 , 排
放在一定温度下与光强有关系 , 光强越强 ,
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大豆田 , 排放 日变化
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图 大豆 田 排放速率
招
尿家 , 种植 , 收获
和反硝化作用并未停止
玉米 田 排放通量的季节变化
玉 米 田 全年 排放通量 的季节变
化与大豆大体一致 图 , 主要排放也是
在生长季节中 , 也有 个排放高峰 , 分别出
现在玉米生长的拔节期和开 花期 此季节
排 放 通 量 的 范 围 是 一 一
拌 · , · 一 , 从 图 可 以 看 出 , 这
个峰的出现与施 肥有关 因为除在播种
期施过 次肥外 , 还在玉米生长 的大喇叭
口期追施过 次尿素 一 通量
,
, 气温 , 地
温 、
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玉 米 田 , 排放速率
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尿 素 种 植 , 尿 素 一
图 玉 米 排放 日变化
、
收 获 通量 , 一 气温 三 , , 地
温 、
大豆 、 玉米田 排放通量 日变化
通量在 玉米 、 大 豆 田 中不仅有明
排放越少 , 光强较弱时 , 排放较多
另文发表 其实 排放是一个非常复
应 用 生 态 学 报 卷
杂的过程 , 除与光强有一定关系外 , 也与土
壤中硝化和反硝化菌的活性大小及植物本
身的生理代谢活性密切相关
玉米 、大豆田中 的通量变化
在测定玉米 、 大豆 田 中 排放的同
时 , 监测 了 ‘ 通量的变化 发现大豆 田
有时释放 , 而有时吸收 图 , 但
净通量几乎为零 的排放与消耗取决
于土壤中 的产生量和 的被氧化
量 从图 中可 以 看 出 , 在 玉米 田 中 ,
排放略为大于土壤对 的吸收 , 但其净
排放量很少 , 可以忽略不计 有人指出通透
性好的土壤是重要的大气 汇 , 但在
今匆
认
本试验区内 , 玉米和大豆 田作为大气
源或汇的作用不明显
的年排放量
在对全年 排放监测中发现 ,
排放不仅在作物生长季节 , 而且在种植前
和收割后仍然有一定量的 从土壤中
排放出来 图 、 但在作物的生长季节
中 , 的排放速率最高 , 此季节是
的主要排放期 而在其它 个休闲期 中 ,
排放量较少 据计算 , 在大豆 、 玉
米 田中的年排放通量分别为 和
· 一
,
, 占施入 的 和 表 从
表 可 见 , 虽 然在大豆 田 中施 不 多 , 但
的排放量却较 多 , 表 明大豆植株 固
能力及通过根 向土壤中分 泌
、 物质能
力在 产生过程中的作用不容忽视
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图 大豆 田 排放速率
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参考文献
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图 玉米田 排放速率
二 ‘
李 楠 、 陈冠雄 植物释放 速率及施肥的
影响 应用生态学报 , 一
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陈冠雄 、 商曙 晖等 植物释放氧化亚 氮的研
究 应用生态学报 , 一
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蔡祖聪 土 壤痕量气体研究展 望 土壤学报 ,
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