全 文 ：应 用 生 态 学 报 年艺 月 第 卷 第 期
〕 , , 一
几种旱地农作物在农田
’
作用及环境因素的影响
释放中的
关
于克伟 陈冠雄 杨思河 吴 杰
,
黄 斌 黄国宏 徐 慧
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 】 用封闭箱法原位观测 几种旱田 的排放通量 , 并与裸地 通量 比较 , 评价
植物在农田 释放中的作用 田间观测与室内模拟实验结合 , 考察环境因子对 刃 通
量的影响 结果表明 内大豆 田 通量有两个释放高峰 , 而菠菜田和春小麦 田 只有
个释放高峰 种植大豆较大地提高了农田 刃 的排放通量 农田裸地为一较弱的 释
放源 , 且在 年的一定时期内表现为大气 必 的汇 光照变化对植物 通量影响很大 ,
在较弱的光照条件下 , 植物释放 刃 的通量较高
‘
关键词 农田 作物 通量 的汇 光照
汤 卯
, , , , ,
加 厂 汀 了 , 盔 , 欣 ’
印叹夕‘ 。。 , 人护 三 扣刀 , , ,珍 , 刊 几 人介
, , ‘ 一
川
一 一
一
一 一 金
,
, ,
, ,
拌 一 一 ,
二 , , 拌 · 忿 · 一 , 示 , 耐
, 一 滩
一 · ‘
,
,
·
几 讲
·
, , , ,
引 言
是 一种 与全球环境问题密切相
关的大气微量成分 作为一种温室效应气
体 , 分子的增温效应是 的 倍
左右〔” 已知的 最主要的清除机制是
传输到大气同温层 , 光氧化为 , 而
又与 发生化学反应〔’, 这样 间接
地破坏大气臭氧层 目前大气中 的浓
度 约 为 , 年 增 长 率 为 一
, 在 大 气 中的存 留 时 间 为 士
〕, 这意味着 目前 浓 度的增加将
对全球气候变化产生长远的影响
植物与土壤相互作用极大地影响了土
, 国家自然科学基金和中国科学院陆地生态系统痕
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
壤一植物系统中 的释放 一方面植物
根系及根分泌物一定程度上改变了土壤的
物理化学性质 , 促进了土壤中的微生物过
程和 的产生 另一方面 , 植物可 以 某
种方式将土壤 中产生的 传输到大气
中 , 这一作用在水稻 一土壤系统 中尤 为 明
显川 〕, 其它 植物 一土壤 系统 中也可能 有类
似的作用 最新研究发现 , 植物 如大豆 、 玉
米 等 或其离体器官也可释放 正确
认识与评价植物在土壤 一植物系统 释
放 中的作 用 , 将为 正 确估算全球 的
源 、 汇平衡提供重要理论依据 本研究通过
比较几种旱 田与裸地的 排放通量 , 来
评价植物在农 田生 态 系统 释放中的
作用 , 并考察其与主要环境因素的关系
材料与方法
供试材料
供试作物菠菜 、春小麦和大豆均按正常农业
措族种植与管理 作物 生长季节和施肥量为 菠
菜 月 日一 月 日 , 不施肥 , 春小麦 月
日一 月 日 , 施尿素 ·
一
, , 大豆 月
日一 月 日 , 施尿素 ·
一
, , 裸地
未施肥 , 并随时拔去杂草
实验地点
田 间原位测 定均在 中国科学院沈阳生态站
进行 , 土壤 为草甸棕壤 , , 有机质含量
· ‘
, , 全 含量 。 ·
一
, , 共有试验小区
个 , 每个小区 ,
·
实验设计
菠菜 、 春小麦
、 大豆 一土壤 系统 。 通 量的
昼夜变化的原位测定 在 内每 进行 次通
量 测 定 每次测 定 , 两次测定问隔时将箱移
开
菠菜 、 春小麦 、 大豆 一土壤 系统与裸地 未种
植作物 通量的季节变化的原位测定 随生
长季测定农 田 通是 , 并同时监测土壤钱态
氮 、 硝态氮 、 水分含量 , 以及气温等环境 因子 田
间观测的时间为菠菜田 , 春小麦田 , 大豆
田 , 裸地 , 平均每周采样 次
光照变化对大豆一王坡系统 通量影响
的原位测定 首先测定 个小区在正常光照条
件下的 , 通量沱后将箱筱开 当日再次溯定
时 , 保持 个小玄为正常光照条件作为对照
, 另
两个小区的箱体用黑布进行烤光处理 , 并与对照
比较 通量的变化
光照变化对大豆地上部分 通量影响
的模拟测定 在实验室内用 碘钨灯照明 ,
调整高度 , 控制不同光照条件 , 测定 通量的
同时 , 还 用 一 型红外线分析器 测 量 箱 内
浓度的变化 , 计算出植物光合作用的强度
实验装置
本研究将 田 间原位测定与室 内模拟 实验相
结 合 原 位测 定 的 收 集 方 法 为 封 闭 箱 法
, 箱体为透 明有机玻
瑞 , 长宽均为 , 高为 , 内装有风扇 , 用于
使箱内气体均匀 箱体上部有气体采集孔 , 用注
射器采样供分析 , 每次采样有 个重 复 室 内模
拟实谧的 收 集方 法 为开 放 式 箱 法
, 箱体只罩在盆栽大豆植株的
地上部分 , 用 分子筛吸附流过箱内气体中的
, 在密闭瓶中加水解吸供分析
刃 的分析方法为气相色谱法 , 所用仪器为
岛津 己一 , 配有电子捕获检测器 , 检测
器 、 分 离 柱 和 进 祥 口 温 度 分 别 为
、 和
, 所用载气为高纯氮气
结果与讨论
通量的昼夜变化规律
在一 昼夜
、
内 , 菠菜 月 日 、
春小麦 月 日 、 大豆 月 日卜土
壤系统 通量表现出很大的变异性 在
观测 日期里菠菜和小麦一土壤系统的
通量昼夜变化规律相似 , 释放的低谷
期都是早晨 时左右 , 释放高峰期略有差
异 , 菠菜田为上午 时至下午 时 , 而小
麦田为下午 时至 时 图 、 大豆
田的 通量变化则与上述两系统大为
不同 , 表现为双峰双谷 , 两个释放低谷期分
别为半夜 时和正午 时前后 , 释放高
期 于克伟等 几种旱地农作物在农田 释放中的作用及环境因素的影响
峰期为上午 时和下午 时 图 。 半
夜前后的低谷期不仅没有 释放 , 反而
吸收大气中的 , 这一现象值得进一步
观测研究 作物 一土壤 系统 通量的昼
夜变化行为看来与作物 品种密切相关 但
其一天的 通量范围 、平均通量依不同
作物 、不同生长季节而不同
尸
田系统有一共同之处 , 即在作物种植的初
期均有较高的 通量 结果未列出 , 这
可能与北方地区冬季没有种植作物 , 土壤
中有较多的矿化氮素积累有关 另外 , 春天
化冻土壤 中的水分条件也有利于 的
产生 , 植物根系的生长也可能促进土壤中
的 释放到大气中
裸 地 未种植作物和 施肥 的 通
量变异很大 , 月中下旬表现为释放 ,
平均通量 为 拌 ·
一
,
· 一‘ , 而从 月
中旬至 月下旬表现为吸收 , 平均
通量为一 拜 ·
一
,
· 一‘ , 在观测 的
里 , 平均通量为 “ ·
一 · 一‘ , 为一较
弱 的 释放源 图 在大豆 一土壤 系
统 昼夜变化和裸地 季节变化 田
间原位测定中 , 所观测到的 吸收现象
表明 , 土壤 一植物系统或土壤作为大气
的汇在 或 的某个时间内都是可能存
在的 , 这一结论 已被许多实验室结果所证
实 ‘ 〕 在计算 的源 、 汇平衡时应充分
考虑这一现象的存在
户尹‘。甘︶绮一侧兑润照屯之
印︵﹀。,,匀岳勺气蛆犷
日与口叫书世
巧和器相加
︵护
。
,︶组二兑翻眼
· 一一一 」一 』一一
一 曰
加 ’的 ’ 的 ’ ,加 的 的
时间 七
图 不同农 田 通量的昼夜变化规律比较
兮 飞
通量的季节变化规律 及其与环
境因素的关 系
由于菠菜 、 春小麦和大豆种植时 间的
差异 , 生长发育的各个阶段的环境条件也
不同 , 所以很难将 种农 田系统 释放
的季节变化规律作对应的 比较 , 但 种 农
,
, 叮
, 爪尹毛 一 ’呼亡
图 裸地 式 通 量的季节变化规律
阮 气
气温 ‘ , 一 降水量 , 一
释放
作物 品种似乎 比施 肥对土壤一 植物系
统 释放的影响更大
·
由表 , 可见 , 虽
应 用 生 态 学 报 卷
然种植菠菜没有施肥 , 但却使 的平均
释放通量 比裸地 也未施肥 提高了 倍 ,
而小麦生长季节里尽管施肥较多 , 的
平均释放通量仅为菠菜田的 倍 种植豆
科作物对 的释放起较大的促进作用
大豆 田仅施少量的底肥 施肥量为小麦地
的 , 其 的平均释放通量却为小
麦 地 的 倍 , 裸 地 的 倍
等 和 等 ,
,
也曾获得类似的结
果 , 他们在分别种植大豆和其它豆科植物
首蓓草和豆科牧草 的田地中也观测到较
高的 释放通量
衰 不同农田 释放 与施肥 的比较
外 , 其它因子可能更为重要
衰 不同农田 释故 与主要环境因子的相关性
位
加 讨 加
肠 比。 拍
祥地 气温 土壤硝
酸盐
〕
土壤按盐
」
土坡水分
,
幻
一
自臼 曰 曰曰
小麦地
二
大豆地
二
’
,
﹃饥
样 地 通
量范围
拌 ’
一
平
均通量
观测期间
通量
年施
幻
一
裸地 一 一
光照对 通量的影响
大豆 田遮光试验 的结果如 图 所示
在 上 午 正 常 光 照 条 件 下 测 定 , 个 小 区
排放通量各异 在当 日下午进行的测
定中 , 小区保持正常光照为对照 , 、
小区用黑布遮光作为两个重复 , 布 内外光
强分别为 和 一 左右 测定
的 内光 强 在变化 结果在对照 小区
通 量略有减 少的情况 下 , 遮光 小区的
菠菜地 一
。 考汀
︵﹄, 。甘︶月‘兑翻握魔七小麦地 一 溺
大豆地 一 一 落二
。
将 各农 田 系统 通 量与气温和土
壤钱态氮 、 硝态 氮及水分 含量进行相关分
析 , 除小麦地的 通量与气温的相关性
以 值表示 稍高外 , 其它 通 量值
与上述环境因素的单因子相关系数均很低
由于菠菜生育期短 , 数据较少 , 未能作统
计分析 表 土壤中 的产生与释放
是 多因子相关过程 需要 比较全面的模型
体系才能模拟这一过 程 , 得到较理想的预
测结果仁“
· ’ 在植物 一 土壤 系统中 , 产
生与释放将更为复杂 , 因为植物直接或间
接地影响这一过程 , 而且除上述环境因素
图 光照对大豆 田 , 释放鱿的影响
、
对照 小区
, 遮光小区 ,
一 遮光小区
·
通量分别提高了 倍左右 虽然所测
定的通量来 自土壤 一大豆系统 , 但这一
期 于克伟等 几种旱地农作物在农田 释放中的作用及环境因素的影响
通量对光照变化的迅速而强烈的响应应理
解为是 由于植物 的作用而 不是 土壤的作
用 进一步的室 内模拟实验证实了这 一结
论
模拟实验的气体收集箱只罩在大豆植
株的地上部分 , 与土壤相分离 , 所以观测到
的 通量完全来 自植物部分 实验结果
表 表明 , 在所采用的光强变化范围内 ,
大豆植株的光合作用强度随光强增加而增
强 , 但 通 量 在 较 弱 的光 照 条件下较
高 , 在完全黑暗和较强的光照条件下较低 ,
甚至吸收大气中的
表 光照对大豆植株 通 的影响
介 介 民 映
参考文献
李 楠 、 陈冠雄 植物释放 式 速率及施肥
的影响 应 用生态学报 , 一
陈冠雄 、 商曙辉 、 于 克伟 植物释放 的研
究 应用生态学报 一
黄国宏 、 陈冠雄等 无菌 大豆 植 株释放 式
研究 植物学报 , 一
, ,
丫户 尹 了矛矛 , 一
, , ,
一
“ 才 户,
光 强 通 量 光合作用
飞
“ · 一 · 、一 一 · 一 ·
在不同条件下大豆植株 通量 释
放或 吸收 的变化说 明植物可 以参与大气
的交换 , 即 直接代谢 释放或吸
收 , 或间接地在大气与土壤间传导 ,
或者两种作用同时存在 大豆植株的
通量随光照 条件的变化 , 不仅支持了 田间
遮光试验的结论 , 而且也部分地解释 了土
壤 一 植物 系统 通量的昼夜变化规律和
季节变化规律 鉴于植物在土壤 一 植物 系统
释放中的重要作用 , 在 田 间观测和建
立预测模型时 , 以 至 全球 源
、 汇平 衡
的计算中均 应 充分重视植物的作 用 , 这 样
才能得到合理和准确的结果
,
,
斌 夕 ,
尹 二 一
, ,
氏
,
,丫 一
,
,
, 一
, , ,
, 一
飞
,
五
, , ,
‘,
, 勺 护 , 一
, , ,
尸 ,功
论,‘ , 一
, , 飞 , 飞 ,
〔
一 几人,
, ‘对‘
, 矛矛寿 , , 二 一
一
,
〕 、
飞 一
了“ , 介, ‘, , 一