全 文 ：玉米植株对大田温室气体 N2O
排放的影响*
黄国宏
陈冠雄
黄
斌
吴
杰

(中国科学院沈阳应用生态研究所, 沈阳 110015)

摘要
 利用封闭式箱法对玉米田 N2O 排放通量的观测表明, 大田种植玉米后, 对 N2O
排放产生了很大影响,玉米
土壤系统的 N2O排放通量大于不种玉米的土壤.此外, 植物根
系能明显促进土壤中 N 2O 的排放,特别是在玉米生长后期尤为明显. 从播种开始到年底,
施尿素导致 N 2O 排放为 3. 3kg
hm- 2 ,玉米植株为 0. 69kg
hm- 2 ,占总排放量的17. 3% .
关键词
玉米植株
N2O
排放通量
Effect of maize plant on N2O emission from f ield. Huang Guohong, Chen Guanx iong, Huang
Bin and Wu Jie ( I nstitute of Applied Ecology , A cademia Sinica, Shenyang 110015) .
Chin.
J . A pp l . Ecol. , 1998, 9(3) : 261~ 264.
Observation on N2O flux in maize field using closed chamber technique shows that maize plant
had a significant influence on N 2O emission from maize
so il system. The N 2O emission from
maize soil w as greater than that from soil without maize. In addition, the roots o f maize plant
could obviously promote N 2O emission from soil, especially in its later g rowing period. N 2O e

mission after applying urea w as 3. 3kg
hm- 2 from sow ing to the end of the year, and 0. 69kg

hm- 2 of it came from maize plant, w hich accunted for 17. 3% o f total N 2O emission.
Key words
Maize plant, N2O, Emission flux.


* 国家自然科学基金( 3977006)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.


1998- 02- 23收稿, 1998- 04- 07接受.
1
引

言


N2O是重要的温室效应气体, 不仅吸
收地球辐射回的长波辐射,产生温室效应,
使地表温度上升[ 5] , 而且还能破坏臭氧
层,对生存环境产生影响[ 8] . 据报道, 大气
中 N2O 的浓度为 310ppbv,并仍在以每年
0. 25%的速率递增[ 9] . 为了保护人类赖以
生存的环境,应对已知 N2O排放源加以控
制,制定出相应的减排对策及措施.对未知
排放源应加以深入调查研究. 植物在调节
生物圈和大气圈之间温室气体交换方面起
着非常重要的作用. 目前, 对 CO2 在植物

土壤
大气之间的交换, 以及稻田 CH4 产
生及排放的研究较多, 特别是已经证实了
水稻植株能作为导管传输土壤中产生的
CH 4到大气中[ 4] ,而对植物排放 N2O 方面
的研究较少. 近年来我们在实验室通过植
株表面灭菌和培养无菌苗的方法,证实了
植物能排放 N2O[ 2, 3] , 指出植物可能是一
个新的大气 N2O源. 本文旨在研究农田自
然生态环境条件下玉米植株地上部及其根
系在植物
土壤系统 N2O排放中的作用以
及玉米植株和施肥相比对 N2O 排放的贡
献,为植物作为大气 N2O 源提供科学依
据.
应 用 生 态 学 报
1998 年 6 月
第 9 卷
第 3 期





















CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Jun. 1998, 9( 3)
261~ 264
2
材料与方法
2. 1
试验地点及土壤性质


本试验在中国科学院沈阳应用生态研究所
沈阳生态站进行. 该站位于沈阳市苏家屯区十里
河镇( 41
32N , 122
23E) , 站内有供本研究用的
36 个微区( 2m
4m) . 土壤为草甸棕壤, 速效N 为
80mg
kg- 1, 速效 P 为 27mg
kg - 1, 速效 K 为
89mg
kg- 1, pH 为 6. 5.玉米品种为沈丹 7号.
2. 2
N 2O气样的收集方法


植物
土壤系统的 N2O 排放测定采用封闭式
箱法,箱体( 80cm
80cm
100cm)由 4 面和顶部
封闭的有机玻璃箱构成, 顶部有一小电扇和一个
采气孔, 电扇用于搅匀箱内气体, 底部罩在底座
上.底座用不锈钢板制成, 插入地下 30cm, 四周有
水槽. 实验时往槽里浇水, 以防止箱子和底座接
触处漏气(图 1a) . 用 50ml玻璃注射器采集气体
样品.植株根系对土壤 N 2O 排放的影响研究采用
封闭罩(由比利时根特大学提供)法(图 1b) , 罩子
由PVC 材料制作, 由圆筒和盖子两部分组成. 圆
筒直径为 15cm, 高 12cm, 插入地下 2cm. 盖子内
有一橡皮圈,上面有一采气孔. 试验开始时, 将盖
子与圆筒拧紧构成封闭系统. 用 20ml玻璃注射
器采集气体样品.
图 1
采气装置
Fig. 1 Installat ion of N 2O collect ion.
a)研究玉米植株
土壤系统 N 2O排放 N 2O emission f rom
maize plant
soil system , b)研究根系
土壤系统 N2O 排放
N 2O emission from root
soil system.
2. 3
N 2O测定方法


从大田采回的气体样品, 在 24h 内用配有
6 3Ni电子捕获检测器( ECD)的岛津 GC
14A 气相
色谱仪进行测定. 检测器、进样口和分离柱的温
度分别为 300
、100
和 60
, 高纯 N 2 作为载
气. N 2O 标准气体由国家标准物质研究中心提供
并用澳大利亚 CSIRO 大气所提供的标气校核.
2. 4
试验处理


玉米
土壤系统 N 2O 排放研究设 3 个处理:
1)不施肥、不种玉米; 2)不施肥、种玉米; 3)施尿
素、种玉米. 施肥量为 180kg N
hm2, 穴施深至
15cm,封闭式箱法测定. 根系对土壤 N 2O 排放的
影响研究设 2 个处理: 1)不施肥、不种玉米, 2)不
施肥、种玉米. 封闭罩罩在 2 株玉米之间的土壤
上. 以上每一处理 3 个重复.
3
结果与讨论
3. 1
玉米植株对大田 N2O排放通量影响


有报道指出, 种与不种植物的土壤
N2O排放有很大差别, 所得结论也各不相
同.有些人认为, 种植物的土壤 N2O 排放
大于不种植物的土壤.而 Scot t Smith 等认
为,种植物的影响与土壤中 NO
3 的含量有
关[ 10] .当土壤中 NO
3 含量低时, 植物根与
反硝化菌产生竞争, 使反硝化速率受到限
制,降低了 N2O的生成与排放. 因此, 不种
植物的大田 N2O排放大于种植物的. 种与
不种玉米的土壤, N2O 排放都有明显的季
节变化(图 2) . 在不施肥情况下, 种玉米的
农田 N2O排放明显高于不种玉米的土壤,
是不种玉米土壤 N2O 排放量的 6 倍 (表
1) .此外,从图 2可以看出,大量 N2O 排放
及 N2O排放期发生在作物生长期内, 说明
玉米植株的存在增加了 N2O排放量. 确切
地说, 是植株本身直接或间接参与了 N2O
排放, 其排放通量及排放总量见表 1. 另
外,从图 2 还可以看到, 5月底到 6 月初,
有明显的 N2O吸收峰出现. 这是由于气候
干燥, 土壤含水量仅为田间持水量的
37%,使土壤易于吸附 N2O所致.


一些报道已经指出, 植物有两种排放
N2O方式: 一是植物本身能产生及排放
262 应
用
生
态
学
报













9 卷
图 2
不施肥大田玉米植株对 N 2O 排放的影响
Fig. 2 Ef fect of plant on N 2O emission from maize f ield w ithout fert ilizat ion.
. + 玉米 Maiz e,
. - 玉米 Maize.
表 1
不施肥大田 N2O排放
Table 1 N2O emission from field without fertili zation
处
理
T reatment
通量范围
Range of f lux
(
g N 2O

m- 2
h- 1)
平均通量
Average flux
(
g N 2O

m- 2
h- 1)
排放总量
T otal emission
( kg N2O

hm - 2)
不种玉米 - 128. 0~ 66. 8 2. 20 0. 14
S oil without maize
种玉米 - 100. 0~ 72. 0 5. 76 0. 83
S oil with maize
N2O
[ 2, 3] ;二是植物可以将土壤中已经产生
并溶解在水中的 N2O 通过其根系吸收进
植物体后, 再通过浓度梯度排入大气[ 1] .
但从研究方法上看, 在大田栽培种植情况
下, 很难完全区分开植物是自身排放 N2O
还是传输土壤中产生的 N2O, 更难准确确
定有多少 N2O是来自于植物本身的排放,
有多少 N2O 是来自于土壤微生物的作用
并通过植物传输给大气. 因为这是一个相
当复杂的过程, 也许两种情况会同时发生,
所以有待进一步深入研究植物排放及传输
机理后才能彻底解决这一问题.
3. 2
玉米植株根系对 N2O 排放的影响


研究结果表明, 植物排放 N2O主要是
通过其不同器官进行,但绝大部分 N2O 是
通过植株的叶片排出, 其它部位的排放相
当微弱[ 3] . 大田试验结果表明, 玉米植株
根系对土壤 N2O 的形成及排放有很大的
影响,能明显增加土壤向大气中排放 N2O
的量(表 2) , 说明植株根系能通过自身的
代谢作用向土壤中分泌有机物及 C、N 等
物质供土壤微生物吸收和利用,特别是有
益于反硝化细菌[ 6] , 刺激了根际土壤中硝
化和反硝化菌的活性及增加其数量, 使
N2O大量生成并通过扩散方式排放出土
壤.此外,植物根系生长及其呼吸作用以及
通过根的分泌物刺激微生物呼吸,会使根
际附近的土壤缺氧, 产生局部厌养环
境[ 7] ,有利于土壤中反硝化细菌进行反硝
化作用,产生 N2O.从表 2可见, 通过根系
的作用, N2O 排放的平均通量为 12. 14

gN2O
m- 2
h- 1,比不种玉米的土壤 N2O
排放通量增加了 103. 7%; 而种玉米的土
壤比不种玉米的土壤总的 N2O 排放量也
增加了 1倍. 根系的这一作用也是玉米植
株在植物
土壤系统中增加 N2O 排放的途
径之一.
表 2
不施肥大田玉米植株根系对 N2O排放的影响
Table 2 Effect of root on N2O emission from maize field
without fertili zation
试验处理
Treatm ent
通量范围
Range of flux
(
gN2O

m - 2
h- 1)
平均通量
Average f lux
(
gN 2O

m- 2
h - 1)
排放量
Amount of
emission
( kgN 2O

hm- 2
231d- 1)
不种玉米 - 1. 25~ 67. 15 5. 96 0. 20
Soil w ithout maize
种玉米 - 3. 86~ 74. 49 12. 14 0. 39
Soil w ith maiz e
3. 3
玉米田 N2O排放量以及玉米植株在
其中的贡献


不同作物的大田 N2O排放量也不同,
主要是不同植物种类对 N2O 排放的影响
2633 期







黄国宏等:玉米植株对大田温室气体 N2O排放的影响




有一定的差别. 其次,不同植物的根系分泌
物不同,对土壤中硝化和反硝化菌的作用
及对其活性大小也会产生不同程度的影
响,最终使 N2O的产生量也不相同. 根据
对施肥和不施肥玉米田 231d 的观测结果
(从 5月 15日播种到 12月底上冻) , 指出
施尿素玉米田 N2O 排放通量平均达到
71. 92
gN2O
m- 2
h- 1, 而不施尿素的大
田仅为 4. 96
gN2O
m- 2
h- 1(表 3) , 并显
示施肥玉米田N2O排放高于不施肥的玉
表 3
玉米植株对大田 N2O排放的贡献
Table 3 Contribution of maize plant to N2O emission from
field
处
理
T reatment
平均通量
Average f lux
(
gN 2O

m- 2
h- 1)
排放量
Amount of
emission
( kgN2O

hm- 2
231d- 1)
对N 2O 排放的贡献
Cont ribut ion
to N 2O
( % )
不施尿素玉米田 4. 96 0. 69* 17. 29
Maize field w ithout urea
施尿素玉米田 71. 92 3. 99* 100. 0
Maize field w ith urea
* 减去不施肥的对照土壤N 2O排放量. Subt ract ing N 2O
emission from soil w ithout fert ilizat ion.
米田. 经计算后得出, 施尿素肥料导致
82. 71%N2O排放, 17. 29% N2O 来自植物
本身的作用. 而这一作用仅是在无肥情况
下得出的,如果施肥后土壤中存在相对较
多的硝化和反硝化菌, 除植物本身的排放
会加大外,根系对这些菌的刺激作用也会
进一步增加土壤中 N2O的形成,使玉米植
株对 N2O排放的贡献加大.


上述结果说明, 玉米植株在植物
土壤
系统 N2O排放中起着非常重要的作用.其
N2O排放量也占有很大份额,是全球 N2O
排放中不可忽视的源. 因此, 对农田 N2O
排放的研究不仅要考虑施肥对 N2O 排放
的影响,而且更应重视植物在 N2O 排放中
的作用.
参考文献
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264 应
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生
态
学
报













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