全 文 ：开放式空气 CO2 浓度增高试验中的 NO 和
NO2 地2气交换观测研究 3
宋　涛1 ,2 　郑循华1 3 3 　王跃思1 　徐仲均1 　韩圣慧1 　朱建国3
(1 中国科学院大气物理研究所 , 北京 100029 ;2 南京气象学院 ,南京 210044 ;3 中国科学院南京土壤研究所 , 南京 210008)
【摘要】　介绍了农田 FACE(free2air CO2 enrichment) 试验中的 NO 和 NO2 地2气交换观测方法 ,即静态暗
箱采样 —NO 和 NO2 化学发光分析法 ,并对观测结果进行了分析讨论. 此观测方法简单、易于操作 ,并可获
得可靠的 NO 和 NO2 净交换通量观测结果. 在稻麦轮作农田的旱地阶段 ,无论 FACE 还是对照处理 ,NO
主要表现为地面净排放 ,NO2 主要表现为地面净吸收. 逐日的 NO 净排放不依赖于土壤温度 ,但却与土壤
含水量呈线性负相关 ( R2 = 0. 82 , P < 0. 001) . NO2 净吸收具有明显的季节变化特征 ,逐日的净吸收通量随
土壤温度和土壤含水量的变化可分别用抛物线方程拟合 (温度 : R2 = 0. 74 , P < 0. 001 ;含水量 : R2 = 0. 69 ,
P < 0. 001) . 大气 CO2 浓度升高 200 ±40μmol·mol - 1使 NO 净排放减弱 19 %(t2检验 P = 0. 096) ,NO2 净吸
收减弱 10 %(t2检验 P = 0. 26) ,这主要是植物生长受到促进的缘故.
关键词 　NO 　NO2 　地气交换 　CO2 浓度增高 　静态暗箱法
文章编号 　1001 - 9332 (2002) 10 - 1264 - 05 　中图分类号 　X511 　文献标识码 　A
Field measurement of NO and NO2 exchanges between cultivated lands and the atmosphere in a FACE study.
SON G Tao1 ,2 , ZHEN G Xunhua1 ,WAN G Yuesi1 ,Xu Zhongjun1 , HAN Shenghui1 ,ZHU Jianguo3 (1 Institute of
A t mospheric Physics , Chinese Academy of Sciences , Beijing 100029 ;2 N anjing Institute of Meteorology , N an2
jing 210044 ;3 N anjing Institute of Soil Science , Chinese Academy of Sciences , N anjing 210008) . 2Chin. J .
A ppl . Ecol . ,2002 ,13 (10) :1264～1268.
A method for measuring NO and NO2 exchanges between cultivated lands and the atmosphere in a FACE (free2
air CO2 enrichment) study is described. With this method , gas is sampled with a technique of static2opaque2
chamber and the fluxes of NO and NO2 exchanges are determined by analyzing the NO and NO2 concentrations
with a chemiluminescent NOx analyzer. Application of this method in the FACE study of a rice2wheat ecosystem
has indicated that reliable data on the exchange fluxes could be obtained. Over the non2waterlogged period of a
rice2wheat rotation , net emission of NO from the fields was observed , while net uptake of NO2 occurred. The
daily net emission of NO did not correlated with the soil temperature , but negatively depended upon soil moisture
( R2 = 0. 82 , P < 0. 001) . A significant seasonal variation in the net uptake of NO2 was observed , which was
regulated by wheat growth status. The daily uptake of NO2 depended upon both soil temperature and soil mois2
ture. The dependence for each could be described with a parabola function (for soil temperature : R2 = 0. 74 , P <
0. 001 ;for soil moisture : R2 = 0. 69 , P < 0. 001) . An elevation of atmospheric CO2 by 200 ±40μmol·mol - 1 miti2
gated the net emission of NO by 19 % (t2test P = 0. 096) and might be possible to reduce the net uptake of NO2
by 10 % (t2test P = 0. 26) , which was likely due to the stimulated wheat growth.
Key words 　NO , NO2 , Exchanges , Free2air CO2 enrichment , Static2opaque2chamber technique.3 国家自然科学基金 (40175030 , 49975027)和中国科学院知识创新
重要方向项目 ( KZCX22408) .3 3 通讯联系人.
2002 - 06 - 12 收稿 ,2002 - 08 - 18 接受.
1 　引 　　言
NOx (NOx = NO + NO2) 既是生成对流层 O3 (温
室气体的一种及主要空气污染物之一) 和酸雨成分
HNO3 的重要前体物 ,又作为 CH4 、NMHCs (非甲烷
烃) 、CO 等大气污染成分的氧化剂而参与复杂的大
气化学过程[8 ,12 ] ,从而直接或间接地影响大气质量
和破坏地球生态环境 ,并且作为一种间接温室气体
影响气候. 农田土壤是大气 NO 的重要生物排放源
之一. 土壤主要通过硝化和反硝化微生物过程释放
NO[9 ] .在土壤微生物过程生成 NO 的链式反应中 ,
有机质矿化产生的 N H4 + 是首要反应物[9 ] . 全球大
气 CO2 浓度正在不断增加[6 ] ,由此产生的 CO2 施肥
效应可促进植物生长 ,导致输入土壤的植物残落物、
根系分泌物等新鲜有机质增加[3 ] ,土壤有机质含量
也可能发生变化[10 ] . 这些变化是否影响土壤排放
NO ,迄今未见报道. 土壤中几乎不产生 NO2 , Gasche
和 Papen[5 ]观测到温带森林土壤吸收大气 NO2 ,其
机制尚不清楚. 类似大气 NO2 沉降过程在农田是否
发生 ,大气 CO2 浓度升高对其有何影响 ,尚未见文
应 用 生 态 学 报 　2002 年 10 月 　第 13 卷 　第 10 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Oct . 2002 ,13 (10)∶1264～1268
献报道. 本文将报道我们在 FACE (free2air CO2 en2
richment)试验中对这些问题的初步探讨.
2 　材料与方法
211 田间试验处理
　　试验地位于江苏无锡东郊安镇镇年余村农场 (31°37′N ,
120°28′E) ,试验对象是太湖地区典型的稻麦轮作农田生态
系统. 太湖地区概况及供试农田土壤基本性质参见文献 [14 ] .
试验首先设两个 CO2 浓度处理 :对照大气浓度 ,下文简称对
照 (Ambient) ;比对照大气升高 200 ±40μmol·mol - 1 ,下文简
称 FACE. 每个处理设 3 个重复. 关于各处理的田间设置可
参阅文献[6 ] . 全天候 CO2 加气处理开始于 2001 年 6 月 14
日 ,10 月 23 日至 11 月 17 日 ,因系统检修而停止 CO2 加气
处理 ,11 月 18 日恢复加气处理. 全年总氮肥施用量为 500
kg·hm - 2 ,小麦、水稻生长季各施 1/ 2. 小麦生长季的肥料分
4 次施用 :11 月 13 日 (小麦播种前 3d) ,复合肥 (N∶P2 O5∶K2
O = 15 %∶15 %∶15 %) 50kg·hm - 2 ,尿素 50kg·hm - 2 ;12 月 4
日 (播种后 17d)∶尿素 50kg·hm - 2 ;3 月 3 日 (播种后 106d) ∶
复合肥 25kg·hm - 2 ,尿素 25kg·hm - 2 ; 4 月 5 日 (播种后
139d)∶尿素 50kg·hm - 2 . 冬小麦 (品种 : Triticum aestivum L .
cv. ningmai29)于 2001 年 11 月 16 日播种 ,2002 年 6 月 1～2
日收割. 为了尽量减少田间观测操作对 FACE处理空气状态
的扰动 , FACE 和对照处理 2 周只进行 2 次 NO 和 NO2 观
测 ,分别在星期一和星期四上午 9∶00～11∶00 之间进行. 为
了最终能够计算 FACE和对照处理的 NO 和 NO2 地气交换
季节总量 ,除了在 FACE 和对照处理进行每周两次的观测
外 ,还在其中一块面积较大的对照田里设置了 3 个重复参照
(Reference)观测点 ,用于逐日观测 ,观测时间为也是上午 9∶
00～11∶00 ,其结果将用于内插出 FACE 和对照处理缺测日
期的 NO 和 NO2 地气交换通量值. 为了观测植物生长对 NO
和 NO2 地气净交换的影响 ,还在对照 CO2 浓度条件下设置
了 3 个重复裸地观测点 ,其施肥处理与种植小麦的对照和参
照观测点相同.
212 　观测方法
采用静态暗箱采样2NO 和 NO2 化学发光分析法在
FACE试验中观测研究稻麦轮作农田旱地阶段的 NO 和
NO2 地气交换通量. 其中使用的 NO/ NO2 分析仪为美国
Thermo 环境仪器公司生产的 42C NO22NO22NOx Aanlyzer
( Trace Level) .
用一个无底的不锈钢 (50cm ×50cm ×50cm 或 100cm)箱
子罩住所测地面 ,立即用采气泵从箱内抽取大约 3L 气体 (耗
时约 1. 5min) ,19min 左右再从箱内抽取另 1 个气体样品 ,采
气量约 3L ,并同时准确记录 2 次抽气的时间. 第 1 个气体样
品的 NO 和 NO2 浓度作为罩箱后箱内气体的初始浓度. 田
间采集的样品存放在专用气体储存袋 (由中国科学院大连化
学物理研究所开发生产)内. 样品分析在现场实验室内完成.
由于 NO 和 NO2 均易于发生化学反应 ,在近地面空气中 ,其
化学寿命 < 1d ,气体样品不宜存放过久 ,采样后 ,从采样到
分析完毕 ,限时 1h. 由式 (1) 计算 NO 和 NO2 的地气交换通
量 ,即单位时间单位地表面积净吸收或净排放的 NO 和 NO2
气体质量数.
F = k·ρ·H·PP0 ·
T0
T ·
△C
△t (1)
式(1)中 , F 是 NO 或 NO2 地气交换通量 (单位 ngN·m - 2·
s
- 1) , C 是箱内空气的 NO 或 NO2 体积分数 (10 - 9) , t 是罩
箱时间 ( min) , △C/ △t 为罩箱期间箱内气体浓度的变化
率 ,ρ是标准状况下的被测气体密度 g·L - 1) , P0 (1013 hPa)
和 T0 (273 K)分别是标准状况下的空气绝对温度和气压 , T
为采样时的箱内气体绝对温度 ( K) , P 为采样时的气压
(hPa) , H 为采样箱内气室高度 (cm) , k 为单位换算系数.
对于一定的气体地气交换通量 ,采样箱高度 H 与箱内
气体浓度变化率 △C/ △t 成反比 ,分析仪器能否检测出密封
箱中的 NO 或 NO2 浓度变化 ,取决于采样箱高度和罩箱时
间长短 ,即采样箱越低或罩箱时间越长越容易检出. 试验地
的小麦植株最大高度 < 80cm. 当植株高度 < 40cm 时 ,采用
50cm 高度 ;大于 40cm 时 ,改用 100cm 高度. 根据仪器检测
精度 (以重复检测 NO 和 NO2 浓度接近田间空气的标准气
体来确定) 和采样箱高度 ,可以计算出此方法观测 NO 和
NO2 排放通量的检测下限. 当箱高为 50cm 时 ,NO 和 NO2 地
气交换通量检测限分别为 ±0. 07 和 ±0. 09ngN·m - 2·s - 1 ;
箱高 100cm 时 ,分别为 ±0. 13 和 ±0. 17ngN·m - 2·s - 1 .
在对 NO 和 NO2 净交换进行观测的同时 ,还同步地观
测 5cm 深度的土壤体积含水量和土壤温度. 用土壤含水量
原位测定计 ( TDR) 观测含水量 ,并用环刀法对 TDR 测定结
果进行标定 ,标定曲线确定为 m = 0. 6796 m
- TDR + 19. 594
( R2 = 0. 82 , P < 0. 001 , s = 2. 2 %) ,其中 m
- TDR为 TDR 测定
的土壤体积百分比含水量 , m 为土壤实际体积百分比含水
量 , s 为标定残差.
213 　采样箱构造及采样操作
　　小麦播种之前 ,在选定的采样地点安装与采样箱体横截
面尺寸相同的不锈钢底座 ,在整个观测阶段 , 底座一直固定
在田间. 座壁插入土壤 20cm ,距离土壤表面 10cm 以下 ,各面
座壁上开有 9 个直径 2cm 的圆孔 ,以便座壁两侧土壤水分流
通.箱座顶端有宽 2cm、深 3cm 的密封水槽. 采样时 ,将采样
箱罩在箱座上 ,以水密封. 箱内配以感温探头、两个小风扇
(Φ= 15cm)和采样管. 风扇用 12VCD 畜电池驱动 ,以混合箱
内空气. 外径 3. 2mm、内径 2. 2mm、长 25cm 的不锈钢采样管
伸入采样箱内中上方 ,并始终保持其端口在植物冠层以上 ,
用过壁接头 (Swegalock 出品)连接到箱外的聚四氟乙烯气体
输送管线 (外径 3. 2mm、内径 2. 2mm、长 7m) . 为了尽量减少
操作人员深入 FACE处理区对空气气流的扰动 ,箱外管线和
连接到箱体的电线均设计为 7m 长 ,以便操作员站在 FACE
处理区以外的田埂上采样. 采样箱上还安装了一根内径 1.
56cm、长 7m 的聚四氟乙烯管 ,以使抽取气样过程中箱内外
空气压力保持平衡 [7 ] . 采样箱上的所有接缝均涂以硅胶 ,并
检漏 ,以充分保证箱体的气密性. 为了尽量减少罩箱操作对
562110 期 　　　　　　　　　　宋 　涛等 :农田 FACE试验中的 NO 和 NO2 地2气交换观测研究 　　　　　　　　　
土壤和植物的扰动 ,事先在采样点和田埂之间架设简易木
桥 ,用作行走通道.
3 　结果与讨论
311 　观测数据的有效性
　　由于分析仪器故障 ,小麦播种后第 1 个月没有
获得 NO 和 NO2 的有效观测资料. 各处理的有效观
测始于 2001 年 12 月 16 日 (小麦播种后 29d) ,直至
小麦收割后的裸地休闲期结束 ( 2002 年 6 月 13
日) . 此期间所获得的 822 个 NO 通量数据 ,仅 30 个
低于检测限的值视为无效数据 ,其余均为有效数据.
对于所获得的 820 个 NO2 通量数据 ,有 104 个值无
效 ,有效值占 87 % ,表明本研究采用的观测方法不
仅简单、易于操作 ,并且对于稻麦轮作农田旱地阶段
的 NO 和 NO2 净交换通量观测结果 ,其可靠性完全
可以保证. 下文的分析均基于有效通量 (高于检测
限)观测数据.
312 　NO 和 NO2 地气交换的季节变化
　　如图 1a2e 所示 ,无论在 FACE 还是对照条件
下 ,冬小麦生长季及其后的裸地休闲阶段的 NO 地
气交换主要表现为净排放 ,但净排放通量的季节变
化特征不明显 ,相反 ,NO2 地气交换主要表现为净
吸收 ,且有较为明显的季节变化.
　　在整个观测期间 ,对于 FACE 处理 ,上午 9∶00
～11∶00 的 NO 和 NO2 净交换通量分别为 - 1. 3～
13. 7ngN·m - 2·s - 1 (平均2. 7ngN·m - 2·s - 1)和 - 6. 6
～0. 6ngN·m - 2·s - 1 (平均 - 1. 1ngN·m - 2·s - 1) ;对
照处理分别为 - 1. 3～16. 8 ngN·m - 2·s - 1 (平均3. 4
ngN·m - 2·s - 1)和 - 5. 7～0. 2 ngN·m - 2·s - 1 (平均
- 1. 3 ngN·m - 2·s - 1) ;参照处理逐日观测的 NO 和
NO2 净交换通量分别为 - 1. 6～12. 2 ngN·m - 2·s - 1
(平均 2. 3ngN·m - 2·s - 1)和 - 8. 6～1. 0 ngN·m - 2·
s
- 1 (平均 - 0. 9 ngN·m - 2·s - 1) . 总体来看 ,无论 NO
净排放强度还是NO2净吸收强度均比欧洲森林的
观测结果低[5 ] . 无论是 FACE 处理还是对照及参照
处理 ,NO 净交换均未表现出明显的季节变化 ,但
NO2 净交换通量具有明显的季节差异 (图 1) . 和植
物生长相对较旺盛的阶段 (小麦春季返青直至成熟
期之前 ,下文简称阶段2I) 相比 ,在小麦播种后 90d
以内 (越冬前和越冬期间 ,即小麦苗期) 以及小麦成
熟期和收割后的裸地休闲阶段 (下文简称阶段2II) ,
田间植物生长相对较弱或根本没有植物生长活动 ,
这时的 NO2 净吸收强度明显偏高大约 5 倍 ( t2检验
P < 0. 001) . 可见 ,生态系统吸收大气 NO2 的过程与
植物生长状况有关. 进一步分析表明 ,每次观测的初
始 NO2 浓度值在阶段2II 显著比阶段2I 高约 60 %(t2
图 1 　NO 和 NO2 通量
Fig. 1 NO and NO2 fluxes.
a) FACE 的 NO 通量 NO fluxes for FACE ,b)对照的 NO 通量 NO fluxes for Ambient , c) FACE 的 NO2 通量 NO2 fluxes for FACE ,d)对照的 NO2
通量 NO2 fluxes for Ambient , e)参照观测的 NO 和 NO2 通量 NO and NO2 fluxes for reference ; I. NO 通量 NO fluxes . II. NO2 通量 NO2 fluxes ,数
据点上的竖线为标准误差 The vertical bars are standard errors.
6621 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷
检验 P < 0. 001) ,而罩箱 19min 时的箱内空气 NO2
浓度在两个阶段之间没有显著差异 ,所以阶段2II 的
NO2 吸收通量观测值偏高是由较高的初试浓度造
成的. 阶段2I 的 NO2 初试浓度偏低 ,可能是由于植
物叶片直接从空气中吸收 NO2 而为旺盛生长的植
物叶片补充 N 素营养的缘故. 对于生态系统吸收大
气 NO2 的机制 ,尚有待深入研究. 在整个观测期间 ,
NO 净排放通量约为 NO2 净吸收通量的 2. 6 倍 ( t2
检验 P < 0. 001) ,NO2 净吸收仅能抵消大约 40 %的
NO 净排放 ,因此 ,使观测期间的麦田及麦收后的休
闲裸地均表现为向大气净排放 NOx.
313 　土壤温度对 NO 和 NO2 地气交换的影响
　　图 2 显示了土壤温度和土壤含水量的逐日变
化. 土壤温度的有效观测从小麦播种后 44d 开始. 考
察整个观测阶段的土壤温度和 NO 净交换通量同步
观测结果 ,没有发现二者存在任何相关性. 但如果将
土壤温度有效观测期划分为小麦播种后 44～58d 和
59～208d 两个阶段 ,则前 1 阶段的 NO 净交换通量
线性地随土壤温度的变化非常明显 (图 1e ,图 2) ,二
者的关系可用 F = 1. 46 Ts - 5. 2 ( 3. 8 ℃< Ts <
12 ℃, R2 = 0. 84 , P < 0. 001) 来拟合 ,其中 F 为 NO
净交换通量 ( ngN·m - 2·s - 1 ) , Ts 为 5cm 土壤温度
( ℃) . 而在第 2 阶段 ,NO 净交换变化复杂 ,没有体
现出受温度影响的规律性. 农田排放的 NO 主要是
土壤中硝化和反硝化作用的产物[2 ,8 ,9 ] ,但对于稻麦
轮作农田的旱地阶段 ,由于土壤透气性较好 ,硝化作
用对 NO 排放的贡献远大于反硝化作用[14 ] . 发生硝
化作用的适宜温度被认为在 15 ℃～35 ℃之间 ,低于
5 ℃或高于 40 ℃,硝化微生物生长都受到抑制 ,从而
限制硝化作用[1 ,4 ] . 对于第 1 阶段 ,天气持续晴朗 ,
土壤含水量相对稳定 (体积含水量 40 % ±1 %) ,而
图 2 　土壤温度和土壤含水量
Fig. 2 Soil temperature and soil moisture.
I. 土壤 ( 5 cm 深度) 含水量 Moisture of the surface soil ( 5 cm in
depth) , II. 土壤 (5 cm 深度)温度 (9∶00am 左右) Soil (5 cm in depth)
temperature measured at around 9∶00.
土壤温度逐日持续增加趋势 (0. 25 ℃·d - 1 , R2 =
0. 47 , P = 0. 014)十分明显 (图 2) ,这时 ,土壤温度成
了影响 NO 净交换的主要因子 ,因为在土壤含水量
相对稳定的环境中 ,硝化微生物的活性主要依赖于
土壤温度[8 ] . 在第 2 阶段 ,NO 排放通量随土壤温度
变化没有比较确定的关系 ,说明 NO 排放不仅受到
温度的影响 ,同时还受到其他因素如土壤含水量等
的影响. 在一定温度条件下 ,受土壤含水量控制的
O2 有效性是决定硝化和反硝化作用过程速率和 NO
占硝化作用产物比重的关键因素[8 ] ,相对较低的土
壤含水量有利于 NO 的产生和排放[13 ] . 第 2 阶段频
繁出现的阴雨天气 ,使土壤体积含水量一直维持在
较高水平 (44 % ±4 %) ,且变化幅度相对较大 (变异
系数 8 %) ,尽管此阶段的土壤温度逐日上升趋势
(0. 11 ℃·d - 1 , R2 = 0. 88 , P < 0. 001) 也十分明显 ,
NO 净交换逐日变化并没有明显地依赖于土壤温度
变化. 这也说明 ,如果不考虑其他影响因素 ,而仅仅
用土壤温度来估计区域或生态系统的 NO 排放 (如
估计美国 NO 生物源排放清单的做法[9 ]) 是不科学
的.
　　考察整个观测时期的 NO2 净交换通量和土壤
温度 ,发现 NO2 净交换通量随土壤温度的变化可用
一顶点坐标为 (12. 6 ℃,0. 28 ngN·m - 2·s - 1) 、开口
朝下的抛物线方程来拟合 ,即 F = - 0. 021 Ts2 +
0. 528 Ts - 3. 588 ( R2 = 0. 74 , P < 0. 001 ,3 ℃< Ts <
22 ℃) . 进一步分析认为 ,此相关性并非土壤温度直
接影响 NO2 净交换过程的结果 ,而是植物生长影响
NO2 净交换的间接体现 ,因为在土壤温度和 NO2 净
交换的有效观测期间 ,低端土壤温度发生在小麦旺
盛生长阶段开始之前 ,高端土壤温度则发生在小麦
旺盛生长阶段之后 ,而小麦旺盛生长阶段的平均
NO2 净吸收通量大约仅为非旺盛生长阶段及裸地
休闲阶段的 1/ 5 (如 3. 1 节所述) .
314 　土壤含水量对 NO 和 NO2 地气交换的影响
　　考察 NO 和 NO2 净交换通量与土壤含水量同
步观测结果 ,发现两者都明显地受土壤含水量影响.
在整个观测时期的土壤含水量变化范围 ( 32 %～
52 %) 内 , NO 净交换通量随土壤含水量呈线性变
化 ,即 F = - 0. 292 m + 15. 023 ( R2 = 0 . 82 , P <
0. 001) ,其中 F 为净交换通量 ( ngN·m - 2·s - 1) , m
为土壤体积含水量 ( %) . R2 说明土壤含水量变化可
以解释 82 %的 NO 净交换变化. Yamulki 等[11 ]在英
国麦田的观测中也发现了类似的负相关关系. 尽管
762110 期 　　　　　　　　　　宋 　涛等 :农田 FACE试验中的 NO 和 NO2 地2气交换观测研究 　　　　　　　　　
农田土壤中的硝化作用和反硝化作用可以同时发
生 ,并同时产生 NO ,但稻麦轮作农田旱地阶段排放
的 NO 主要来源于硝化作用[14 ] . 硝化作用产生 NO
的速率以及 NO 占硝化作用产物的比重取决于土壤
中 O2 的有效性[8 ] . 而 O2 有效性与土壤含水量密切
相关 ,土壤含水量越大 ,O2 有效性越小[8 ] . 所以 ,在
一定的土壤含水量范围内 ,NO 的产生与排放速率
随土壤含水量增加而减少[11 ] . 在同样的土壤含水量
变化范围内 ,与 NO 同步发生的 NO2 净交换随土壤
含水量的变化可以用一顶点坐标为 (41. 5 % , 1. 2
ngN·m - 2·s - 1) 、开口朝上的抛物线方程拟合 ,即 F
= 0. 013 m 2 - 1. 106 m + 21. 801 ( R2 = 0. 69 , P <
0. 001) . 土壤含水量影响 NO2 净吸收的机制尚不清
楚 ,有待进一步研究.
315 　施肥对 NO 和 NO2 净交换的影响
　　考察小麦播种后 106d 和 139d 两次撒施 N 素
化肥后数天之内的 NO 和 NO2 地气交换通量变化 ,
均未发现明显高于其他阶段的 NO 排放峰值或 NO2
吸收峰值. 这可能是因为 :2 次施肥恰好在小麦旺盛
生长阶段进行 ,植物对肥料 N 的快速吸收使硝化微
生物实际利用的 N 量并没有因为施肥而增加. 根据
小麦播种后 116～185d 期间每周 1 次的裸地对比观
测结果 ,裸地的 NO 净排放通量约为正常麦田的 4.
4 倍 ( t2检验 P = 0. 03) ,但 NO2 净交换通量没有差
异 (t2检验 P = 0. 8) . 这进一步说明 ,植物生长对麦
田 NO 排放的影响可能超过施肥的作用 ,NO2 地气
交换过程与土壤 N 素的有效性无关.
316 　大气 CO2 浓度升高对 NO 和 NO2 地气交换的
影响
　　比较观测期间 FACE 与对照田的 NO 和 NO2
地气净交换通量 ,结果表明 ,大气 CO2 浓度升高 200
±40μmol·mol - 1 , NO 净排放和 NO2 净吸收均有
减弱趋势 ,前者约减弱 19 % (t - 检验 P = 0. 096) ,
后者约减弱 10 % (t2检验 P = 0. 26) ,NO 净排放的
减弱趋势比 NO2 净吸收更明显 ,但二者均未达到统
计意义上的显著差异. 这可能是由于试验时间太短
(到 2002 年 6 月 ,实施 CO2 升高处理仅 1 年) ,尚不
足以使 CO2 浓度升高对生态系统尤其是对土壤过
程的影响通过 NO 和 NO2 净交换通量的变化显著
地体现出来 ,因为 CO2 浓度升高不直接影响 NO 和
NO2 地气交换过程 ,而是通过改变土壤中的有机物
质矿化分解过程、微生物活动以及植物的生长状况
等而间接地对 NO 和 NO2 地气交换产生影响. 结合
和 3. 2 和 3. 5 节的分析结果可以推测 ,高浓度 CO2
对植物生长的促进作用可能是导致 NO 净排放和
NO2 净吸收均呈减弱趋势的主要原因. 这是因为 :
植物生长越旺盛 ,对土壤 N 素的竞争吸收就越强 ,
NO 的产生和排放速率就越小 ;越是旺盛生长的植
物 ,其冠层对空气中 NO2 的吸收就越强 ,观测到的
冠层附近空气 NO2 初始浓度就越低 ,从而使 NO2
净吸收通量的观测值也越低. 本文仅仅提供了一些
初步研究结果 ,对于高浓度 CO2 影响 NO 和 NO2 地
气交换的机制 ,尤其是基于土壤 C、N 循环和微生物
过程累积效应的影响机制 ,尚有待进一步研究.
致谢 　导师陈万隆教授 (南京气象学院) 对本项研究予以了
指导和启发 ,中国科学院南京土壤研究所韩 　勇和刘 　钢以
及中国科学院大气物理研究所刘广仁、张 　文、谢宝华、石立
庆、刁一伟等对本项研究提供了许多帮助 ,谨此致谢 !
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作者简介 　宋 　涛 ,男 ,1978 年生 ,硕士研究生 ,从事大气物
理与大气环境研究. e2mail : singtaoo @yahoo. com
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