全 文 ：第 ３６ 卷第 １５ 期
２０１６年 ８月
生 态 学 报
ＡＣＴＡ ＥＣＯＬＯＧＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ
Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．１５
Ａｕｇ．，２０１６
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
基金项目：国家科技支撑计划资助项目（２０１３ＢＡＤ１１Ｂ０３）；国家重点基础研究发展计划项目（９７３ 计划） （２０１２ＣＢ９５５９０４）；Ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ
Ｍｅｌｂｏｕｒｎｅ Ｅａｒｌｙ Ｃａｒｅｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｇｒａｎｔ Ｓｃｈｅｍｅ ２０１４；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资助项目
收稿日期：２０１４⁃１２⁃２９； 网络出版日期：２０１５⁃１１⁃１６
∗通讯作者 Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ．Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｈａｎｘ＠ ａｍｉ．ａｃ．ｃｎ
ＤＯＩ： １０．５８４６ ／ ｓｔｘｂ２０１４１２２９２５９７
李豫婷，林树基，韩雪，冯永祥，林而达，李迎春，陈曦．ＣＯ２浓度升高与硝化抑制剂对冬小麦田间 Ｎ２Ｏ 排放量的影响．生态学报，２０１６，３６（１５）：
４７６２⁃４７６８．
Ｌｉ Ｙ Ｔ， Ｌａｍ Ｓｈｕ Ｋｅｅ， Ｈａｎ Ｘ， Ｆｅｎｇ Ｙ Ｘ， Ｌｉｎ Ｅ Ｄ， Ｌｉ Ｙ Ｃ， Ｃｈｅｎ Ｘ．Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｅｌｅｖａｔｅｄ ＣＯ２ ａｎｄ ｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｓ ｏｎ Ｎ２Ｏ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ａ ｗｉｎｔｅｒ
ｗｈｅａｔ ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ．Ａｃｔａ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ，２０１６，３６（１５）：４７６２⁃４７６８．
ＣＯ２浓度升高与硝化抑制剂对冬小麦田间 Ｎ２ Ｏ 排放
量的影响
李豫婷１，２，林树基３，韩 雪１，∗，冯永祥１，２，林而达１，李迎春１，陈 曦４
１ 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，农业部农业环境重点实验室， 北京 １０００８１
２ 黑龙江八一农垦大学农学院农学院， 大庆 １６３０００
３ Ｃｒｏｐ ａｎｄ Ｓｏｉｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｓｅｃｔｉｏｎ， Ｆａｃｕｌｔｙ ｏｆ Ｖｅｔｅｒｉｎａｒｙ ａｎｄ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｅｌｂｏｕｒｎｅ， Ｖｉｃｔｏｒｉａ ３０１０ Ａｕｓｔｒａｌｉａ
４ 北京市平谷区气象局，北京 １０１２００
摘要：以冬小麦中麦 １７５为供试品种，利用农田开放式 ＣＯ２浓度增高（ＦＡＣＥ）系统，研究未来大气高 ＣＯ２浓度对冬小麦田间 Ｎ２Ｏ
排放的影响，以及施用硝化抑制剂（２⁃氯⁃６⁃三氯甲基吡啶）是否可以起到抑制冬小麦田间 Ｎ２Ｏ的排放量升高的潜能。 试验结果
表明：ＣＯ２浓度升高显著提高冬小麦田间 Ｎ２Ｏ的排放增幅达到 ６７．６％，追肥灌溉后小麦田 Ｎ２Ｏ排放量较大，随着冬小麦生育进
程的推进 Ｎ２Ｏ的排放量逐渐减少，硝化抑制剂对中麦 １７５田间 Ｎ２Ｏ排放量的影响并不明显。 因此，在未来高 ＣＯ２浓度环境条
件下，可以通过采取相应的耕作制度和栽培技术措施等来降低冬小麦田 Ｎ２Ｏ的排放量。 试验结果对冬小麦田间是否选择施用
２⁃氯⁃６⁃三氯甲基吡啶来控制 Ｎ２Ｏ的排放起到一定的参考作用。
关键词：ＦＡＣＥ（开放式 ＣＯ２浓度增高系统）； 冬小麦； 硝化抑制剂； Ｎ２Ｏ排放量
Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｅｌｅｖａｔｅｄ ＣＯ２ ａｎｄ ｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｓ ｏｎ Ｎ２Ｏ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ａ
ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
ＬＩ Ｙｕｔｉｎｇ１，２， ＬＡＭ Ｓｈｕ Ｋｅｅ３， ＨＡＮ Ｘｕｅ１，∗， ＦＥＮＧ Ｙｏｎｇｘｉａｎｇ１，２， ＬＩＮ Ｅｒｄａ１， ＬＩ Ｙｉｎｇｃｈｕｎ１， ＣＨＥＮ Ｘｉ４
１ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ， Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｇｒｏ－ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｌｉｍａｔｅ Ｃｈａｎｇｅ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ，
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８１
２ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｇｒｏｎｏｍｙ， Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｂａｙｉ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｄａｑｉｎｇ １６３０００， Ｃｈｉｎａ
３ Ｃｒｏｐ ａｎｄ Ｓｏｉｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ Ｓｅｃｔｉｏｎ， Ｆａｃｕｌｔｙ ｏｆ Ｖｅｔｅｒｉｎａｒｙ ａｎｄ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｅｌｂｏｕｒｎｅ， Ｖｉｃｔｏｒｉａ ３０１０， Ａｕｓｔｒａｌｉａ
４ Ｐｉｎｇｇｕ ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ ｂｕｒｅａｕ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０１２００， Ｃｈｉｎａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｎｉｔｒｏｕｓ ｏｘｉｄｅ （Ｎ２Ｏ） ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ｇａｓｅｓ ｅｍｉｔｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｄ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｓｏｉｌｓ．
Ｔｈｉｓ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ｇａｓ ｉｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ． Ｔｈｅ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｆａｃｔｏｒｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ
Ｎ２Ｏ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｓｔｕｄｉｅｄ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｔｉｍｉｎｇ ａｎｄ ｒａｔｅ ｏｆ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎｏｕｓ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，
ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｓｏｉｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ， ａｎｄ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ａｃｔｉｖｉｔｙ． Ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ Ｎ２ Ｏ
ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｔｏ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｓ ｈａｓ ａｌｓｏ ｂｅｅｎ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｌａｓｔ ｆｅｗ ｄｅｃａｄｅｓ， ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ ｉｎ ｔｈｅ
ｃｏｎｔｅｘｔ ｏｆ ｃｌｉｍａｔｅ ｃｈａｎｇｅ ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ． Ｍｏｒｅ ｒｅｃｅｎｔ ｓｔｕｄｉｅｓ ｈａｖｅ ｅｘａｍｉｎｅｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｅｌｅｖａｔｅｄ ＣＯ２ ｏｎ Ｎ２ Ｏ ｉｎ ｖａｒｉｏｕｓ
ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｃｏｎｔｅｘｔｓ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ａ ｖａｒｉｅｔｙ ｏｆ ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍｓ． Ｈｏｗｅｖｅｒ， ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ ｎｏ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｒｅｐｏｒｔｓ ｏｎ ｔｈｅ
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｅｌｅｖａｔｅｄ ＣＯ２ ａｎｄ ｔｈｅ ｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｓ ｏｎ Ｎ２Ｏ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ａ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ
ｆｉｅｌｄ ｕｎｄｅｒ ｏｐｅｎ⁃ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ． Ｗｅ ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ Ｎ２Ｏ ｆｌｕｘ ｕｓｉｎｇ ｃｌｏｓｅｄ ｃｈａｍｂｅｒｓ ａｔ ｔｈｅ Ｆｒｅｅ⁃Ａｉｒ Ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ
Ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ （ＦＡＣＥ） ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｆａｃｉｌｉｔｙ ｉｎ ｎｏｒｔｈｅｒｎ Ｃｈｉｎａ． Ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ＣＯ２ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ４００ μＬ ／ Ｌ
（ａｍｂｉｅｎｔ） ａｎｄ ５５０ μＬ ／ Ｌ（ｅｌｅｖａｔｅｄ） ｆｏｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｗｉｔｈ ａｎｄ ｗｉｔｈｏｕｔ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ （Ｎｉｔｒａｐｙｒｉｎ） ．
Ｎｉｔｒａｐｙｒｉｎ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｗｉｃｅ （２４％ Ｎ⁃ｓｅｒｖｅ， １０ ｍｇ ／ ｋｇ ｓｏｉｌ） ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｇｒｏｗｉｎｇ ｓｅａｓｏｎ—ｏｎ ｄａｙ １ ａｎｄ ｄａｙ ３０ ａｆｔｅｒ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ． Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ （０， ２０， ａｎｄ ４０ ｍｉｎ ａｆｔｅｒ ｃｈａｍｂｅｒ ｃｌｏｓｕｒｅ） ｗｅｒｅ ｔａｋｅｎ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｔａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ ｕｎｔｉｌ
ｈａｒｖｅｓｔ （Ｔｒｉｔｉｃｕｍ ａｅｓｔｉｖｕｍ Ｌ． ｃｖ． Ｚｈｏｎｇｍａｉ １７５ ）． Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｔａｋｅｎ ｄａｉｌｙ ｆｏｒ ａ ｗｅｅｋ ａｆｔｅｒ ｅａｃｈ ｎｉｔｒａｐｙｒｉｎ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ， ａｎｄ ｏｎ ａ ｗｅｅｋｌｙ ｂａｓｉｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｉｔｒａｐｙｒｉｎ ｕｎｔｉｌ ｈａｒｖｅｓｔ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ： １） ｆｒｏｍ ｔｈｅ
ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ ｔｏ ｈａｒｖｅｓｔ， ｔｈｅ ｅｌｅｖａｔｅｄ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ＣＯ２ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ Ｎ２Ｏ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｂｙ ６７．６％
ｏｖｅｒａｌｌ． Ｗｉｔｈｉｎ ａ ｗｅｅｋ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ａｎｄ ｓｅｃｏｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ， Ｎ２Ｏ ｆｌｕｘ ｗａｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ５８．１％
ａｎｄ ７８．７％， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ， ｕｎｄｅｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｅｌｅｖａｔｅｄ ＣＯ２ ． ２） Ｎｉｔｒａｐｙｒｉｎ ｈａｄ ｎｏ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ Ｎ２Ｏ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｆｒｏｍ
ｔｈｅ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ ｆｉｅｌｄ． Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ＣＯ２ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｎｉｔｒａｐｙｒｉｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｎ Ｎ２Ｏ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ
ｗａｓ ｎｏｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ． ３） Ｎ２Ｏ ｆｌｕｘ ｗａｓ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ａｆｔｅｒ ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ， ｂｅｆｏｒｅ ｄｅｃｌｉｎｉｎｇ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｏｖｅｒ ｔｈｅ ｃｏｕｒｓｅ
ｏｆ ｔｈｅ ｓｅａｓｏｎ． Ｉｎ ｏｕｒ ｓｔｕｄｙ， ｅｌｅｖａｔｅｄ ＣＯ２ ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｎ２Ｏ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ， ｐｏｓｓｉｂｌｙ ａｓ ａ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｈｉｇｈｅｒ ｃａｒｂｏｎ （Ｃ） ｉｎｐｕｔ ｉｎｔｏ ｔｈｅ
ｓｏｉｌ ａｎｄ Ｃ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｅｒｓ． Ｈｏｗｅｖｅｒ， ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｉｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｗａｓ ｎｏｔ ｍｉｔｉｇａｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ
ｎｉｔｒａｐｙｒｉｎ． Ｔｈｅ ｉｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｎｉｔｒａｐｙｒｉｎ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｉｎ ｏｕｒ ｓｔｕｄｙ ｍａｙ ｂｅ ｄｕｅ ｔｏ （ ｉ） ｔｈｅ ｆａｃｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ａｍｍｏｎｉｕｍ
（ＮＨ＋４） ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｗａｓ ｈｉｇｈ ａｔ ｏｕｒ ｓｔｕｄｙ ｓｉｔｅ， ａｎｄ ／ ｏｒ （ ｉｉ） ｔｈｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｅ ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ ｉｎｔｏ
ｔｈｅ ｓｏｉｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ ｍａｙ ｂｅ ｓｔｒｏｎｇ ｅｎｏｕｇｈ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｃｏｎｔａｃｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔ ａｎｄ ＮＨ＋４ ． Ｆｕｒｔｈｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｓ ｒｅｑｕｉｒｅｄ
ｔｏ ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｔｅ ｔｈｅｓｅ ｆｉｎｄｉｎｇｓ． Ｏｕｒ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｕｎｄｅｒ ｆｕｔｕｒｅ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ＣＯ２ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ， ｉｔ ｗｉｌｌ ｂｅ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ
ａｄｏｐｔ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ ｐｒａｃｔｉｃｅｓ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ Ｎ２Ｏ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ
ｆｉｅｌｄｓ． Ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｎｉｔｒａｐｙｒｉｎ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｎ２Ｏ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ ｆｒｏｍ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ ｆｉｅｌｄｓ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ： ｆｒｅｅ⁃ａｉｒ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ （ＦＡＣＥ）； ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ； ｎｉｔｒａｐｙｒｉｎ； Ｎ２Ｏ ｅｍｉｓｓｉｏｎ
温室气体排放量日益增加导致全球气候变暖，这一世界性话题已经成为当今学术界研究的热点。 ＣＯ２、
Ｎ２Ｏ和 ＣＨ４是三大主要温室气体，截止到 ２０１３年 ５月，地球大气层中的 ＣＯ２浓度已超过 ４００μＬ ／ Ｌ，Ｎ２Ｏ的浓度
已经上升至 ３２３．２ｎＬ ／ Ｌ，较 １７５０年水平增长 ２０％［１］。 与 ＣＯ２相比，虽然 Ｎ２Ｏ 在大气中的含量很低，但其单分
子增温潜势却是 ＣＯ２的 ３１０倍，而且由于 Ｎ２Ｏ在大气中可输送到平流层，对臭氧层造成破坏［２］，已经成为人类
排放的首要消耗臭氧层物质，所以 Ｎ２Ｏ浓度的增高已引起了广泛的关注。 人类活动是造成 Ｎ２Ｏ 排放量增高
的主要原因，其中农业生产排放的 Ｎ２Ｏ 占人类活动 Ｎ２Ｏ 排放总量的 ６０％—７５％［３］。 小麦（Ｔｒｉｔｉｃｕｍ ａｅｓｔｉｖｕｍ
Ｌ．）是我国重要粮食作物之一， ２０１３ 年小麦播种总面积为 ３．６ 亿亩， 其中冬小麦播种面积约占小麦总面积的
８４％和 ９０％［４］，所以冬小麦田的 Ｎ２Ｏ排放量不容忽视。 土壤中 Ｎ２Ｏ主要是由硝化和反硝化作用产生的，反硝
化细菌受到土壤中可用碳含量的影响很大，因为其以碳为能量源，所以大气 ＣＯ２浓度升高促进了土壤中反硝
化细菌的活跃性，从而导致 Ｎ２Ｏ的排放量升高［５，６］。 第五次 ＩＰＣＣ 评估报告显示，大气 ＣＯ２浓度将持续升高，
预计到 ２０５０年，ＣＯ２浓度将上升到 ５５０μＬ ／ Ｌ［１］。 所以，研究高 ＣＯ２浓度下冬小麦田间 Ｎ２Ｏ排放量以及排放规
律，对于今后冬小麦生产中采用相应的耕作措施控制 Ｎ２Ｏ的排放，以及对温室气体减排都会起到一定的贡献
作用。
一般的硝化抑制剂是通过释放毒性化合物，直接影响硝化菌群落及硝化活性来抑制土壤硝化作用［７］，而
２⁃氯⁃６⁃三氯甲基吡啶是一种代谢灭活剂，其活性位点是吡啶环上的氮原子，通过对氨氧化细菌的竞争性抑制
而对硝化作用进行抑制［８］。 目前施用硝化抑制剂被认为是最有效的减排 Ｎ２Ｏ 技术之一，对减轻大量施肥造
成的环境污染和浪费资源有重要的意义。 本文利用 ＦＡＣＥ 系统，研究①）ＣＯ２浓度升高是否会促进冬小麦田
间 Ｎ２Ｏ的排放，②） ＣＯ２浓度升高对麦田土壤 Ｎ２Ｏ排放通量季节变化的影响，③） 硝化抑制剂 ２⁃氯⁃６⁃三氯甲
３６７４ １５期 李豫婷 等：ＣＯ２浓度升高与硝化抑制剂对冬小麦田间 Ｎ２Ｏ排放量的影响
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基吡啶是否对冬小麦田间 Ｎ２Ｏ排放起到抑制作用，为我国气候变化条件下农田 Ｎ２Ｏ减排提供理论依据。
１ 材料与方法
１．１ 试验地基本概况
本试验在中国农业科学院作物科学研究所昌平实验基地进行，该试验基地位于北京市昌平区沙河镇与马
池口镇交界处，地理坐标为 ４０°１０′１０″—４０°１０′４０″Ｎ，１１６°１３′４０″—１１６°１４′０４″Ｅ，基地海拔 ３１．３ｍ，属暖温带、半
湿润大陆性季风气候，土壤为壤质褐潮土，有机质含量 １４．１０ｇ ／ ｋｇ，全氮 ０．８２ｇ ／ ｋｇ，速效磷 ２０．０ｍｇ ／ ｋｇ，速效钾
７９．８ｍｇ ／ ｋｇ，土壤容重为 １．３０ｇ ／ ｃｍ３，ｐＨ ８．３３，田间最大持水量为 ２４．９％。
１．２ 试验设计
本试验采用开放式 ＣＯ２浓度升高（ＦＡＣＥ）系统，系统构成和控制同郝兴宇等的方法［９］。 ＦＡＣＥ 圈的直径
为 ４ｍ，正八边形。 圈中心设有 ＣＯ２传感器和风速风向传感器，由主控计算机根据圈内 ＣＯ２浓度控制气体的释
放，ＦＡＣＥ圈内 ＣＯ２目标浓度为 ５５０μＬ ／ Ｌ。 采取裂区试验设计，ＣＯ２浓度为主处理，硝化抑制剂为副处理，每处
理 ３次重复。 ＦＡＣＥ圈和对照圈的 ＣＯ２浓度分别为（５５０±６０）μＬ ／ Ｌ和（４００±４０）μＬ ／ Ｌ；硝化抑制剂采用 ２⁃氯⁃６⁃
三氯甲基吡啶（２４％ Ｎ⁃ｓｅｒｖｅ；施用量 １０ｍ ／ ｋｇ）和无硝化抑制剂处理。
施氮量为 １８８ｋｇ ／ ｈｍ２（其中底肥含 Ｎ １１８ ｋｇ ／ ｈｍ２，追肥含 Ｎ ７０ ｋｇ ／ ｈｍ２）、磷肥和钾肥仅作底肥，使用量分
别为 １６５ ｋｇ ／ ｈｍ２（Ｐ ２Ｏ５）和 ９０ｋｇ ／ ｈｍ２（Ｋ２Ｏ）。 底肥于播种前一天（２０１３⁃１０⁃０５）施用，追肥于小麦拔节期（２０１４⁃
０４⁃１８）施用。 冬小麦拔节期追肥次日，首次施用硝化抑制剂，间隔 ３０ｄ 后再次施用硝化抑制剂。 供试冬小麦
品种为中麦 １７５。
１．３ 测定内容及方法
试验采用静态箱法［１０］进行温室气体的采集，静态箱成圆柱形，高 ０．１５ｍ，直径 ０．１６ｍ。 将取气箱底座安置
在选取好的试验区域内，取气时用水进行液封，以保证取气箱的密封性。
气样采集时间及方法如下，首次施用硝化抑制剂的第 ２天开始连续进行 ７ｄ气样采集，然后每隔 １周取气
１次直到第 ２次施吡啶，重复与第 １ 次相同的操作直到小麦成熟收获后停止取气。 取气时间在１０：００—１２：００
之间进行，扣箱抽取后 ０、２０和 ４０ｍｉｎ气样，取样量 ３０ｍＬ。 同时记录箱内温度。 气样返回实验室采用气相色
谱仪（Ａｇｉｌｅｎｔ ７８９０Ｂ ＧＣ）测定分析气样中 Ｎ２Ｏ的浓度。
Ｎ２Ｏ的排放通量计算公式［１１］：
Ｆ＝Ｋ×（Δｃ ／ Δｔ）×Ｖ ／ Ａ×２７３ ／ （２７３＋Ｔ）
式中，Ｆ为气体排放通量，即单位时间单位面积土壤表面的 Ｎ２Ｏ排放通量（μｇＮ ｍ
－２ ｈ－１）；Ｋ 为计算 Ｎ２Ｏ 排放
通量的单位换算系数（１．２５ μｇＮ ／ μＬ）；Δｃ ／ Δｔ为单位时间静态箱内的 Ｎ２Ｏ 气体浓度变化率（ｍＬ ｍ
－３ ｈ－１））；Ｖ
为取样箱的体积（ｍ３），Ａ为取样箱的底面积（ｍ２）；Ｔ为测定时箱体内的平均温度（℃）。
１．４ 数据处理
采用 ＳＰＳＳ １８．０ 软件对数据进行统计分析，一般线性模型 ＬＳＤ 检验法对各处理进行差异显著性检验；
Ｅｘｃｅｌ进行图表绘制。
２ 结果与分析
２．１ ＣＯ２浓度升高对麦田 Ｎ２Ｏ排放通量的影响
ＣＯ２浓度升高对麦田 Ｎ２Ｏ排放起到了明显的促进作用。 小麦拔节至收获、施肥灌溉后 ７ｄ 和再次施硝化
抑制剂后 ７ｄ，ＦＡＣＥ圈的 Ｎ２Ｏ排放通量比对照圈平均高出 ６７．６％、５８．１％和 ７８．７％，均达到显著水平（Ｐ＜０．０５）
（表 １）。
４６７４ 生 态 学 报 ３６卷
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
表 １ ＣＯ２浓度升高对麦田 Ｎ２Ｏ排放通量的影响
Ｔａｂｌｅ １ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ Ｎ２Ｏ ａｓ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｅｌｅｖａｔｅｄ ＣＯ２ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ
测定时期
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｔｉｍｅ
Ｎ２Ｏ排放通量 Ｎ２Ｏ ｆｌｕｘ ／ （μｇ Ｎ ｍ－２ ｈ－１）
ＣＯ２（４００±４０） μＬ ／ Ｌ ＣＯ２（５５０±６０） μＬ ／ Ｌ Ｐ
小麦拔节至收获 Ｆｒｏｍ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ ｔｏ ｈａｒｖｅｓｔ ４３．５±４．５ ７２．９±５．５ ∗
施肥灌溉后 ７ｄ ７ ｄａｙｓ ａｆｔｅｒ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ａｎｄ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ９１．０±８．８ １４３．８±８．８ ∗
再次施硝化抑制剂后 ７ｄ ７ ｄａｙｓ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ ｎｉｔｒａｐｙｒｉｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ２６．４±２．４ ４７．１±３．６ ∗
∗代表 Ｐ＜０．０５，ＣＯ２浓度处理之间有显著差异
２．２ ＣＯ２浓度升高与硝化抑制剂对麦田土壤 Ｎ２Ｏ排放量的影响
本试验结果表明，２⁃氯⁃６⁃三氯甲基吡啶的施用和其与 ＣＯ２浓度升高的交互作用对麦田 Ｎ２Ｏ排放都没有显
著的影响，在小麦拔节至收获、施肥灌浆后 ７ｄ和第 ２次施硝化抑制剂后 ７ｄ均没有达到显著性水平（表 ２）。
表 ２ ＣＯ２浓度升高与硝化抑制剂对 Ｎ２Ｏ排放通量影响
Ｔａｂｌｅ ２ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｅｌｅｖａｔｅｄ ＣＯ２ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｎｉｔｒａｐｙｒｉｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｎ Ｎ２Ｏ ｅｍｉｓｓｉｏｎ
Ｎ２Ｏ排放量 Ｎ２Ｏ ｆｌｕｘ ／ （μｇ Ｎ ｍ－２ ｈ－１）
ＣＯ２
硝化抑制剂
Ｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ
小麦拔节至收获
Ｆｒｏｍ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ
ｓｔａｇｅ ｔｏ ｈａｒｖｅｓｔ
施肥灌溉后 ７ｄ
７ ｄａｙｓ ａｆｔｅｒ ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ａｎｄ
ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
第二次施硝化抑制剂后 ７ｄ
７ ｄａｙｓ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ
ｎｉｔｒａｐｙｒｉｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
（４００±４０）μＬ ／ Ｌ ⁃吡啶⁃Ｎｉｔｒａｐｙｒｉｎ ４３．５±４．５ ９１．０±８．８ ２６．４±２．６
＋吡啶＋Ｎｉｔｒａｐｙｒｉｎ ３７．９±４．３ ８７．９±８．４ ２６．５±４．０
（５５０±６０）μＬ ／ Ｌ ⁃吡啶⁃Ｎｉｔｒａｐｙｒｉｎ ７２．９±５．５ １４３．８±８．７ ４７．１±３．９
＋吡啶＋Ｎｉｔｒａｐｙｒｉｎ ８３．０±７．３ １８１．１±１５．８ ３３．３±３．８
ＣＯ２ ∗ ∗ ∗
硝化抑制剂 Ｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ ＮＳ ＮＳ ＮＳ
ＣＯ２＆硝化抑制剂 ＣＯ２＆ Ｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ ＮＳ ＮＳ ＮＳ
∗代表 Ｐ＜０．０５；ＮＳ代表没有显著性差异
２．３ ＣＯ２浓度升高对麦田土壤 Ｎ２Ｏ排放通量季节变化的影响
Ｎ２Ｏ的排放通量从拔节到成熟的变化范围是 １６．４—４０９．１μｇＮ ｍ
－２ ｈ－１，排放峰出现在追肥灌溉后，随着冬
小麦生育进程的推进 Ｎ２Ｏ 的排放量逐渐减少。 追肥灌溉后 ７ｄ 土壤 Ｎ２Ｏ 排放通量平均达到 ２９３．９μｇＮ ｍ
－２
ｈ－１，是第 ２次施 ２⁃氯⁃６⁃三氯甲基吡啶后 ７ｄ平均 ７７．８μｇＮ ｍ－２ ｈ－１Ｎ２Ｏ排放通量的 ３倍左右。
从拔节到成熟，ＦＡＣＥ 圈内的 Ｎ２Ｏ 排放通量比对照圈内的 Ｎ２Ｏ 排放通量平均增高 ６７． ６％（Ｐ＜ ０． ０５）
（图 １），说明 ＣＯ２浓度升高显著促进土壤 Ｎ２Ｏ的排放。 硝化抑制剂 ２⁃氯⁃６⁃三氯甲基吡啶对 Ｎ２Ｏ 的排放没有
显著的影响。 ＣＯ２浓度与 ２⁃氯⁃６⁃三氯甲基吡啶交互作用对麦田土壤 Ｎ２Ｏ 排放通量的影响，没有达到显著性
水平。
３ 结论与讨论
（１）ＣＯ２浓度升高促进冬小麦田间 Ｎ２Ｏ排放（增幅为 ６７．６％），该结论与许多研究成果一致，Ｉｎｅｓｏｎ等利用
瑞士 ＦＡＣＥ试验系统研究发现，高 ＣＯ２浓度下 Ｃ３作物多年生黑麦草地的 Ｎ２Ｏ 排放量升高了 ２７％［１２］。 Ｌａｍ 等
研究发现，大气 ＣＯ２浓度升高显著促进了冬小麦田间 Ｎ２Ｏ 的排放，增幅达到 ６０％［１３⁃１５］。 同时也有研究表明，
大气 ＣＯ２浓度升高对高粱田间 Ｎ２Ｏ的排放量没有明显影响，因为高粱为 Ｃ４作物对大气 ＣＯ２浓度变化的响应
没有 Ｃ３作物的响应强烈［１６］，由此可见，在 Ｃ４作物田间土壤中，反硝化细菌可利用的碳输入在高 ＣＯ２浓度条件
下没有显著增加。 Ｋｅｔｔｕｎｅｎ等研究发现，土壤 Ｎ２Ｏ的排放量随着作物生长而降低，原因是作物生长对土壤中
Ｎ素的吸收量增加，有可能减少土壤中无机氮的含量进而降低土壤的硝化和反硝化能力［１７］。 不同试验结果
的产生，可能与各试验中高 ＣＯ２浓度处理的时间长度有关，长时间或短时间排放高浓度 ＣＯ２对作物田间 Ｎ２Ｏ
５６７４ １５期 李豫婷 等：ＣＯ２浓度升高与硝化抑制剂对冬小麦田间 Ｎ２Ｏ排放量的影响
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图 １ 冬小麦拔节后各处理土壤 Ｎ２Ｏ排放量的季节变化
Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ Ｎ２Ｏ ｗｉｔｈ ａｎｄ ｗｉｔｈｏｕｔ Ｎｉｔｒａｐｙｒｉｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｉｎｃｅ ｔｈｅ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ ｏｆ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ
ｅＣＯ２为 ＦＡＣＥ圈 ＣＯ２浓度处理：ｅｌｅｖａｔｅｄ ＣＯ２ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ（５５０μＬ ／ Ｌ）；ａＣＯ２为对照圈大气 ＣＯ２浓度处理 ａｍｂｉｅｎｔ ＣＯ２ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ（４００μＬ ／ Ｌ）；
施硝化抑制剂（＋吡啶）与不施硝化抑制剂（－吡啶）＋Ｎｉｔｒａｐｙｒｉｎ；－Ｎｉｔｒａｐｙｒｉｎ
排放量的影响不同。 此外，土壤原位测定表明，大气 ＣＯ２浓度升高降低了土壤 ０—２０ｃｍ 剖面中 Ｎ２Ｏ 的产生，
从而减少了土壤 Ｎ２Ｏ的排放［１８］。
ＣＯ２浓度升高促进冬小麦田间 Ｎ２Ｏ 排放的原因有以下几种可能，１） ＣＯ２浓度升高影响土壤微生物，
Ｋｌｅｍｅｄｔｓｓｏｎ研究发现，大气 ＣＯ２浓度升高刺激作物生长［１９］，增加了有机质向土壤输入，特别是根际有机碳的
积累增加，并且影响作物与田间土壤的 Ｃ、Ｎ循环，促进了微生物的活性并获得更多的碳源作为反硝化作用所
需能量，从而增强了土壤微生物的反硝化强度，促进了 Ｎ２Ｏ的排放［２０］。 采用 ＯＴＣ 研究发现，大气 ＣＯ２浓度升
高，能增加土壤的 ｐＨ促进土壤中硝化细菌活性提高 ＮＨ＋４ ⁃Ｎ 转化成 ＮＯ
－
３ ⁃Ｎ 的速率，从而促进 Ｎ２Ｏ 排放［２１］。
２）ＣＯ２浓度升高使温度相应增高，温度是土壤 Ｎ２Ｏ排放通量规律性日变化的最主要控制因素。 ３）Ｍｏｓｉｅｒ 研究
认为，大气 ＣＯ２浓度升高提高作物对水分的利用率而保持土壤湿润，促进土壤的反硝化作用［２２］，从而有可能
导致土壤 Ｎ２Ｏ排放增加。
（２）Ｎ２Ｏ排放通量季节变化结果显示，追肥灌溉后 Ｎ２Ｏ排放量较大，随着冬小麦生育进程的推进 Ｎ２Ｏ的
排放量逐渐减少，这是由于施肥后土壤外源 Ｎ素含量急剧增加，土壤中硝化细菌可利用 Ｎ 素含量升高，养分
充足提高了微生物活性促进田间 Ｎ２Ｏ的排放；Ｋｅｔｔｕｎｅｎ等研究发现，土壤高 Ｎ２Ｏ排放与土壤中可利用氮的含
量成正相关［１７］。 Ｈａｌｌ和 Ｍａｔｓｏｎ研究也发现，土壤 Ｎ２Ｏ排放对外源氮输入非常敏感，随着外源氮的增加，Ｎ２Ｏ
排放量增加的速度快于线性增加［２３］。 此外，作物生长初期对土壤中 Ｎ 的竞争力不强，土壤中的大部分 Ｎ 被
硝化细菌利用加速了硝化和反硝化作用的发生，而作物生长发育越旺盛对土壤中 Ｎ 的竞争吸收能力就越强，
使土壤中硝化细菌可利用原料减少，Ｎ２Ｏ的产生和排放速率降低［２４］，所以在作物生长初期田间 Ｎ２Ｏ排放量较
高。 灌溉后土壤平均湿度为 １５．９％，比第二次施硝化抑制剂期的土壤平均湿度高出 ６．９％。 Ｎ２Ｏ 排放通量与
土壤水分含量成正比［２５］，从而灌溉期 Ｎ２Ｏ的排放通量高。
（３）施硝化抑制剂 ２⁃氯⁃６⁃三氯甲基吡啶对麦田 Ｎ２Ｏ的排放量无显著影响。 相似结果 Ｌóｐｅｚ研究表明，在
相对较高 ＮＨ＋４ ⁃Ｎ含量的土壤中硝化抑制剂的施用对硝化作用不产生抑制效应，这与氨氧化菌群落与数量和
活性受到铵态氮含量高低的影响有关［２６］。 众多研究表明，硝化抑制剂的施用对减少温室气体 Ｎ２Ｏ 排放效果
显著，而本试验的研究结果与之相反，产生这种结果的原因可能是，硝化抑制剂的施用效果受到土壤质地类
型、有机质含量、硝化抑制剂种类等多种因素的综合影响［２７］。 其中主要有两点，首先，土壤中只有未受到扰动
团聚体表面的活性硝化细菌才能够氧化 ＮＨ＋４ ⁃Ｎ，但是活性硝化细菌受到土壤微域一定程度的保护，导致硝化
抑制剂对硝化菌活性的抑制效果下降［２８］；不同质地土壤中的硝化菌群落对硝化抑制剂的敏感程度不同，因
此，硝化抑制剂在不同质地土壤上的施用效果变异很大。 其次，硝化抑制剂种类本身的原因，试验采用 ２⁃氯⁃
６６７４ 生 态 学 报 ３６卷
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６⁃三氯甲基吡啶作为硝化抑制剂，由于甲基吡啶的水溶性较低、极性较弱，因此，容易被土壤中的腐植酸吸
附［８］；此外硝化细菌由于受到土壤微域的保护对甲基吡啶不敏感，所以甲基吡啶对硝化细菌的抑制作用
不强。
未来大气 ＣＯ２浓度升高导致冬小麦田间 Ｎ２Ｏ的排放量增大。 因此，控制田间 Ｎ２Ｏ 的排放对于降低农业
生产温室气体排放量至关重要，必须通过进一步系统的研究来降低冬小麦生产乃至整个农业系统所产生的
Ｎ２Ｏ等温室气体，为全球环境和农业可持续发展贡献力量。 农业生产中硝化抑制剂的施用，对于田间 Ｎ２Ｏ排
放的影响作用受多种外界因素的影响表现复杂，硝化抑制剂的施用方法和配套技术值得深入研究。
致谢：中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所农业部农业环境重点实验室对试验平台提供技术支持，
居辉、郭李萍、郝兴宇、高霁老师对研究工作给予帮助，姜厚竹、李靖涛、王晨光、曹刚、佘星星帮助试验操作，特
此致谢。
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