全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 3 期摇 摇 2012 年 2 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
夏季可可西里雌性藏原羚行为时间分配及活动节律 连新明,李晓晓,颜培实,等 (663)………………………
热带印度洋黄鳍金枪鱼渔场时空分布与温跃层的关系 杨胜龙,张摇 禹,张摇 衡,等 (671)……………………
洪湖水体藻类藻相特征及其对生境的响应 卢碧林,严平川,田小海,等 (680)…………………………………
广西西端海岸四种红树植物天然种群生境高程 刘摇 亮,范航清,李春干 (690)…………………………………
高浓度 CO2引起的海水酸化对小珊瑚藻光合作用和钙化作用的影响 徐智广,李美真,霍传林,等 (699)……
盖度与冠层水深对沉水植物水盾草光谱特性的影响 邹维娜,袁摇 琳,张利权,等 (706)………………………
基于 C鄄Plan规划软件的生物多样性就地保护优先区规划———以中国东北地区为例
栾晓峰,孙工棋,曲摇 艺,等 (715)
…………………………
………………………………………………………………………………
城市化对本土植物多样性的影响———以廊坊市为例 彭摇 羽,刘雪华,薛达元,等 (723)………………………
利用红外相机调查北京松山国家级自然保护区的野生动物物种 刘摇 芳,李迪强, 吴记贵 (730)……………
基于树木起源、立地分级和龄组的单木生物量模型 李海奎,宁金魁 (740)………………………………………
千岛湖社鼠种群遗传现状及与生境面积的关系 刘摇 军,鲍毅新,张摇 旭,等 (758)……………………………
气候变化对内蒙古草原典型植物物候的影响 顾润源,周伟灿,白美兰,等 (767)………………………………
中国西北典型冰川区大气氮素沉降量的估算———以天山乌鲁木齐河源 1 号冰川为例
王圣杰,张明军,王飞腾,等 (777)
…………………………
………………………………………………………………………………
植被类型对盐沼湿地空气生境节肢动物功能群的影响 童春富 (786)……………………………………………
黔西北铅锌矿区植物群落分布及其对重金属的迁移特征 邢摇 丹,刘鸿雁,于萍萍,等 (796)…………………
云南中南部季风常绿阔叶林恢复生态系统萌生特征 苏建荣,刘万德,张志钧,等 (805)………………………
筑坝扩容下高原湿地拉市海植物群落分布格局及其变化 肖德荣,袁摇 华,田摇 昆,等 (815)…………………
三峡库区马尾松根系生物量的空间分布 程瑞梅,王瑞丽,肖文发,等 (823)……………………………………
兴安落叶松林生物量、地表枯落物量及土壤有机碳储量随林分生长的变化差异
王洪岩,王文杰,邱摇 岭,等 (833)
………………………………
………………………………………………………………………………
内蒙古放牧草地土壤碳固持速率和潜力 何念鹏,韩兴国,于贵瑞 (844)…………………………………………
不同林龄马尾松凋落物基质质量与土壤养分的关系 葛晓改,肖文发,曾立雄,等 (852)………………………
不同丛枝菌根真菌侵染对土壤结构的影响 彭思利,申摇 鸿,张宇亭,等 (863)…………………………………
不同初始含水率下粘质土壤的入渗过程 刘目兴,聂摇 艳,于摇 婧 (871)…………………………………………
不同耕作措施的温室气体排放日变化及最佳观测时间 田慎重,宁堂原,迟淑筠,等 (879)……………………
外源铅、铜胁迫对不同基因型谷子幼苗生理生态特性的影响 肖志华,张义贤,张喜文,等 (889)………………
温度和盐度对吉富品系尼罗罗非鱼幼鱼鳃 Na+ 鄄K+ 鄄ATPase活力的联合效应
王海贞,王摇 辉,强摇 俊,等 (898)
……………………………………
………………………………………………………………………………
基于元胞自动机的喀斯特石漠化格局模拟研究 王晓学,李叙勇,吴秀芹 (907)…………………………………
边缘细胞对荞麦根尖铝毒的防护效应和对细胞壁多糖的影响 蔡妙珍,王摇 宁,王志颖,等 (915)……………
川中丘陵区人工柏木防护林适宜林分结构及水文效应 龚固堂,黎燕琼,朱志芳,等 (923)……………………
基于 AHP与 Rough Set的农业节水技术综合评价 翟治芬,王兰英,孙敏章,等 (931)…………………………
基于 DMSP / OLS影像的我国主要城市群空间扩张特征分析 王翠平,王豪伟,李春明,等 (942)………………
生态旅游资源非使用价值评估———以达赉湖自然保护区为例 王朋薇,贾竞波 (955)…………………………
专论与综述
基于有害干扰的森林生态系统健康评价指标体系的构建 袁摇 菲,张星耀,梁摇 军 (964)………………………
硅对植物抗虫性的影响及其机制 韩永强,魏春光,侯茂林 (974)…………………………………………………
研究简报
光照条件、植株冠层结构和枝条寿命的关系———以桂花和水杉为例 占摇 峰,杨冬梅 (984)……………………
Bt玉米秸秆还田对小麦幼苗生长发育的影响 陈小文,祁摇 鑫,王海永,等 (993)………………………………
汶川大地震灾后不同滑坡体上柏木体内非结构性碳水化合物的特性 陈摇 博,李志华,何摇 茜,等 (999)……
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*344*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*37*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄02
封面图说:难得的湿地乔木———池杉池杉为落叶乔木,高达 25 米,主干挺直,树冠尖塔。 树干基部膨大,常有屈 膝状吐吸根,池
杉为速生树,强阳性,耐寒性较强,耐干旱,更极耐水淹,多植于湖泊周围及河流两岸,是能在水里生长的极少数的大
乔木之一,故有湿地乔木之称 。 池杉原产美国弗吉尼亚沼泽地,中国于本世纪初引种到江苏等地,之后大量引种南
方各省,尤其是长江南北 水网地区作为重要造树和园林树种而大量栽种。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 3 期
2012 年 2 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 3
Feb. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:“十一五冶国家科技支撑项目(2006BAD15B07,2007BAD89B09鄄9); 公益性行业(农业)科研专项经费资助(200803028, 201103001);
国家自然科学基金(30900876, 31101127); 山东省农业重大应用技术创新课题和山东省自然科学基金(ZR2010CQ009)共同资助
收稿日期:2011鄄08鄄02; 摇 摇 修订日期:2011鄄12鄄13
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: chishujun1955@ 163. com
DOI: 10. 5846 / stxb201108021132
田慎重 宁堂原, 迟淑筠, 王瑜, 王丙文, 韩惠芳 , 李成庆, 李增嘉.不同耕作措施的温室气体排放日变化及最佳观测时间. 生态学报,2012,32
(3):879鄄888.
Tian S Z, Ning T Y, Chi S Y, Wang Y, Wang B W,Han H F, Li C Q, Li Z J. Diurnal variations of the greenhouse gases emission and their optimal
observation duration under different tillage systems. Acta Ecologica Sinica,2012,32(3):879鄄888.
不同耕作措施的温室气体排放日变化
及最佳观测时间
田慎重1, 宁堂原1, 迟淑筠2,*, 王摇 瑜1, 王丙文1, 韩惠芳1 , 李成庆3, 李增嘉1
(1. 作物生物学国家重点实验室, 山东省作物生物学重点实验室, 山东农业大学, 泰安摇 271018;
2. 机械与电子工程学院, 山东农业大学, 泰安摇 271018; 3. 山东省宁阳县农业局农业技术推广站, 宁阳摇 271400)
摘要:在连续 6 a耕作模式的基础上,利用静态箱鄄气相色谱法对常规耕作与免耕条件下小麦生育后期麦田 CO2、CH4、N2O通量
日变化进行了连续 48 h观测,并确定 1 d中最佳的观测时间。 结果表明,常规耕作与免耕条件下小麦生育后期麦田 CO2、CH4、
N2O通量具有显著的日变化特征,常规耕作处理和免耕处理土壤表现为 CH4的吸收汇、CO2、N2O的排放源。 CH4日均吸收通量:
常规耕作无秸秆还田处理(AC)>常规耕作秸秆还田处理(PC)>免耕(PZ);CO2日均排放通量:常规耕作秸秆还田处理(PC)>常
规耕作无秸秆还田处理(AC)>免耕(PZ);N2O日均排放通量:常规耕作秸秆还田处理(PC)>常规耕作无秸秆还田处理(AC)>免
耕(PZ)。 相关性分析表明,常规耕作及免耕条件下 CO2、CH4、N2O通量日变化与地表温度和 5 cm地温呈极显著(P<0. 01)或显
著(P<0. 05)的正相关关系,温度是决定温室气体日变化的主要决定因素。 通过矫正系数和回归分析表明,在小麦生育后期
(4—6 月),CO2的最佳观测时间段在 8:00—10:00,CH4为 8:00—10:00,N2O为 8:00—12:00。
关键词:耕作措施;温室气体;日变化;观测时间
Diurnal variations of the greenhouse gases emission and their optimal observation
duration under different tillage systems
TIAN Shenzhong1, NING Tangyuan1, CHI Shuyun2,*, WANG Yu1, WANG Bingwen1, HAN Huifang1, LI
Chengqing3, LI Zengjia1
1 State Key Laboratory of Crop Biology, Agronomy College, Shandong Agricultural University, Taian 271018, China
2 College of Mechanical and Electronic Engineering, Shandong Agricultural University, Taian 271018, China
3 Agricultural Technique Extension Station of Ningyang County, Taian 271400, China
Abstract: A study on diurnal variations of CO2, CH4 and N2O fluxes in the late growth stage of wheat under conventional
tillage and no鄄tillage were conducted at the sixth year of a long term located experiment. The Gas Chromatography (GC),
ascertained the optimal observation durations for CO2, N2O and CH4 fluxes were investigated for 48 hours using the Static鄄
Chamber method. The results showed that the CO2, CH4 and N2O fluxes had significant diurnal variations under both
conventional tillage and no鄄tillage treatments, which it might be a sink of CH4but a source of N2O and CO2 . The diurnal
flux of CO2emission peaked in PC 752. 58 mg·m
-2·h-1 at 12 p. m. , and the lowest value was AC 186. 42 mg·m-2·h-1 at 2
a. m. ; while the N2O peak fluxes of AC, PC and PZ presented were performed at 2 p. m. , 4 p. m. , 4 p. m. , respectively,
and the peak fluxes values of AC, PC and PZ was 45. 85 滋g·m-2·h-1, 41. 89 滋g·m-2·h-1, 34. 38 滋g·m-2·h-1,
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respectively, however, N2O flux of AC decreased rapidly after 6 p. m. and presented the lowest value at 0 a. m. with 16. 69
滋g. m-2 . h-1, but PC and PZ was at 4 a. m. , the similar trend was noted in CH4, but there were two flux peaks in a day,
which observed at 2 p. m. and 0 a. m. , and the lowest flux observed at 6 a. m. . The daily mean emission fluxes of CO2was
PC > AC > PZ, CH4 was AC > PC > PZ, but N2O was PC > AC > PZ. There were highly significant (P<0. 01) or
significant (P<0. 05) positive correlations between gas fluxes and land surface temperature or soil temperature of 5cm depth
under conventional tillage and no鄄tillage systems, and the temperature might be a crucial factor in diurnal variation. The
percentage of CO2, N2O and CH4 fluxes in daily showed that CO2, N2O and CH4 fluxes in daytime was 74% , 66% and
61% , respectively, further, the ratio between daytime and night presented that CO2was 3 to 1, N2O was 3 to 2 and CH4
was 2 to 1, there are significant fluxes difference between each gases. In order to make sure the optimal observation duration
for this periods and areas, we calculated the correction coefficient and regression analysis between the observation duration
and the daily total fluxes of three gases, which showed that the correction coefficient of CO2 flux on the verge of 1 from
8 a. m. to 10 a. m. , and the related coefficient was 0. 8175 (P<0. 01), it忆s showed that this time period significantly
represented daily mean flux of CO2 or it was the optimal observation duration for CO2collection in this period and area. The
optimal observation duration for N2O was 10 a. m. to 12 a. m. and the related coefficient was 0. 7642 (P<0. 05), but two
values for CH4 were 8 a. m. to 10 a. m. and 0. 8396 (P <0. 01), respectively, which correspondingly presented the
representative emission flux of a day and was the optimal observation duration of the late growth stage of wheat for
greenhouse gases in this area.
Key Words: tillage; greenhouse gases; diurnal variation; observation duration
温室气体的增温效应引起的全球变暖已是国际社会公认的全球性问题。 二氧化碳(CO2 )、氧化亚氮
(N2O)、甲烷(CH4)是 3 种对全球气候变化影响最大的温室气体[1]。 近百年来,中国年平均气温升高了 0郾 5—
0. 8 益。 从地域分布看,西北、华北和东北地区气候变暖尤为明显[2],而华北地区作为我国重要的粮食产区,
其农田土壤温室气体的吸收与排放对我国准确合理的估算农业温室气体的排放量、制定合理的农业减排和适
应措施具有重要意义[3]。 耕作作为农业生产的主要环节,在其基础上的温室气体排放研究特别是季节性排
放规律已有大量报道[4-8],但在其基础上的日变化研究鲜见报道,由于土壤与大气之间的水热交换有一定的
传导平衡时间[9],不同时间尺度(小时、昼夜、月和季节)温湿度与土壤温室气体之间的关系就可能会有不同
的表现形式[8],因此,研究不同时间尺度上的温室气体排放与气候环境因素之间的关系、确定最佳的观测时
间对温室气体研究具有重要的理论意义。 本研究通过不同耕作措施下温室气体在小麦生育后期(4—6 月)的
日排放规律以及回归分析,确定不同温室气体在该时间段内的最佳观测时间,为季节变化等长时间尺度的温
室气体最佳采集时间提供理论依据,并通过本文为该地区不同季节研究温室气体排放规律和采集气体的时间
提供参考和技术支持。
1摇 材料与方法
1. 1摇 试验区概况
本实验于 2008 年在山东农业大学农学实验站进行。 试验地位于东经 117毅09忆13. 79义—117毅09忆12. 02义,北
纬 36毅09忆30. 78义—36毅09忆27. 59义,属于温带大陆性季风气候,四季分明,光照充足。 平均气温 13. 6 益,年均日
照时数 2462. 3 h,年均降雨量 786. 3 mm,具有华北平原的典型特点。 试验田土壤为棕壤土,土层深厚,有机质
含量 1. 5% ,全氮含量 0. 2% 。
1. 2摇 试验设计
试验采用随机区组设计,分为常规无秸秆还田(AC) 、常规秸秆还田(PC)和免耕(PZ)3 个处理,以 AC 为
对照,试验设 3 次重复。
088 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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1. 3摇 采集时间与方法
根据小麦生育后期的温度特点和试验地区气候特征,温度和气体观测数据应具有 4—6 月份的代表性,通
过季节变化研究[4],采样时间选取不受降水和施肥等外部因素影响、温度、土壤含水量等影响因子变化范围
相对稳定的 5 月初进行连续 48 h观测,每隔 2 h取样 1 次。 气体观测采用静态箱鄄气相色谱法。 静态箱由玻
璃纸制成(1 m伊0. 5 m伊0. 5 m),边角用 PVC板加固,外层用隔热棉和反光膜包裹,箱内顶部设置轴流风扇,箱
体有采样口和温度计。 基座用 PVC制作,高为 30 cm,底部插入地下 20 cm,基座上部设置水槽,用于采集气体
时浇水密封。 基座于小麦播种期埋入小区中。 取样时将箱体罩在事先安好的基座上,用 60 mL针管插入箱体
的采样口,分别于 0、25 min采集气体,同时测定大气温度、箱内温度、地表温度、5 cm 地温和土壤水分。 采样
后带回实验室,CH4、N2O用 GC鄄2010 气相色谱仪测定,CH4采用 2 m长的 5A分子筛不锈钢填充柱,以 N2做载
气,运用 FID检测器进行测定,设定 FID检测器温度 200 益,柱箱温度 80 益,载气总流量 30 mL / min,氢气流
量 40 mL / min,空气流量 400 mL / min;N2O采用 4 m长的 Porapak鄄Q填充柱,以 N2做载气,用 ECD检测器进行
测定,设 ECD检测器温度 300 益,柱箱温度 45 益,载气总流量 40 mL / min,尾吹流量 40 mL / min;CO2用 GC鄄9C
气相色谱仪测定,采用 2 m长的碳分子筛不锈钢填充柱,以 H2做载气,运用 TCD 检测器进行测定,设定 TCD
检测器温度 60益,柱箱温度 140 益。 气体通量计算是通过气体浓度随时间变化来计算单位面积的气体排放
通量。 计算公式[5]:F=60伊H伊M伊P / 8. 314伊(273+T)伊dc / dt。 F为气体排放或吸收通量(滋g·m-2·h-1),常数 60
为将分转换为小时的换算系数,H为静态箱有效高度(m),T 为箱内平均温度(益),dc / dt 为气体浓度随时间
变化的直线斜率,M为气体的摩尔质量(g / mol),P为测定时的大气压(Pa)。
1. 4摇 常规耕作与免耕条件下麦田温室气体日排放中最佳观测时间的矫正系数
一天中各个时刻温室气体排放通量的矫正系数可以用下式进行计算[6鄄7]:
C i =
Favg
F i
式中,i=1,2,3,…,n,n为一天中进行观测的次数,各次观测之间的时间相等;C i为矫正系数;Favg为温室气体
日平均排放通量;F i为第 i次观测的温室气体排放通量。
1. 5摇 田间试验管理
供试小麦品种为济麦 20 号,基施折合纯氮 160 kg / hm2,P2O5 150 kg / hm2;K2O 105 kg / hm2,各处理统一浇
拔节水 160 mm,配合浇水追施纯氮 80 kg / hm2。
1. 6摇 试验数据处理
试验所得数据采用 Excel处理、作图;采用 DPS7. 05 数据分析系统作分析数据和回归分析。
2摇 试验结果
2. 1摇 常规耕作与免耕条件下麦田 CO2、N2O、CH4通量的日变化
由图 1 可以看出,常规耕作与免耕条件下土壤 CO2通量具有明显的日变化,呈现昼高夜低的趋势,其变化
轨迹与全天气温的变化轨迹大体一致,说明常规耕作与免耕条件下土壤 CO2通量受温度的影响较大,白天,
8:00—12:00,AC、PC、PZ处理 CO2通量随气温的升高而升高,其中 PC 在 12:00 达到了全天 CO2排放最高值,
为 752. 58 mg·m-2·h-1,分别比 AC、PZ 高 16. 9% 、36. 8% ;14:00—18:00,随着气温的逐渐下降,CO2通量迅速
下降,PC处理依然高于 AC、PZ 处理,2:00,各处理 CO2通量降到一天的最低值,其中 AC 最低,只有 186. 42
mg·m-2·h-1,4:00—6:00,各处理 CO2通量逐渐升高。
由图 2 得知,常规耕作与免耕条件下N2O排放具有明显的日变化,也表现出随昼夜温差的变化而呈现昼
高夜低的变化趋势。 8:00—12:00,随温度的升高,各处理N2O通量逐渐升高,其中 PZ 上升较缓,直到 12:00
以后其N2O通量才开始迅速上升,使其一天的排放峰值直到 16:00 才出现,为 34. 38 滋g·m-2·h-1,PC 的峰值也
在 16:00 出现,但相比 PZ,PC的N2O通量明显高于 PZ;AC虽然初始通量较低,但其更迅速的在 14:00 达到一
天的峰值,达到 45. 85 滋g·m-2·h-1,分别比 PC、PZ 高 34. 2% 、62. 87% ,但 18:00 以后,随温度的降低,AC 的
188摇 3 期 摇 摇 摇 田慎重摇 等:不同耕作措施的温室气体排放日变化及最佳观测时间 摇
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图 1摇 常规耕作与免耕条件下土壤 CO2通量的日变化
Fig. 1摇 Diurnal variation of CO2 flux under conventional tillage and no鄄tillage
N2O通量迅速的降低,最先(24:00)出现全天的最低值 16. 69 滋g. m-2 . h-1,而 PC、PZ的最低值到 4:00 才出现,
分别为 16. 90 滋g·m-2·h-1、12. 57 滋g·m-2·h-1,说明在温度降低以后,AC 土壤降温可能更快的影响到硝化和反
硝化细菌的活性,而 PC、PZ处理的秸秆还田后有利于土壤的保温,使其降温有一个缓冲时间;4:00 以后各处
理N2O通量又开始升高。
图 2摇 常规耕作与免耕条件下土壤N2O通量日变化
Fig. 2摇 Diurnal variation of N2O flux under conventional tillage and no鄄tillage
由图 3 可以看出,常规耕作与免耕条件下各处理土壤表现为 CH4的净吸收汇,且吸收通量有明显的日变
化,都呈现升高寅降低寅升高寅降低寅升高的变化轨迹,各处理全天吸收通量平均值 AC>PC>PZ。 在 8:00—
12:00,3种处理 CH4吸收通量都逐渐升高,在 14:00达到白天的吸收高峰,其中 AC最高,达到 26. 35 滋g·m-2·h-1,
分别比 PC、PZ高 10. 85% 、14. 42% ,随后 CH4的吸收通量开始下降,在 18:00 出现吸收低谷,各处理吸收通量
的差异不显著。 进入夜晚,从 20:00 左右起,CH4的吸收通量开始上升,并在 24:00 达到夜晚的吸收高峰,AC
显著高于 PC、PZ。 在达到最高峰后,CH4的吸收通量迅速下降,在 6:00 左右 CH4的吸收降低到日变化的最低
值,AZ最低,只有 9. 46 滋g·m-2·h-1。 8:00,随着气温的升高,各处理 CH4的吸收通量又开始逐渐升高。
2. 2摇 常规耕作与免耕条件下麦田 CO2、CH4、N2O通量日变化与地表温度、5 cm地温的关系
由表 1 可知,CO2排放通量与各处理 5 cm地温呈极显著(P<0. 01)正相关关系,与 AC、PC 处理的地表温
度呈极显著(P<0. 01)正相关关系,但与 PZ地表温度的相关性关系不显著,说明该处理 CO2排放通量日变化
可能受其它原因的影响。 CH4吸收通量日变化与各处理地表温度以及 AC、PC处理的 5 cm地温呈极显著(P<
0. 01)或显著(P<0. 05)正相关关系,PZ的 5 cm地温与 CH4吸收通量日变化的相关性关系不显著。 N2O排放
288 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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图 3摇 常规耕作与免耕条件下土壤 CH4通量日变化
Fig. 3摇 Diurnal variation of CH4 flux under conventional tillage and no鄄tillage
通量与地表温度呈极显著(P<0. 01)正相关关系,与 5 cm地温呈显著(P<0. 05)正相关关系,说明N2O日排放
通量主要受温度的影响。 由此可见,温度是造成不同耕作处理 CO2、N2O、CH4通量日变化差异的重要原因。
表 1摇 各处理气体通量日变化与地表温度、5cm地温的相关性分析
Table 1摇 Correlation analysis between gases fluxes and land surface temperature, soil temperature of 5cm depth in diurnal variation
温室气体
GHG
处理
Treatments
地表温度
Land surface temperature
相关方程
Correlation equation
相关系数
R
5cm地温
Soil temperature of 5cm depth
相关方程
Correlation equation
相关系数
R
AC y = 0. 0149x + 14. 391 0. 9138** y = 0. 0197x + 14. 058 0. 9249**
CO2 PC y = 0. 0092x + 15. 777 0. 9499** y = 0. 0184x + 12. 602 0. 9750**
PZ y = 0. 0034x + 18. 031 0. 4604 y = 0. 0246x + 11. 138 0. 9360**
AC y = 0. 3802x + 12. 779 0. 6108* y = 0. 3068x + 13. 933 0. 5863*
CH4 PC y = 0. 8098x + 5. 4098 0. 7291** y = 0. 3113x + 14. 050 0. 5728*
PZ y = 0. 8001x + 6. 8989 0. 6876** y = 0. 1151x + 17. 218 0. 3670
AC y = 0. 2348x + 13. 556 0. 8313** y = 0. 3254x + 12. 537 0. 8833**
N2O PC y = 0. 1965x + 14. 491 0. 8489** y = 0. 2984x + 12. 680 0. 6600*
PZ y = 0. 1277x + 16. 257 0. 8064** y = 0. 3684x + 11. 270 0. 6598*
摇 摇 “* 冶 0. 05 显著水平(R逸0. 5529), “**冶 0. 01 显著水平(R逸0. 6835)
由表 2 可以看出 5 cm地温和地表温度的日变化情况,各处理相同时间 5 cm 地温具有显著的差异,地表
温度差异不显著。 8:00—16:00,AC处理的 5 cm 地温值显著高于 PC 和 PZ,20:00—4:00,PZ 处理地温值显
著高于 AC和 PC,从 3 种耕作模式的地温日变化趋势可以看出,常规耕作处理升温快降温也快,这从一个侧面
说明常规耕作条件下土壤的通透性有利于土壤鄄大气间的气体交换,进而影响 CO2、N2O、CH4通量的变化,而
PZ全天温度变化差异较小,说明 PZ土壤紧实导致透气性较差,不利于土壤中气体和有效氧扩散,免耕造成土
壤紧实、透气性较差,这本身也是免耕模式的一个缺点。
2. 3摇 常规耕作与免耕条件下麦田 CO2、CH4、N2O排放的最佳观测时间及回归分析
由于温室气体的排放具有很大的时空变异性,在不同季节等较长时间尺度研究中,为了增强观测结果的
代表性,在该季节内应当选择一天中最具代表性的时刻进行观测。 图 4 为 CO2、CH4、N2O通量的矫正系数随
时间的分布。 由图 4 可见,CO2通量的矫正系数在 8:00—10:00 接近于 1,说明这一时间段的 CO2通量最能代
表一天的 CO2平均排放量,即 8:00—10:00 为该地区温室气体研究中采集 CO2的最佳时间,同理,CH4通量的
最佳观测时间为 8:00—10:00、N2O为 8:00—12:00。 为进一步分析其代表性,通过对各气体在这一时间段的
平均排放量与日排放总量进行回归分析(图 5)表明,CO2、CH4、N2O在这一时间段的平均排放量与日排放总量
388摇 3 期 摇 摇 摇 田慎重摇 等:不同耕作措施的温室气体排放日变化及最佳观测时间 摇
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的相关系数分别达到 0. 8175(P<0. 01),0. 8396(P<0. 01),0. 7642(P<0. 05),均达到显著水平,说明各气体这
一时间段的排放量均具有很强的代表性,可以作为小麦生育后期(4—6 月)温室气体研究的最佳取样时间段。
表 2摇 不同取样时间各处理 5cm地温和地表温度的差异
Table 2摇 Soil temperature of 5 cm depth and land surface temperature at different sampling time of three tillage treatments
取样时间
Sampling time
地表温度 Land surface temperature / 益
AC PC PZ
5 cm地温 Soil temperature of 5cm depth / 益
AC PC PZ
8:00 21. 33aA 21. 00aA 18. 67bB 20. 83aA 20. 33bB 18. 26cC
10:00 23. 17aA 23. 33aA 23. 00aA 22. 00aA 20. 53bB 19. 00cC
12:00 26. 83aA 26. 67aA 26. 00aA 23. 33aA 21. 67bB 19. 54cC
14:00 29. 00aA 27. 83aA 23. 33aA 24. 00aA 22. 83bB 20. 67cC
16:00 24. 33abA 23. 33bA 24. 83aA 23. 67aA 22. 33bB 20. 53cC
18:00 22. 33aA 21. 50aA 21. 83aA 20. 83bAB 21. 33aA 20. 33cB
20:00 21. 00aA 20. 00abA 19. 00bA 19. 67aA 20. 33aA 20. 00aA
22:00 19. 00aA 18. 67aA 17. 83aA 18. 00cB 19. 00bA 19. 50aA
24:00 18. 00aA 18. 17aA 16. 83bB 17. 00bA 18. 17abA 19. 50aA
2:00 18. 33aA 16. 67bAB 16. 50bB 17. 00bB 17. 50bAB 18. 84aA
4:00 18. 00aA 17. 17abA 16. 00bA 16. 50cC 17. 57bB 18. 51aA
6:00 18. 17aAB 18. 50aA 16. 67bB 16. 67bA 18. 30aA 17. 67abA
8:00 18. 83bA 19. 83aA 18. 50bA 20. 00aA 19. 50aAB 18. 00bB
摇 摇 表中大写字母表示 1%水平上的差异显著水平,小写字母表示 5%水平上的差异显著水平
图 4摇 矫正系数随时间的分布
Fig. 4摇 Diurnal variation of correction coefficient
2. 4摇 常规耕作与免耕条件下麦田 CO2、N2O、CH4日通量的时间变化
由图 6 可以看出,无论是处理间还是 CO2、CH4、N2O之间,日总通量在一天的分布百分比中以白天最高,
CO2平均达到 74% ,N2O为 66% ,CH4为 61% ,CO2在白天和夜晚排放的百分比值约为 3颐1,CH4约为 3颐2,N2O约
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d
d d
图 5摇 各气体最佳观测时间与日排放总量的回归分析
Fig. 5摇 The regression analysis between the optimal observation time and the daily total fluxes of three gases
为 2颐1,由此可见,各气体之间存在着显著的排放差异性。 处理之间规律较为一致,PZ处理夜晚温室气体排放
通量均高于 PC、AC处理,这也从另一个方面印证了免耕处理夜间的土壤保温作用使微生物活性较高而导致
温室气体缓慢释放。
图 6摇 CO2、N2O、CH4日通量的百分比分布
Fig. 6摇 The percents of CO2,N2O,CH4 daily fluxes
3摇 讨论与结论
本研究中,小麦生育后期常规耕作处理和免耕处理麦田 CO2通量具有明显的日变化,呈现昼高夜低的趋
势,其变化轨迹与全天气温的变化轨迹大体一致;CH4通量的日变化呈双峰曲线,下午和午夜出现两个吸收高
峰;而N2O排放的日变化呈单峰曲线,下午出现排放高峰。 目前,关于 CO2、CH4和N2O的日变化,由于地域、环
588摇 3 期 摇 摇 摇 田慎重摇 等:不同耕作措施的温室气体排放日变化及最佳观测时间 摇
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境等因子的影响,规律并不明显,主要呈现地域性特征[10鄄13]。 在不同地区不同时期应通过日变化研究来选择
适合当时季节的最佳采样时间,以增强观测结果的代表性。 CO2、CH4、N2O通量的矫正系数随时间的分布和
回归分析表明,小麦生育后期(4—6 月)CO2通量的最佳观测时间在 8:00—10:00,CH4在 8:00—10:00,N2O为
8:00—12:00,说明各气体在这一时间段的温室气体排放通量最能代表该时期一天的平均排放量,是该地区研
究温室气体在小麦生育后期(4—6 月)的最佳观测时间。
不同耕作措施对 CO2、N2O、CH4通量的影响,主要表现在不同的耕作措施因改变了土壤结构而使土壤的
理化性质发生改变[14],从而影响土壤中与温室气体排放相关的微生物数量和活性进而影响温室气体吸收和
排放[14鄄16],在日变化中,由于在较短时间尺度内没有降水、施肥及其他外界因素的影响,温度成为这一时期影
响 CO2、N2O、CH4通量的决定性因素(由于方差分析表明各处理土壤含水量在一天中的变化并无显著性差异,
本文将土壤水分指标作为稳定指标看待),有文献表明,在较短的时间尺度内,当土壤条件、气候因素和植物
体维持相对稳定且日较差较大时,CO2、N2O、CH4通量在土壤环境温度范围内与土壤温度有正相关性[17鄄19],本
研究表明,CO2、N2O、CH4通量在各取样时间与地表温度和 5 cm地温呈显著的正相关关系,说明日变化中地表
温度和 5cm地温显著影响着 CO2、N2O、CH4的释放过程,这与蔡祖聪[20]、张雪松[21]、谢军飞[18]、李晶[19]、崔骁
勇[22]研究结果一致。 因此,不同耕作措施造成的地表温度和 5 cm地温的差异是造成 3 个处理间日变化差异
的主要原因。
本研究结果表明,常规耕作后,AC、PC 的 CO2、N2O、CH4通量显著高于 PZ,其中 CO2通量分别比 PZ 高
4郾 62% 、27. 23% ,N2O通量分别比 PZ 高 16. 10% 、18. 33% ,CH4通量分别比 PZ 高 12. 42% 、7. 12% ,说明在不
受其他外界因素影响下,土壤温度和耕层结构决定了各处理温室气体日排放量大小。 另外,本试验在研究季
节变化时发现[4],在作物灌溉和施肥时期,N2O的排放往往呈现极大值,而 CH4、CO2的排放呈现极小值,由此
可见,当温度不在成为决定因子的情况下,温室气体的排放更体现出因多因素作用而产生的地域和时空差异。
在日变化研究中,耕作方式对温室气体的影响远不及季节变化具有代表性,目前的研究也多以长时间尺度为
基础,但结论不一,Lal曾在 Science上指出免耕可以减少温室气体的排放[23鄄24],有利于生态环境的改善,国内
学者也有类似结论[25鄄26],因为免耕条件下土壤能较好的维持上下层孔隙的连通性[27鄄28],有利于温室气体的排
放和吸收;而耕作破坏土壤原有结构,对未扰动土壤进行耕作可大大降低土壤 CH4汇的强度[29], 另外,农耕
加秸秆还田能大大的促进 CO2的排放[30鄄31];但也有研究发现,免耕方式下以 CO2形式释放的 C 与常规耕作的
释放量相同甚至释放更多[32],因为常规耕作转变为免耕后可使土壤碳储量增加,且免耕保持了土壤湿度,增
加土壤容重并提高了地温,而耕作会使土壤迅速变干、疏松且散失更多的热量,长期耕作也会使土壤产生 CO2
的底物土壤有机碳减少,从而引起常规耕作农田土壤比免耕释放较少的 CO2 [33],免耕造成的土壤紧实环境促
进反硝化过程而使N2O的排放增加[34鄄35]。 而日变化中不同耕作措施对温室气体排放的影响仍需要进一步分
析其地域性规律和差异。
目前,已有的日变化研究多集中在南方水稻田和内蒙古草原,在不同耕作措施的基础上对温室气体日变
化的研究还相对较少,特别是在华北地区一年两熟制农作区的温室气体研究中更少。 因此,加强对不同季节
不同时段甚至不同生育期温室气体排放日变化的研究,确定不同季节条件下适宜本地区的温室气体最佳观测
时间,对深入研究温室气体的排放机理和在长时间尺度条件下的排放规律具有十分重要的意义。
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ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 3 February,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Behavioural time budgets and diurnal rhythms of the female Tibetan gazelles in the Kekexili National Nature Reserve
LIAN Xinming, LI Xiaoxiao, YAN Peishi, et al (663)
………………
……………………………………………………………………………
The relationship between the temporal鄄spatial distribution of fishing ground of yellowfin tuna (Thunnus albacares) and themocline
characteristics in the tropic Indian Ocean YANG Shenglong, ZHANG Yu, ZHANG Heng, et al (671)…………………………
Characteristics of algous facies of planktonic algae in lake honghu and its response to habitat
LU Bilin, YAN Pingchuan, TIAN Xiaohai, et al (680)
…………………………………………
……………………………………………………………………………
Tide elevations for four mangrove species along western coast of Guangxi, China LIU Liang, FAN Hangqing, LI Chungan (690)……
Effects of CO2 鄄induced seawater acidification on photosynthesis and calcification in the coralline alga Corallina pilulifera
XU Zhiguang, LI Meizhen, HUO Chuanlin,et al (699)
……………
……………………………………………………………………………
Impacts of coverage and canopy water depth on the spectral characteristics for a submerged plant Cabomba caroliniana
ZOU Weina, YUAN Lin, ZHANG Liquan, et al (706)
………………
……………………………………………………………………………
Prioritizing biodiversity in conservation planning based on C鄄Plan:a case study from northeast China
LUAN Xiaofeng,SUN Gongqi,QU Yi,et al (715)
…………………………………
……………………………………………………………………………………
Effects of urbanization on indigenous plant diversity: a case study of Langfang City, China
PENG Yu, LIU Xuehua, XUE Dayuan, et al (723)
……………………………………………
………………………………………………………………………………
Using infra鄄red cameras to survey wildlife in Beijing Songshan National Nature Reserve LIU Fang, LI Diqiang, WU Jigui (730)……
Individual tree biomass model by tree origin, site classes and age groups LI Haikui, NING Jinkui (740)……………………………
Population genetics of Niviventer confucianus and its relationships with habitat area in Thousand Island Lake region
LIU Jun, BAO Yixin, ZHANG Xu, et al (758)
…………………
……………………………………………………………………………………
Impacts of climate change on phenological phase of herb in the main grassland in Inner Mongolia
GU RunYuan,ZHOU Weican, BAI Meilan, et al (767)
……………………………………
……………………………………………………………………………
Atmospheric nitrogen deposition in the glacier regions of Northwest China: a case study of Glacier No. 1 at the headwaters of Urumqi
River, Tianshan Mountains WANG Shengjie, ZHANG Mingjun, WANG Feiteng, et al (777)……………………………………
Effects of vegetation type on arthropod functional groups in the aerial habitat of salt marsh TONG Chunfu (786)……………………
The plant community distribution and migration characteristics of heavy metals in tolerance dominant species in lead / zinc mine
areas in Northwestern Guizhou Province XING Dan,LIU Hongyan,YU Pingping,et al (796)……………………………………
Sprouting characteristic in restoration ecosystems of monsoon evergreen broad鄄leaved forest in south鄄central of Yunnan Province
SU Jianrong,LIU Wande,ZHANG Zhijun,et al (805)
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Distribution patterns and changes of aquatic communities in Lashihai Plateau Wetland after impoundment by damming
XIAO Derong, YUAN Hua, TIAN Kun, et al (815)
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Spatial distribution of root biomass of Pinus massoniana plantation in Three Gorges Reservoir area, China
CHENG Ruimei, WANG Ruili, XIAO Wenfa, et al (823)
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Differences in biomass, litter layer mass and SOC storage changing with tree growth in Larix gmelinii plantations in Northeast
China WANG Hongyan, WANG Wenjie, QIU Ling, et al (833)…………………………………………………………………
Soil carbon sequestration rates and potential in the grazing grasslands of Inner Mongolia
HE Nianpeng, HAN Xingguo, YU Guirui (844)
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Relationships between litter substrate quality and soil nutrients in different鄄aged Pinus massoniana stands
GE Xiaogai, XIAO Wenfa, ZENG Lixiong, et al (852)
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Compare different effect of arbuscular mycorrhizal colonization on soil structure
PENG Sili, SHEN Hong, ZHANG Yuting, et al (863)
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The infiltration process of clay soil under different initial soil water contents LIU Muxing, NIE Yan, YU Jing (871)…………………
Diurnal variations of the greenhouse gases emission and their optimal observation duration under different tillage systems
TIAN Shenzhong, NING Tangyuan, CHI Shuyun, et al (879)
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Effects of exogenous pb and cu stress on eco鄄physiological characteristics on foxtail millet seedlings of different genotypes
XIAO Zhihua,ZHANG Yixian,ZHANG Xiwen,et al (889)
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Combined effect of temperature and salinity on the Na+ 鄄K+ 鄄ATPase activity from the gill of GIFT tilapia juveniles (Oreochromis
niloticus) WANG Haizhen, WANG Hui, QIANG Jun, et al (898)………………………………………………………………
Pattern simulation of karst rocky desertification based on cellular automata WANG Xiaoxue, LI Xuyong, WU Xiuqin (907)…………
The role of root border cells in protecting buckwheat root apices from aluminum toxicity and their effect on polysaccharide contents
of root tip cell walls CAI Miaozhen, WANG Ning, WANG Zhiying, et al (915)…………………………………………………
The suitable stand structure and hydrological effects of the cypress protection forests in the central Sichuan hilly region
GONG Gutang, LI Yanqiong, ZHU Zhifang, et al (923)
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Comprehensive evaluation of agricultural water鄄saving technology based on AHP and Rough Set method
ZHAI Zhifen,WANG Lanying, SUN Minzhang, et al (931)
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Analysis of the spatial expansion characteristics of major urban agglomerations in China using DMSP / OLS images
WANG Cuiping, WANG Haowei, LI Chunming, et al (942)
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Evaluation of non鄄use value of ecotourism resources: a case study in Dalai Lake protected area of China
WANG Pengwei, JIA Jingbo (955)
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Review and Monograph
Assessment indicators system of forest ecosystem health based on the harmful disturbance
YUAN Fei, ZHANG Xinyao, LIANG Jun (964)
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Role of silicon in regulating plant resistance to insect herbivores HAN Yongqiang, WEI Chunguang, HOU Maolin (974)……………
Scientific Note
Relationships among light conditions, crown structure and branch longevity: a case study in Osmanthus fragrans and Metasequoia
glyptostroboides ZHAN Feng,YANG Dongmei (984)………………………………………………………………………………
Effects of maize straw with Bt gene return to field on growth of wheat seedlings
CHEN Xiaowen, QI Xin, WANG Haiyong, et al (993)
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Studies of non鄄structural carbohydrates of Cupressus funebris in cifferent landslides after Wenchuan Earthquake
CHEN Bo, LI Zhihua, HE Qian,et al (999)
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《生态学报》2012 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的自然科学高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研究原
始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方
法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,280 页,国内定价 70 元 /册,全年定价 1680 元。
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(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 32 卷摇 第 3 期摇 (2012 年 2 月)
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