全 文 ：
　 　 　 　 　 生 态 学 报
　 　 　 　 　 　 　 (SHENGTAI XUEBAO)
　 　 第 32 卷 第 6 期　 　 2012 年 3 月　 (半月刊)
目　 　 次
高原草被退化程度的遥感定量监测———以甘肃省玛曲县为例 周坚华,魏怀东,陈　 芳,等 (1663)……………
基于着生藻类的太子河流域水生态系统健康评价 殷旭旺,渠晓东,李庆南,等 (1677)…………………………
哀牢山常绿阔叶林水源涵养功能及其在应对西南干旱中的作用 杞金华,章永江,张一平,等 (1692)…………
青岛沿岸水体原生生物群落与水质状况的关系 杨金鹏,姜　 勇,胡晓钟 (1703)………………………………
增温对青藏高原高寒草甸生态系统固碳通量影响的模拟研究 亓伟伟,牛海山,汪诗平,等 (1713)……………
三峡水库消落带植物叶片光合与营养性状特征 揭胜麟,樊大勇,谢宗强,等 (1723)……………………………
三峡库区澎溪河鱼类时空分布特征的水声学研究 任玉芹,陈大庆,刘绍平,等 (1734)…………………………
强壮前沟藻化感物质分析 冀晓青,韩笑天,杨佰娟,等 (1745)……………………………………………………
饥饿对中间球海胆 MYP 基因转录表达的影响 秦艳杰,孙博林,李　 霞,等 (1755)……………………………
贺兰山牦牛冬春季的生境选择 赵宠南,苏　 云,刘振生,等 (1762)………………………………………………
利用元胞自动机研究一类捕食食饵模型中的斑块扩散现象 杨　 立,李维德 (1773)……………………………
转 Cry1Ab和 Cry1Ac融合基因型抗虫水稻对田间二化螟和大螟种群发生动态的影响
李志毅,隋　 贺,徐艳博,等 (1783)
…………………………
……………………………………………………………………………
光谱和光强度对西花蓟马雌虫趋光行为的影响 范　 凡,任红敏,吕利华,等 (1790)……………………………
荧光素对舞毒蛾核型多角体病毒不同地理品系的增效与光保护作用 王树娟,段立清,李海平,等 (1796)……
不同利用强度下绿洲农田土壤微量元素有效含量特征 李海峰,曾凡江,桂东伟,等 (1803)……………………
稻田温室气体排放与土壤微生物菌群的多元回归分析 秦晓波,李玉娥,石生伟,等 (1811)……………………
黄土高原典型区域土壤腐殖酸组分剖面分布特征 党亚爱,李世清,王国栋 (1820)……………………………
紫色土菜地生态系统土壤 N2O排放及其主要影响因素 于亚军,王小国,朱　 波 (1830)………………………
中国亚热带典型天然次生林土壤微生物碳源代谢功能影响因素 王　 芸,欧阳志云,郑　 华,等 (1839)………
基于 K-均值算法模型的区域土壤数值化分类及预测制图 刘鹏飞,宋　 轩,刘晓冰,等 (1846)………………
淹水条件下秸秆还田的面源污染物释放特征 杨志敏,陈玉成,张　 赟,等 (1854)………………………………
推迟拔节水对小麦氮素积累与分配和硝态氮运移的影响 王红光,于振文,张永丽,等 (1861)…………………
江苏省冬小麦湿渍害的风险区划 吴洪颜,高　 苹,徐为根,等 (1871)……………………………………………
草原植物根系起始吸水层深度测定方法及其在不同群落状态下的表现
郭宇然,王　 炜,梁存柱,等 (1880)
…………………………………………
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亚热带 6 种树种细根序级结构和形态特征 熊德成,黄锦学,杨智杰,等 (1888)…………………………………
高寒草原植物群落种间关系的数量分析 房　 飞,胡玉昆,张　 伟,等 (1898)……………………………………
菊花近缘种属植物幼苗耐阴特性分析及其评价指标的确定 孙　 艳,高海顺,管志勇,等 (1908)………………
南方菟丝子寄生对喜旱莲子草生长及群落多样性的影响 王如魁,管　 铭,李永慧,等 (1917)…………………
基于 cDNA克隆的亚热带阔叶林和针叶林生态系统担子菌漆酶基因多样性及其群落结构研究
陈香碧,苏以荣,何寻阳,等 (1924)
………………
……………………………………………………………………………
细柄阿丁枫和米槠细根寿命影响因素 黄锦学,凌　 华,杨智杰,等 (1932)………………………………………
基于 TM遥感影像的森林资源线性规划与优化配置研究 董　 斌,陈立平,王　 萍,等 (1943)…………………
基于 CFD的城市绿地空间格局热环境效应分析 刘艳红,郭晋平,魏清顺 (1951)………………………………
专论与综述
生态补偿效率研究综述 赵雪雁 (1960)……………………………………………………………………………
研究简报
黄河三角洲石油生产对东营湿地底栖动物群落结构和水质生物评价的影响
陈　 凯,肖能文,王备新,等 (1970)
……………………………………
……………………………………………………………………………
期刊基本参数:CN 11-2031 / Q∗1981∗m∗16∗316∗zh∗P∗ ¥ 70． 00∗1510∗34∗2012-03
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封面图说: 植物生命演进石———这不是一块普通的火山岩,而是一块集中展示植物“原生演替”过程最有价值的石头。 火山熔
岩冷却后的玄武岩是无生命无土壤的真正“裸石”,风力使地衣的孢子传入,在一定温湿度环境下,开始出现了壳状
地衣,壳状地衣尸体混合了自然风化的岩石碎屑提供的条件使叶状、枝状地衣能够侵入,接着苔藓侵入,是它们启动
了土壤的形成,保持了土壤的湿度,并使营养物质反复循环。 于是蕨类定居,草丛长了起来,小灌木出现,直到树木
生长,最终形成森林。
彩图提供: 陈建伟教授　 北京林业大学　 E-mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 6 期
2012 年 3 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 6
Mar. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家重点基础研究发展课题(2012CB417101); 国家支撑计划课题(2011BAD31B03); 山西师范大学校基金项目(YZ08006)
收稿日期:2011-02-01; 　 　 修订日期:2011-09-01
∗通讯作者 Corresponding author. E-mail: bzhu@ imde. ac. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201102010156
于亚军, 王小国, 朱波.紫色土菜地生态系统土壤 N2O排放及其主要影响因素.生态学报,2012,32(6):1830-1838.
Yu Y J, Wang X G, Zhu B. N2O emissions from vegetable farmland with purple soil and the main factors influencing these emissions. Acta Ecologica
Sinica,2012,32(6):1830-1838.
紫色土菜地生态系统土壤 N2 O排放
及其主要影响因素
于亚军1,2, 王小国2, 朱　 波2,∗
(1. 山西师范大学城市与环境科学学院, 临汾　 041004; 2. 中国科学院成都山地灾害与环境研究所, 成都　 610041)
摘要:应用静态箱 /气相色谱法对种菜历史超过 20a的紫色土菜地进行了 1a N2O排放的定位观测, 分析了菜地 N2O 排放特征
及施氮、土壤温度、土壤湿度和蔬菜参与对 N2O排放的影响. 结果表明, 紫色土菜地生态系统在不施氮和施氮(N150kg / hm2)
情况下 N2O平均排放通量为(50. 7±13. 3)和(168. 4±37. 3)μg·m
-2·h-1, N2O排放系数为 1. 86% . 菜地生态系统 N2O排放强度
高于当地粮食作物农田,其主要原因在于菜地较高的养分水平和频繁的施肥、浇水等田间管理措施. 从菜地 N2O排放总量的季
节分配来看, 有 64%的 N2O排放量来自于土壤水热条件较好的夏秋季蔬菜生长期, 冬春季蔬菜生长期 N2O排放量较少, 仅占
34% . 因此, 土壤水热条件不同是造成菜地 N2O排放量季节分配差异的重要原因. 氮肥对增加 N2O排放的效应因蔬菜生育期
内单位时间施肥强度不同而异, 蔬菜生育期越短, 施氮对增加 N2O排放的效应越明显.不施氮和常规施氮菜地 N2O排放通量
与地下 5cm处土壤温度呈显著的正相关, 但不种蔬菜的空地两者之间的关系不显著, 并且常规施氮菜地土壤温度(T)对 N2O
排放通量(F)的影响可用指数方程 F=11. 465e0. 032 T(R=0. 26, P<0. 01)表示. 土壤湿度对菜地 N2O排放的影响存在阈值效应,
当土壤含水空隙率(WFPS)介于 60%—75%时更易引发 N2O高排放. 因此, 依据蔬菜生育期特点, 结合土壤水分状况调节施
肥量与施肥时间可能会减少菜地 N2O排放.
关键词:N2O通量; 季节变化; 菜地生态系统; 紫色土
N2O emissions from vegetable farmland with purple soil and the main factors
influencing these emissions
YU Yajun1, 2, WANG Xiaoguo2, ZHU Bo2,∗
1 College of Urban and Environment Sciences, Shanxi Normal University, Shanxi Linfen 041004, China
2 Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of Sciences, Chengdu 610041, China
Abstract: Static chambers coupled with GC methods were used to perform in situ monitoring of N2O emissions from
vegetable fields during the period from October 2006, to October 2007. The monitoring was conducted in vegetable fields
with purple soils with a history of vegetable planting for more than 20 years in the hill region of Middle Sichuan Basin,
China. Characteristics of N2O emissions from the vegetable ecosystem were analyzed, and the effects of the factors
influencing these emissions, such as nitrogen (N) application, soil temperature, soil moisture and vegetable planting, are
discussed. The results of the analysis showed that the mean emission fluxes of N2O in CK (no N applied) and conventional
fertilization treatment (N application at rate of 150 kg N / hm2 ) were (50. 7 ±13. 3) and(168. 4 ±37. 3) μg·m-2·h-1,
respectively. The N2O emission coefficient derived from N fertilizer application at 150 kg N·hm
-2 was 1. 86% . The N2O
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emission rate from the vegetable field observed in this study was higher than the emission rate from the grain farmland
reported previously. The increase in N2O emissions from the vegetable ecosystem was associated with enhanced soil
nutrients, frequent fertilization and irrigation practices. The seasonal pattern of N2O emissions showed that 34% of the
annual flux of N2O emissions occurred in the winter and spring and that 64% occurred in the summer and autumn due to
more favorable soil moisture and temperatures in summer and autumn. The seasonal differences in N2O emissions from
vegetable fields were attributed to the variations in soil moisture and temperature due to vegetable planting. The application
of N stimulated N2O emissions in the vegetable field. There is a significant positive relationship between the N2O emission
flux and the soil temperature. An exponential equation (F = 11. 465e0. 032(R = 0. 26, P <0. 01)) can be employed to
quantify the relationship between soil temperature ( T) and N2O emission flux ( F) in a vegetable field treated by
conventional fertilization. A threshold range of water-filled pore space (WFPS) between 60%—75% has been observed for
N2O emissions in this study. The N2O emissions from vegetable farmland can be reduced by optimizing the N application
rate and time while limiting irrigation frequencies according to vegetable growth and antecedent soil moisture conditions.
Key Words: N2O emission flux; seasonal patterns; vegetable farmland; purple soil
农业是 N2O的重要排放源[1], 全球每年排放的 N2O中有 35%左右的来自农业土壤[2], 而农田生态系统
N2O排放量的增加主要受土壤氮素水平的驱动[3-4]。 据统计, 20 世纪 90 年代我国农田因施肥当年直接引起
的 N2O排放量中约有 20%来自蔬菜地[5]。 研究认为, 菜地 N2O 排放量往往高于普通农田[6-9]。 然而, 迄今
为止, 有关菜地 N2O排放的报道仍十分有限[10], 导致菜地 N2O排放量的估计仍存在很大的不确定性。 菜地
由于长年精耕细作, 复种指数高, 特别是多年连续种植蔬菜的老菜地, 因氮肥用量经常超出蔬菜本身所需不
仅造成土壤中 NO3 -N大量积累[11], 也使土壤性质发生改变[12], 可能使菜地 N2O 排放规律与其他农地有所
不同。 因此, 开展菜地 N2O排放的田间观测, 探明其排放规律, 为农田 N2O排放清单的编制提供基础数据,
同时为菜地 N2O减排提供理论依据。 作者以种菜历史超过 20a 的紫色土菜地为研究对象, 从 2006 年 10 月
至 2007 年 10 月, 对 4 个蔬菜生长季和 1 个休闲期进行了 1a N2O排放的田间定位观测, 分析菜地 N2O排放
特征及施氮、土壤湿度、温度和蔬菜参与对 N2O 排放的影响, 以期为准确估算蔬菜地 N2O 排放提供基础
数据。
1　 材料与方法
1. 1　 研究区概况
试验依托四川盐亭农田生态系统国家野外科学观测研究站, 于 2006 年 10 月至 2007 年 10 月在四川省盐
亭县林山乡(31°16′N, 105°27E)进行。 该区属亚热带季风气候,气候温和,四季分明,年均气温 17. 3 ℃,多
年平均降水量 826 mm, 无霜期 294 d。 试验期间降水量 799 mm, 稍低于多年平均值;平均气温 17. 1℃, 与多
年平均值持平。 总的来看, 试验期间水热条件属正常年份水平, 试验期间逐日降雨量及气温见图 1。 试验土
壤类型为紫色土, 土地利用为连续种植蔬菜历史超过 20 a, 土壤容重为 1. 21 g / cm3, 0—20 cm 土层黏粒
(<0． 002 mm)、粉粒(0. 002—0. 05mm)和砂粒( >0. 05 mm)含量分别为 8. 3% 、43. 1%和 48. 4% , pH 值为
8． 24, 有机质、全氮、全磷和全钾分别为 27. 2、1. 32、3. 24、65. 8 g / kg, 速效氮、有效磷和速效钾分别为 142. 4、
130. 3、460. 9 mg / kg。
1. 2　 试验设计
试验设置不施氮(CK)、常规施氮(NPK-C:施氮量 N150 kg / hm2)和空地(NPK-NC:施肥同 NPK-C 处理,
但不种蔬菜, 保持裸地, 2007 年 4 月 8 日开始)3 种处理。 3 个随机重复, 各试验小区面积 2 m×3 m= 6 m2。
氮肥(尿素)以 6∶4 的比例分两次施用,施肥方式为穴施(深 3 cm),同时,在每季蔬菜移栽前 1 天 1 次性撒施
过磷酸钙(P2O5150 kg / hm2)和氯化钾(K2O160 kg / hm2), 施后耙地。 2006 年 10 月 25 日至 2007 年 2 月 11
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图 1　 试验期间(2006-10-25 至 2007-10-25)逐日降雨量及气温
Fig. 1　 Daily rainfall and air temperature during experimental period (Oct. 25, 2006—Oct. 25, 2007)
日、2007 年 4 月 11 日至 6 月 4 日、2007 年 6 月 5 日至 8 月 22 日和 2007 年 8 月 27 日至 10 月 25 日分别种植抱
儿菜(Brassica Juncea. Var. Gemmifera. L)、莴苣(Lactuca sativa L)、大白菜(Beassica pekinensis Rupr. )和甘蓝
(Brassica deracea var. capita L). 2007 年 2 月 12 日至 4 月 10 日为休闲期, 不另外施肥。 4 种蔬菜栽植时采样
箱底座内密度与小区一致, 株×行距分别为 30 cm×35 cm、35 cm×40 cm、45 cm×50 cm和 45 cm×50 cm。 蔬菜
生长期间主要管理措施如表 1, 各季蔬菜在移栽和施肥后浇水, 其他管理措施与当地习惯一致。 从 2006 年
10 月 25 日至 2007 年 10 月 25 对 4 个蔬菜生长季和 1 个休闲期 N2O排放进行了一整年的田间定位观测。 蔬
菜地全年施氮总量为 N600kg / hm2。
表 1　 蔬菜生长季主要田间管理日期
Table 1　 Field practices date at vegetable growth stages
蔬菜生长季
Vegetable growing season
移栽
Transplant
第 1 次施肥
First fertilization
第 2 次施肥
Second fertilization
收获
Harvest
抱儿菜 Er vegetable 2006-10-25 2006-11-07 2006-12-10 2007-02-11
莴苣 Lettuce 2007-04-10 2007-04-24 2007-05-02 2007-06-04
大白菜 Chinese cabbage 2007-06-05 2007-06-05 2007-07-10 2007-08-22
甘蓝 Cabbage 2007-08-27 2007-09-12 2007-10-09 2007-10-26
1. 3　 气体采样与分析方法
采用静态暗箱 /气相色谱法[13]对菜地 N2O排放采样测定。 每一重复设置 1 个固定的箱法观测点, 每一
处理共 3 个重复。 采样箱由底座和顶箱两部分组成, 不锈钢底座(横截面为 80 cm×80 cm)长期固定于田间,
底壁插入土中约 10 cm。 底座顶端有深、宽均为 3 cm的密封水槽, 采样前往槽内注水以防底座与顶箱结合处
漏气。 顶箱(长×宽×高为: 80 cm×80 cm×50 cm)外覆绝热材料以减少采样箱内温度随外界气温升高对试验
结果的影响。 同时, 顶箱内部安装 2 个小风扇, 用于混合箱内气体。 顶箱侧面安装有电源插头、温度探头和
气体采样管。 气体采样从蔬菜移栽后 1 周开始, 时间为每周二和周五 9: 00—11: 00, 采样方法、气体分析方
法, 采样时土壤湿度、温度测定方法, N2O排放通量、N2O排放总量计算方法和数据分析方法与文献一致[8],
N2O排放系数计算方法与文献一致[14]。
2　 结果与分析
2. 1　 菜地生态系统 N2O排放特征
2. 1. 1　 N2O排放的季节变化
试验期间地下 5 cm处土壤温度在 4. 8—29. 3 ℃之间变化, 抱儿菜生长期和甘蓝生长后期土温较低, 休
闲期、莴苣生长期和大白菜生长期土温较高;地下 5 cm处土壤含水量(WFPS)介于 30%—81% , 抱儿菜和甘
蓝生长后期较高, 但波动很小, 休闲期、莴苣和大白菜生长期较低, 但波动很大。 同时, 从试验期间土壤温
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度和湿度综合来看, 莴苣、大白菜生长期和甘蓝生长前期土壤水热条件的配合优于抱儿菜生长期和甘蓝生长
后期(图 2)。
不施氮、常规施氮和空地 N2O排放表现出不同的季节变化规律。 不施氮菜地 4 种蔬菜生长期和休闲期
N2O排放的波动较小, 仅观测到几次脉冲式排放峰(图 1), 结合试验期间降雨情况(图 2)和田间管理措施来
看,这些排放峰主要出现在降雨后或翻地、浇水后。 常规施氮处理 N2O排放的季节变化呈“双峰型”, 排放峰
持续时间约 5—30 d, 空地处理在莴苣、大白菜和甘蓝生长期 N2O 排放的季节变化规律与施氮处理类似, 也
表现为“双峰型”。 结合观测期土壤水热情况来看, N2O 排放通量的剧烈波动期主要集中在土壤水热条件配
合较好的莴苣生长期、大白菜生长期和甘蓝生长前期。
常规施氮和空地处理 N2O排放高峰均出现在施氮后 3—10 d, 所以, 施氮是 N2O排放峰出现的主要驱动
力。 此外, 不施氮菜地在大白菜和甘蓝生长期也观测到几次较明显的 N2O 脉冲式排放峰(如 2007 年 7 月 4
日、8 月 4 日和 9 月 5 日观测到的 3 次排放高峰), 这可能是由于大白菜和甘蓝生长期正值当地雨季, 降雨频
繁且强度较大,加之这一时期气温较高,土壤水分散失强烈,造成土壤干湿变化比较频繁而有利于 N2O的产
生和排放[15-16]。 同时, 观测还发现, 在翻地、浇水等农事活动后会出现 N2O排放量的突增, 特别是施氮后浇
水或施氮后耙地往往会引发 N2O突跃式高排放(图 2)。 另外, 在不施氮和常规施氮处理中, 整个观测期内
均出现 N2O吸收现象, 但空地处理中并未出现类似的 N2O 吸收现象(图 2), 据此认为, 菜地生态系统系统
N2O的吸收可能与蔬菜参与有关, 具体原因有待进一步探讨。
2. 1. 2　 N2O排放通量及总量
由表 2 可见, 常规施氮处理 4 种蔬菜生长期和休闲期 N2O 平均排放通量分别为(203. 6±43. 5)μg·m
-2·
h-1 和(27. 4±12. 3)μg·m-2·h-1, 蔬菜生长期 N2O排放通量远高于休闲期。 同时, 4 种蔬菜生长期 N2O平均排
放通量存在明显差异, 大白菜生长期 N2O平均排放通量最大, 是整个观测期 N2O 平均通量的 2. 3 倍, 其次
为甘蓝生长期, 排放通量是整个观测期平均通量的 1. 2 倍, 抱儿菜和莴苣生长期平均排放通量最小, 仅相当
于整个观测期平均值的 76%和 79% 。 从 4 种蔬菜生长期间 N2O 平均排放通量大小与其季节变化的关系来
看, 蔬菜生长期排放峰越明显则其平均排放通量越高。
从整个观测期 N2O排放总量在不同蔬菜生长期和休闲期的分配情况来看, 抱儿菜和莴苣生长期 N2O排
放量占全年 N2O排放总量的 34% , 而大白菜和甘蓝生长期 N2O排放量占排放总量的 64% , 其余 2%的排放
量来自于休闲期。 可见, 观测期内菜地生态系统 N2O 排放量主要来自大白菜和甘蓝生长期, 抱儿菜和莴苣
生长期排放量较少。
表 2　 常规施氮菜地 N2O排放通量, 总量及其分配
Table 2　 N2O emission flux, annual loading and seasonal distribution from conventional fertilization treatment
观测期
Sampling period
生育期天数
Days of
growth stage
/ d
通量范围
Range of
emission flux
/ (μg·m-2·h-1)
平均通量
Average
emission flux
/ (μg·m-2·h-1)
排放总量
Total emission
/ (kg / hm2)
排放系数
Emission
coefficient
/ %
抱儿菜 Er vgetable 110 (3. 0±1. 0)—(1090. 8±60. 7) 128. 7±27. 4C 3. 40±0. 72 1. 79
休闲期 Fallow 55 (1. 2±3. 9)—(50. 6±33. 8) 27. 4±12. 3D 0. 36±0. 16
莴苣 Lettuce 58 (22. 1±7. 2)—(360. 2±75. 5) 132. 7±47. 4C 1. 84±0. 66 0. 69
大白菜 Chinese cabbage 79 (23. 7±6. 1)—(1932. 2±244. 9) 358. 7±73. 1A 6. 80±1. 39 3. 13
甘蓝 Cabbage 63 (22. 0±3. 7)—(674. 3±28. 7) 194. 4±26. 2B 2. 94±0. 40 1. 61
整个观测期 Total sampling period 365 (1. 2±3. 9)—(1932. 2±244. 9) 168. 4±37. 3 15. 34±3. 33 1. 86
　 　 同列不同字母表示统计差异显著(P<0. 05)
2. 2　 菜地生态系统 N2O排放的影响因素
2. 2. 1　 施氮
由图 3 可见, 4 种蔬菜生长期及整个观测期常规施氮处理 N2O 平均排放通量均显著高于不施氮处理
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图 2　 观测期菜地土壤温度、水分和不施氮、空地和常规施氮处理 N2O排放通量的季节变化
Fig. 2　 Seasonal patterns of soil temperature, moisture and N2O emission flux from the treatments of control(CK)、no vegetable (NPK-
NC) and conventional fertilization (NPK-C) during experimental period
图 3　 常规施氮和不施氮菜地生态系统 N2O排放通量比较
Fig. 3　 Compare of N2O emission flux from conventional fertilization treatment(NPK-C) and control(CK)
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(P<0. 01), 整个观测期常规施氮菜地 N2O平均通量是不施氮菜地的 3. 3 倍。 可见, 施氮大幅增加了菜地生
态系统 N2O排放通量。 但施氮对增加 N2O排放量的效应在不同蔬菜生长期有所差别, 具体表现为甘蓝>抱
儿菜>大白菜>莴苣。 同时, 从表 2 可以看出, 在施氮量同为 150 kg / hm2 情况下, 不同蔬菜生长期 N2O排放
系数也有明显差异, 表现为大白菜季>抱儿菜季>甘蓝季>莴苣季。 造成不同蔬菜生长期 N2O 平均排放通量
和 N2O排放系数的巨大差异的原因可能是由于不同蔬菜生长期长短的差异造成单位时间的施肥强度差别很
大, 导致土壤硝化和反硝化微生物活性差异, 从而影响了土壤中 N2O的产生和排放。
2. 2. 2　 土壤温度
整个观测期间地下 5cm处土壤温度介于 4. 8—29. 2℃,冬春季蔬菜抱儿菜和莴苣生长期、休闲期土壤温
度较低,波动较大(4. 8—25. 9℃,平均 13. 0℃)(图 4),夏秋季蔬菜大白菜和甘蓝生长期土壤温度较高,波动
较小(15. 8—29. 2℃,平均 23. 4℃)。 对 4 种蔬菜生长期和休闲期 N2O排放通量与地下 5cm 处土壤温度的偏
相关性分析发现,不施氮和常规施氮处理整个观测期土壤温度和 N2O 排放通量均呈显著的正相关关系(P<
0． 01),且常规施氮菜地农田生态系统 N2O排放通量(F)与地下 5cm处土壤温度(T)的呈指数变化关系:F =
11. 465e0. 032 T(R=0. 26,P<0. 01),但空地处理土壤温度与 N2O排放通量无明显的相关性。
˚“¶¨
图 4　 常规施氮(NPK-C)菜地土壤温度、土壤湿度与 N2O排放通量变化动态
Fig. 4　 Seasonal patterns of soil temperature, soil moisture and N2O emission flux in vegetable field under conventional fertilization (NPK-
C)
2. 2. 3　 土壤湿度
对不施氮、常规施氮和空地 3 种处理 N2O排放通量与地下 5 cm处 WFPS 分别进行偏相关分析发现, 施
氮菜地两者间存在显著的正相关性(R=0. 25, P<0. 01, n=113), 不施氮和空地处理 N2O排放通量和 WFPS
之间也有类似的直线相关关系, 但均未达到显著水平。 同时, 就施氮处理 N2O 排放通量大于整个观测期平
均值[(168. 4±37. 3) μg·m-2·h-1]的所有观测值而言, 71%的 N2O 排放量观测值出现在 WFPS 介于 60%—
75%的条件下, 其余 29%则出现在WFPS<60%和WFPS>75%的水分条件下。 可见, 土壤湿度是蔬菜地 N2O
排放季节变化的主要影响因子之一, 60%—75%的湿度条件较其他湿度更有利于 N2O产生和排放。
2. 2. 4　 蔬菜参与
从表 3 可见, 观测期间, 在莴苣、大白菜和甘蓝生长期, 常规施氮菜地 N2O 排放通量的平均值均高于空
地处理, 并且二者差异显著(P<0. 01), 同时, 常规施氮菜地 N2O排放通量较空地增加 41. 2% 。 并且施氮菜
地在 3 种蔬菜生长期 N2O排放系数均高于空地。 表明蔬菜参与显著增加了 N2O排放量, 其对菜地 N2O排放
速率增加的贡献为 41. 2% 。
5381　 6 期 　 　 　 于亚军　 等:紫色土菜地生态系统土壤 N2O排放及其主要影响因素 　
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表 3　 施氮和空地 N2O排放量比较
Table 3　 Compare of N2O emission from conventional fertilization treatment and no vegetable treatment
观测期
Sampling period
排放通量
Emission flux / (μg·m-2·h-1)
常规施氮
Conventional
fertilization
(NPK-C)
空地
No vegetable
(NPK-NC)
排放总量
Total emission / (kg / hm2)
常规施氮
Conventional
fertilization
(NPK-C)
空地
No vegetable
(NPK-NC)
排放系数 Emission coefficient / %
常规施氮
Conventional
fertilization
(NPK-C)
空地
No vegetable
(NPK-NC)
莴苣 Lettuce 132. 7±47. 4 122. 4±28. 1 1. 84±0. 33 1. 70±0. 39 0. 69 0. 64
大白菜 Chinese cabbage 358. 7±73. 1 225. 5±44. 2 6. 80±0. 70 4. 28±0. 84 3. 13 1. 45
甘蓝 Cabbage 194. 4±26. 2 137. 9±23. 1 2. 94±0. 25 2. 02±0. 34 1. 61 0. 96
平均 Average 228. 6±48. 9 161. 9±31. 8 3. 86±0. 43 2. 33±0. 52 1. 61 1. 02
3　 讨论
3. 1　 农地生态系统差异导致的 N2O排放不同
研究表明, 不施氮紫色土菜地 N2O 排放通量为(50. 7±13. 3)μg·m
-2·h-1, 施氮(N150 kg / hm2)引起的
N2O排放系数为 1. 86% , 与项虹艳等[17]在当地小麦-玉米轮作系统 N2O 排放观测结果比较, 本研究不施氮
菜地 N2O排放量和同样施氮量下 N2O 排放系数均高于当地小麦-玉米轮作系统。 可见, 菜地生态系统 N2O
排放强度高于当地粮食作物农田。 这与其他类似研究的结论一致[6-9]。 同时, 就本研究结果看, 蔬菜的参与
对菜地生态系统 N2O排放速率增加的贡献为 41. 2% , 而江长胜等[18]在本地稻田中研究发现, 水稻植株对
N2O排放速率增加的贡献为 128% 。 可见, 就目前研究结果来看, 蔬菜参与并非菜地 N2O排放高于其他农田
的关键原因。 而造成菜地生态系统 N2O排放量高于粮食作物农田的一个重要原因就是长期过量施肥导致菜
地土壤养分偏高, 从对当地粮食农田和菜地土壤养分的测定结果看, 菜地土壤有机质、全氮、速效氮均明显
偏高。 当然, 菜地频繁的浇水、翻地等农作措施也是造成 N2O排放较多的重要原因。 因此, 较高的土壤养分
和频繁的田间管理可能是导致菜地 N2O排放高于其他农田的主要原因。
3. 2　 土壤性质差异导致 N2O排放不同
本研究中施氮菜地 N2O排放系数明显高于在成都平原菜地观测的结果[10], 其原因可能是由于土壤水热
性质不同, 如本研究观测期间土壤均温高于成都平原观测期土壤均温, 并且土壤湿度的变化也更剧烈。 此
外, 本研究不施氮 N2O排放量高于姚志生等[9]在太湖地区菜地研究的结果, 这可能与本试验地为老菜地,
土壤养分较高有关, 如本试验地土壤有机质较之高 31% , 且土壤全氮更高。 同时, 从观测期菜地 N2O 排放
量的季节分配看, 菜地 N2O排放主要来自大白菜和甘蓝生长期, 而抱儿菜和莴苣生长期 N2O 排放较少, 这
是由于大白菜和甘蓝生长生长期主要集中于夏秋季节, 而抱儿菜和莴苣生长期主要集中于冬春季节。 所以,
大白菜和甘蓝生长期土壤水热状况较抱儿菜和莴苣生长期好, 加之前两季蔬菜生长期正值雨季, 降雨和土
壤水分的快速蒸发散失造成频繁干湿交替的土壤环境有利于 N2O 产生和排放, 因此, 土壤水热状况的差异
既是造成不同地区菜地 N2O排放不同的原因, 也是导致不同蔬菜生长期 N2O排放量差异的重要原因。
3. 3　 农田管理措施差异导致 N2O排放不同
本研究与成都平原观测结果[8,14]的差异可能还与两地试验时农田管理措施的不同有关;与成都平原菜地
N2O观测时相比, 本研究在观测期内多种了一季蔬菜, 并且菜地休闲时间也远短于成都平原, 一年内蔬菜种
植茬数越多则翻地、浇水等农田管理措施越频繁。 同时, 施氮对增加菜地 N2O排放的效应受蔬菜生育期长短
和蔬菜生育期土壤水热状况差异的影响。 可见, 根据蔬菜生育期长短, 结合蔬菜生育期土壤水热条件调节
施肥量可能会有效减少 N2O排放。 同时, 本研究结果表明, 土壤湿度对菜地 N2O排放的影响存在阈值效应,
当菜地土壤含水空隙率(WFPS)介于 60%—75%更易引发 N2O高排放。 考虑到菜地土壤湿度变化主要是由
于频繁浇水引起的。 因此, 限制浇水次数, 控制菜地土壤湿度状况也可有效抑制菜地 N2O排放量。
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4　 结论
4. 1　 紫色土菜地农田生态系统在不施氮和施氮(N150 kg / hm2)情况下, N2O 平均排放通量分别为(50. 7±
13. 3) μg·m-2·h-1 和(168. 4±37. 3) μg·m-2·h-1, 施氮引起的 N2O排放系数为 1. 86% 。 菜地生态系统 N2O排
放强度高于粮食作物农田, 菜地生态系统 N2O排放高于粮食作物农田的关键主要原因在于菜地较高的土壤
养分和频繁的田间管理措施。
4. 2　 菜地生态系统 N2O排放主要来自于土壤水热条件较好的夏秋季, 冬春季蔬菜生长期相对较少。 因此,
土壤水热条件的差异是造成不同蔬菜生长期 N2O排放量不同的重要原因。
4. 3　 施氮增加菜地 N2O排放量的效应与蔬菜生长期单位时间施肥强度和土壤水热状况有关, 土壤湿度对菜
地生态系统 N2O排放量的影响存在阈值效应。 因此, 依据蔬菜生育期特点, 并结合土壤湿度状况调节施肥
量与施肥时间可能会减少菜地 N2O排放量。
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8381 　 生　 态　 学　 报　 　 　 32 卷　
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 6 March,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Quantitatively monitoring undergoing degradation of plateau grassland by remote sensing data: a case study in Maqu County,
Gansu Province, China ZHOU Jianhua, WEI Huaidong, CHEN Fang, et al (1663)……………………………………………
Using periphyton assemblages to assess stream conditions of Taizi River Basin, China
YIN Xuwang,QU Xiaodong,LI Qingnan,et al (1677)
…………………………………………………
………………………………………………………………………………
Water-holding capacity of an evergreen broadleaf forest in Ailao Mountain and its functions in mitigating the effects of Southwest
China drought QI Jinhua, ZHANG Yongjiang, ZHANG Yiping, et al (1692)……………………………………………………
The relationship between protistan community and water quality along the coast of Qingdao
YANG Jinpeng, JIANG Yong, HU Xiaozhong (1703)
……………………………………………
………………………………………………………………………………
Simulation of effects of warming on carbon budget in alpine meadow ecosystem on the Tibetan Plateau
QI Weiwei,NIU Haishan, WANG Shiping,et al (1713)
………………………………
……………………………………………………………………………
Features of leaf photosynthesis and leaf nutrient traits in reservoir riparian region of Three Gorges Reservoir, China
JIE Shenglin,FAN Dayong,XIE Zongqiang,et al (1723)
…………………
……………………………………………………………………………
Spatio-temporal distribution of fish in the Pengxi River arm of the Three Gorges reservoir
REN Yuqin, CHEN Daqing, LIU Shaoping, et al (1734)
……………………………………………
…………………………………………………………………………
Analysis on allelochemicals in the cell-free Filtrates of Amphidinium carterae
JI Xiaoqing, HAN Xiaotian, YANG Baijuan, et al (1745)
…………………………………………………………
…………………………………………………………………………
Effect of starvation on expression patterns of the MYP gene in Strongylocentrotus intermedius
QIN Yanjie, SUN Bolin, LI Xia, et al (1755)
…………………………………………
………………………………………………………………………………………
Habitat selection of feral yak in winter and spring in the Helan Mountains, China
ZHAO Chongnan, SU Yun, LIU Zhensheng, et al (1762)
……………………………………………………
…………………………………………………………………………
Using cellular automata to study patchy spread in a predator-prey system YANG Li, LI Weide (1773)………………………………
Effects of insect-resistant transgenic Bt rice with a fused Cry1Ab+Cry1Ac gene on population dynamics of the stem borers, Chilo
suppressalis and Sesamia inferens, occurring in paddyfield LI Zhiyi, SUI He, XU Yanbo, et al (1783)…………………………
Effect of spectral sensitivity and intensity response on the phototaxis of Frankliniella Occidentalis (Pergande)
FAN Fan, REN Hongmin, LU Lihua, et al (1790)
………………………
…………………………………………………………………………………
The synergistic action and UV protection of optical brightener on three different geographic isolates of Asian Gypsy Moth
Nucleopolyhedrovirus (LdMNPV) WANG Shujuan, DUAN Liqing, LI Haiping, et al (1796)……………………………………
The availability of trace elements in an oasis soil under different utilization intensity in an arid area in China
LI Haifeng, ZENG Fanjiang, GUI Dongwei, et al (1803)
………………………
…………………………………………………………………………
Multivariate regression analysis of greenhouse gas emissions associated with activities and populations of soil microbes in a
double-rice paddy soil QIN Xiaobo, LI Yu′e, SHI Shengwei, et al (1811)………………………………………………………
Distribution characteristics of humus fraction in soil profile for the typical regions in the Loess Plateau
DANG Ya′ai, LI Shiqing, WANG Guodong (1820)
………………………………
…………………………………………………………………………………
N2O emissions from vegetable farmland with purple soil and the main factors influencing these emissions
YU Yajun, WANG Xiaoguo, ZHU Bo (1830)
……………………………
………………………………………………………………………………………
Relationships between carbon source utilization of soil microbial communities and environmental factors in natural secondary
forest in subtropical area, China WANG Yun, OUYANG Zhiyun, ZHENG Hua, et al (1839)…………………………………
Numerical soil classification using fuzzy K-means algorithm and predictive soil mapping at regional scale
LIU Pengfei, SONG Xuan,LIU Xiaobing, et al (1846)
……………………………
……………………………………………………………………………
Releasing characteristics of nonpoint source pollutants from straws under submerging condition
YANG Zhimin, CHEN Yucheng, ZHANG Yun, et al (1854)
………………………………………
………………………………………………………………………
Effects of delayed irrigation at jointing stage on nitrogen accumulation and its allocation, and NO3 -N migration in wheat
WANG Hongguang, YU Zhenwen, ZHANG Yongli, et al (1861)
……………
…………………………………………………………………
Risk division on winter wheat suffering from spring wet damages in Jiangsu Province
WU Hongyan, GAO Ping, XU Weigen, et al (1871)
…………………………………………………
………………………………………………………………………………
Determination of the initial depth of water uptake by roots of steppe plants in restored and overgrazed communities, Inner Mongolia,
China GUO Yuran, WANG Wei, LIANG Cunzhu, et al (1880)…………………………………………………………………
Fine root architecture and morphology among different branch orders of six subtropical tree species
XIONG Decheng,HUANG Jinxue,YANG Zhijie,et al (1888)
……………………………………
………………………………………………………………………
Numerical analysis of inter-specific relationships in Alpine steppe community in Bayanbulak
FANG Fei, HU Yukun, ZHANG Wei, et al (1898)
…………………………………………
………………………………………………………………………………
Analysis of shade-tolerance and determination of evaluation indicators of shade-tolerance in seedlings of Chrysanthemum grandiflorum
and its closely related genera SUN Yan, GAO Haishun, GUAN Zhiyong, et al (1908)…………………………………………
Effect of the parasitic Cuscuta australis on the community diversity and the growth of Alternanthera philoxeroides
WANG Rukui, GUAN Ming, LI Yonghui, et al (1917)
……………………
……………………………………………………………………………
Diversity and community structure of basidiomycete laccase gene from subtropical broad-leaved and coniferous forest ecosystems
based on cDNA cloning CHEN Xiangbi, SU Yirong, HE Xunyang, et al (1924)…………………………………………………
Fine root longevity and controlling factors in subtropical Altingia grlilipes and Castanopsis carlesii forests
HUANG Jinxue, LING Hua, YANG Zhijie, et al (1932)
……………………………
…………………………………………………………………………
Linear programming and optimal distribution of the forest resources based on TM remote sensing images
DONG Bin,CHEN Liping,WANG Ping,et al (1943)
………………………………
………………………………………………………………………………
Urban green space landscape patterns and thermal environment investigations based on computational fluid dynamics
LIU Yanhong, GUO Jinping,WEI Qingshun (1951)
………………
…………………………………………………………………………………
Review and Monograph
Review of the ecological compensation efficiency ZHAO Xueyan (1960)………………………………………………………………
Scientific Note
The effects of petroleum exploitation on water quality bio-assessment and benthic macro-invertebrate communities in the Yellow
River Delta wetland, Dongying CHEN Kai, XIAO Nengwen, WANG Beixin, et al (1970)………………………………………
《生态学报》2012 年征订启事
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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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生　 态　 学　 报
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第 32 卷　 第 6 期　 (2012 年 3 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
　
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