全 文 ：收稿日期：!""#$"%$&’ 接受日期：!""’$"&$&(
基金项目：国家“十五”攻关课题（!""&)*+&"*$",）资助。
作者简介：卢昌艾（&%+’—），男，安徽庐江人，博士，主要从事土壤生态环境与生态过程的研究。-./012：30245 30067 037 38
! 通讯作者 9:2："’#&$(’%&##%，-./012：;"!’!5 61807 3滇池流域集约化菜田 !"与 !"# 排放的研究
卢昌艾&，胡万里!!，孔令明!，夏体渊!，段宗颜!
（& 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，农业部植物营养与养分循环重点实验室，北京 &"""’&；
! 云南省农业科学院农业环境资源研究所，云南昆明 +("!"(）
摘要：采用密闭通气气室法，在滇池流域旱季和雨季开展了 !个生长周期内集约化西芹地 =>? =>! 排放研究。结
果表明，=>? =>!排放速率的日变化规律受温度的影响较为明显，中午时段最高，凌晨时段最低。西芹生育期间，
@A处理（裸地）的 =>? =>!排放速率维持在一定水平，中后期 =B处理（不施氮）=>? =>! 排放速率有所升高；CB（=
,(" DE ? ;/!）和 FB（= &!"" DE ? ;/!）处理受西芹的生长和频繁氮肥追施的影响，生育期 =>? =>! 排放速率逐渐升高。
旱季与雨季 @A处理 =>? =>!排放量分别为 &GH"和 =>I.= &G(& DE ? ;/!，=B处理分别较 @A高出 =>I.= &G"和 &G,,
DE ? ;/!。CB处理旱季与雨季 =>? =>!排放量分别为 =>I.= ,G’’和 (G+# DE ? ;/!，其损失率分别为 "G#%J和 "G%!J；
FB处理旱季和雨季 =>? =>!排放量分别为 =>I.= #G(’和 &"G&% DE ? ;/!，其损失率分别为 "G+HJ和 "G’(J，说明氮
肥用量较高时，土壤$作物系统的 =>I.=损失量也较高，但其损失率并不随施氮量的升高而升高。
关键词：滇池流域；集约化菜田；=>与 =>!排放速率；=>I.=损失率
中图分类号：K&,HG& 文献标识码：* 文章编号：&""’$("(L（!""’）"($"%""$"#
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植物营养与肥料学报 !""’，&,（(）：%"" $ %"+
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^208V =4VT1V1<8 08X B:TV121]:T K31:83:
我国农田氮素的气态损失量约占氮肥用量的
!"#!$"#，氮氧化物（%&’）排放是农田氮素气态损
失的主要形式之一［(］。农田 %&与 %&) 大多数来自
于土壤中的微生物过程，是土壤微生物硝化与反硝
化过程的一种中间产物［)*!］。谢旻等［+］采用国外模
型，估算 )"""年我国土壤 %&与 %&) 的年排放总量
为 % )),-. / ("+吨；0123425和 6278［-］估算出中国和
日本的 %&与 %&) 年排放量达到 % !( / ("+吨。我
国农田 %&与 %&) 排放速率的研究并不多见，菜地
的研究更少，而菜地的土壤养分条件及高施氮量特
别适合土壤的硝化反硝化作用。9:34 等［;］采用化
学荧光 %& * %&) *%&< 分析仪研究得出，大白菜和
马铃薯地的 %&=% 损失率占氮素用量的 ",;#!
!,;#；郑循华等［$］研究了华东冬小麦田的 %& 排
放，结果表明温度是决定 %&排放速率季节变化的
首要因素，施氮肥不能改变 %&排放速率的季节变
化规律；曾清如等［.］和周细红等［>］采用封闭式箱法
模拟研究了温室箱中施用尿素后的 %&) 浓度变化
趋势。目前大多数研究者认为，土壤排放的 %&< 是
%&，但是也有观测表明土壤还排放比较可观的
%&)［)］。?@ABC［("］在模型估算土壤氮氧化物排放时，
认为氮氧化物中 %&=%与 %&)=%的比例为 > D (。但
%&在大气中能与臭氧很快地反应形成 %&)，有必要
同时监测 %&和 %&)的排放速率。
我国开展 %&与 %&) 的研究较少，相关简单测
试方法不多见。化学荧光 %& * %&)*%&< 分析仪较
为昂贵，且该仪器测试的通用性较差［((］。本试验借
鉴 %E!挥发及 %)&排放的监测方法，采用密闭通气
气室法，同时监测西芹地土壤*植物系统的 %& F %&)
排放速率，了解不同氮肥用量对西芹地 %& F %&) 排
放的影响，探讨蔬菜生长季节 %&与 %&) 排放的日
变化与季节性变化规律，为我国集约化农田 %& F
%&)排放的估算提供依据。
! 材料与方法
!"! 试验方法
滇池流域四季如春的气候条件，适合蔬菜花卉
类作物的生长。近年来，该区域蔬菜的种植面积越
来越大，成为当地农业结构调整的主要发展方向。
西芹是该地区一年四季的主栽品种。本研究在西芹
两个生长周期（旱季 !月 )日至 ;月 ("日，雨季 $月
-日至 ("月 ("日），田间原位监测了土壤*西芹系统
的 %& F %&)排放速率。西芹品种为美国 GH ?H公司的
百利西芹，栽培密度为 $-""" 株 F BI)。两块试验地
的土壤养分和质地状况见表 (。
表 ! 试验地表层（#—$# %&）土壤氮、磷养分状况
’()*+ ! ’,+ - (./ 0 .1234+.2 52(215 67 5137(%+ 564*（#8$# %&）
季节
?2:JA3
有机质 &K
（4 F L4）
全氮 M%
（4 F L4）
%EN+ =%
（I4 F L4）
%&*! =%
（I4 F L4）
速效 G O7:1C H G
（I4 F L4）
质地
M2’@P52
旱季 Q512R J2:JA3 !",> ),() -(,+) ()+,$! !-!,)$ 粘壤土 SC:8 CA:I
雨季 T:138 J2:JA3 )>," (,$! .;,)" -),+- (;>,;; 砂壤土 ?:3R8 CA:I
田间试验设 +个处理：(）裸地不施肥（SU）；)）
西芹不施肥（%9）；!）西芹推荐施肥（69）；+）西芹习
惯施肥（E9）。69与 E9的氮肥用量分别为 % +-"、
()"" L4 F BI)，各处理的磷肥、钾肥及微肥用量保持
一致。追肥时期与基追比例参考当地施肥习惯，氮
肥基追比为 ( D >，+次追 %量按照 ",- D (," D )," D (,-
比例进行，旱季于移栽后 (!、!"、;(（立心期）和 .! R
（肥大充实期）追施；雨季于播种后 (-、!;、;+、.. R
追施，基施氮肥为复合肥（%D G)&- DU)&为 (-# D(-#
D(-#），追施氮肥为尿素。其他田间管理措施按照
当地习惯进行。重复 )次，随机排列，小区面积 > I
/ (,. I。西芹旱季移栽种植，雨季点播种植。
!"$ 样品采集与测定方法
%& F %&)气体的采集与测定：空气中 %& 流经
三氧化铬*石英砂氧化管，S5&! 氧化管对气流中 %&
的氧化效率达到 >>#；%&)很容易被 )-#三乙醇胺
吸收［()］，生成 %&*)（如式 (）。
S5&! N%&!S5&) N%&) （(）
%&) N E)&!E%&*) N &E* （)）
除去进气口的 %& F %&) 气体，用盐酸萘乙二胺
比色法测定出气口端三乙醇胺吸收液的 %&*) 浓度
（如式 )），就可计算出一定时间内土壤*植物系统的
%& F %&)排放速率［(!*(+］。每小区同时收集气体样品
(个。具体方法如下：
%& F %&)测定采用密闭通气气室法［(-］。密闭室
(">-期 卢昌艾，等：滇池流域集约化菜田 %&与 %&)排放的研究
是长 !宽 !高为 "# $% ! "# $% ! &## $%的透明有机
玻璃箱，真空泵抽取 ’( ) ’(* 气体。下部用铝板制
作带槽的底座，埋入土壤 &# $%，测定时将有机玻璃
箱放在底座上，用水密封底座与有机玻璃箱［&"］。每
次采集好样品后，将有机玻璃箱移开，以避免长时间
的罩盖对作物生长的影响。进气口的空气首先通过
三氧化铬 +石英砂氧化管，将 ’(转化为 ’(*，再通
过装有 *,-三乙醇胺的洗气瓶，以除去进气中的
’( )’(*，经过下部的进气口进入生长室，更换有机
玻璃箱内的气体，由上部的出气口流出。出气口的
’(经三氧化铬氧化后，由流量计控制（流量 , . ) %/0
左右）进入装有 *,-三乙醇胺溶液的试管，避光采
样，吸收空气从生长室带出的 ’(*［1+2，&3+&4］。
西芹生长季节，样品采集频率约 &# 5采 & 次，
每次采样于上午 2：3#!&#：##点进行（试验前 3次
日变化模拟结果表明，该时段的 ’( ) ’(* 排放速率
接近日平均排放速率）。为避免空气潮湿影响三氧
化铬 +石英砂的氧化效果，采样持续时间 #6, 7。日
变化每 4 7测定 &次，一天采集 "次。样品采用盐酸
萘乙二胺比色法测定［&3+&4］。取 &# %.于容量瓶中，
加入 & %.磺酸溶液，摇匀，, %/0后加入 #6* %.盐
酸萘乙二胺溶液，用去离子水稀释到刻度，摇匀后
&# %/0 在 ,4# 0% 波长处光度法测定提取液中的
’(+* 。
土壤含水量、’894 :’、’(+3 :’、&# $%处土壤温度
等采用常规分析方法［&;］。
! 结果与分析
!"# $% & $%!排放的日变化规律
在西芹旱季与雨季的 *个生长周期中，每个生
育期测定了 3 次西芹地 ’( ) ’(* 排放速率的日变
化。图 &看出，旱季 4月 *"日与雨季 1月 &,日 4个
处理的 ’( ) ’(* 排放速率日变化规律基本一致，同
一处理西芹地 ’( ) ’(* 日排放速率较高的时段均出
现在中午时段（&3：3#!&4：##），8< 处理的达到
’(=:’ ,*#!1"#!> )（%
*·7）、.<处理的达到 ’(=:’
3*,+3;"!> )（%
*·7）；凌晨时段（,：3#!"：##）的较
低，8<处理的为 ’(=:’ *"2!3;4!> )（%
*·7）、.<处
理的为 ’(=:’ &4;!*3*!> )（%
*·7）。
图 # 西芹地 $%& $%!排放速率的日变化规律
’()*# +(,-./0 1/-(/2(3. 34 $%& $%! 40,5 34 6707-8 4(709（:742 3. ;<-*!=2>，?()>2 3. ;,) #@2>）
测定 ’( ) ’(* 排放速率日变化时，都是在浇水
或施肥几天后进行，一天时间内影响土壤硝化反硝
化作用的土壤速效氮（’894 :’和 ’(+3 :’）含量、土壤
含水量与 ?8值 3种主要影响因子［&1］差异不大，但
土壤温度差异较大。从 *次日变化试验结果可以看
出，不同处理土壤 +作物系统的 ’( ) ’(* 排放速率
受土壤温度的影响较为明显。试验中午时段（&3：
3#!&4：##）土壤温度达到 *46#!*;6,@，是土壤硝
化和反硝化作用最为适宜的温度［&1］；凌晨时段（,：
3#!"：##）土壤温度为 &&!&3@，低于土壤硝化反
硝化作用的最适温度，’( ) ’(*排放速率相对较低。
!"! $% & $%!排放随生长季节性的变化规律
*6*6& 西芹生育期 ’( ) ’(* 排放随生长季节性的
变化规律 AB处理的 ’( ) ’(* 排放速率除播种后，
有一个小的排放高峰外，整个生育期变化不大，旱季
平均排放速率为 ’(=:’ "36#!> )（%
*·7），雨季平均
排放速率为 ’(=:’ ",64!> )（%
*·7）（图 *）。这个小
的排放高峰，可能是由于土壤的“干湿效应”引起的。
*#2 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 &4卷
西芹播种前，土壤经过了 !!"# $的翻晒，待整平、
浇水、种植西芹后，因土壤的“干湿效应”过程中，土
壤反硝化与硝化作用强烈［"%］，造成 &’ 处理早期
() * ()+排放速率较高。
种植西芹的 (,、-,和 .,处理，() * ()+排放速
率均呈现出前期低，中后期（约 "个月后）() * ()+排
放速率逐渐升高的趋势。但是不施肥 (, 处理在
() * ()+排放速率达到一定值时，呈现上下波动的
趋势；旱季 -,和 .,处理 () * ()+排放速率有逐步
增加的趋势，雨季 -,和 .,处理的 () * ()+ 排放速
率在种植约 /#天后（0月中旬），其增加趋势就不太
明显。（图 +）。
旱季生长前期温度低时氮肥用量小，生长后期
温度高时用量大，生长季节性 ()12(排放速率呈现
前期低、后期高的变化规律，与土壤温度、氮肥用量
的变化趋势相一致；雨季生长前期温度高时氮肥用
量小，中后期（0月中旬）温度低时用量大，但是该时
期土壤温度介于 "+34!"03%5，仍然是土壤硝化反
硝化作用较为强烈的时期，中后期生长季节性 ()12
(排放速率仍然维持在较高水平。
图 ! 西芹地 "#$ "#!排放速率随生长季节性的变化规律
%&’(! )*+,-.+/ 0+1&+2&-. -3 "#$ "#! 3/45 -3 6*/*17 3&*/8
（旱季氮肥在移栽后 "4、4#、6"和 04 $；雨季在播种后 "7、46、6/和 00 $ 追施。
89:$;<==>?@ 9A ( A<;B>C>D<;：$;><$ =
+3+3+ 种植作物与施肥对 () * ()+ 排放速率的影
响 从 (,、-,和 .,三个处理西芹地的 () * ()+ 排
放速率来看，氮肥用量影响了西芹地的 () * ()+ 排
放速率，尤其中后期氮肥追施较为集中，使得 -,和
.,处理的 () * ()+排放速率维持在较高的水平上。
西芹移栽期或苗期，为避免速效氮肥（如尿素、碳铵
等）对移栽苗或出苗的影响，氮素肥料用量少，甚至
不施，前期施肥主要是施用磷钾含量高的复合肥，其
溶解作用很慢；中后期西芹追肥 /次，分别相当于
西芹整个生育期施氮量的 %G、"0G、46G、+!G，氮
肥用量大，且施用较为集中。在中后期大部分时段
内，土攘 (.H/ 2(和 ()I4 2(含量为 ., J -, J (,，(,
处理在某些时候的 (.H/ 2(或 ()I4 2(含量低于 &’
处理，这可能是西芹吸收所致（图 4）。因此，中后期
的氮肥追施，使得土壤的 (.H/ 2(或 ()I4 2(含量较
大，是造成 .,和 -,处理西芹地中后期 () * ()+ 排
放速率升高的主要原因。
!9: 西芹地的 "# $ "#!排放量及损失率
采用累计加权法计算作物生长季节西芹地的
() * ()+排放量，其等于单位时间的 () * ()+ 排放速
率 K该排放速率代表的生育期天数，计算结果见表
+。表 +看出，&’处理在旱季（%7 $）和雨季（%% $）的
() *()+排放量为 ()12( "34# 和 "37" L@ * MN+；(,
处理排放量为 ()12( +34!和 +3% L@ * MN+。
-,处理在旱季和雨季的 () * ()+ 排放量为
()12( /300和 736! L@ * MN+，分别占施氮量（损失率）
的 "3#0G和 "3+6G，如果扣除裸地土壤的 () * ()+
排放量，-,处理在旱季和雨季的 () * ()+ 损失率分
别为 #3!%G和 #3%+G；.,处理施氮量很高，在旱季
和雨季的 () * ()+ 排放量为 ()12( !370 和 "#3"%
L@ * MN+，损失率分别为 #364G和 #307G，其 () * ()+
损失率低于 -,处理，说明氮肥施用量较高（( "+##
L@ * MN+）时，土壤I作物系统的 () * ()+2(损失量也较
高，但是 () * ()+2(损失率并不随施氮量的升高而
4#%7期 卢昌艾，等：滇池流域集约化菜田 ()与 ()+排放的研究
图 ! 西芹地 "—#" $%表层土壤硝态氮含量
&’()! "*#" $% +,-./$0 +1’2 3’4-/40 $134034 1. $020-5 .’026
表 # 不同处理西芹地的 789 78#*7排放量
:/;20 # 789 78#*7 0%’++’13 1. $020-5 .’026 ’3 <’/3$=’ >/40-+=06
处理
!"#$%&#’%
()*+(排放速率 ()*+( ,-.*
［!/ 0（&
1·2）］
旱季
3"4#5 6#$67’
雨季
8$4’9 6#$67’
旱季
3"4#5
6#$67’
雨季
8$4’9
6#$67’
排放量
:&46647’
（()*+( ;/ 0 2&1）
肥料 (损失率
( <766
（=）
排放量
:&46647’
（()*+( ;/ 0 2&1）
肥料 ( 损失率
( <766
（=）
>? @AB1 $ CDBC $ EBDF $ — EB@E $ —
(G EFHBF I E1HBD I 1BDA I — 1BJ@ I —
注（(7%#）：不同字母表示差异达 @=显著水平 34,,#"#’% -#%%#"6 &#$’ 64/’4,4K$’% $% @= -#N#- O
升高，其原因有待于进一步研究。
! 讨论
!?@ 种植西芹与施用氮肥对西芹菜地生态系统
78 9 78#排放的影响
本试验表明，不同处理间的 ()*+(排放速率和
生育期 ()*+(排放量差异显著，说明种植作物的 (G
处理较 >?显著增加了 ()*+(排放速率。(G 处理
与 >?处理中后期 () 0 ()1排放速率的差异，可能是
中后期西芹根系分泌物为根际微生物提供营养和能
源。?.4;&$’等［1F］研究认为，微生物偏嗜于利用根
系分泌物的有机碳，而对土壤中原有有机质的分解
作用降低。因此，种植西芹的处理，在中后期根系分
泌物增加，根际微生物活性的提高和数量的增加促
进了土壤硝化作用和反硝化作用［EJ］，增加了土壤
() 0 ()1的排放。
氮肥施用增加了 ()*+( 的排放，施肥的
理分别增加了 FBJ1!EBFC倍与 1B1F!1BH@倍，结果
与郑循华［A］的试验趋势相一致，但增加幅度较华东
冬小麦田试验的有所降低。华东冬小麦田试验生长
季施肥量为 ( EJE ;/ 0 2&1 时，当季氮肥施用使 ()
排放量较 >?增加了 @!A 倍。造成两个试验不施
肥处理 ()*+(排放量差异的主要原因是生育期的
土壤温度有明显差异，本试验生育期的土壤平均温
度为 E@B@!EABCP，(G处理生育期的 () 0 ()1 排放
量达到 ()*+( 1BDA!1BJ@ ;/ 0 2&1；而华东冬小麦的
温度约为 EFP，>?处理生育期（EE月 E日至翌年 @
月 1A日）的 ()排放量仅为 ()*+( FBCJ ;/ 0 2&1。
G$’/等［C］在浙江双桥农场监测了大白菜地和
马铃薯地的 () 排放速率分别为 ()*+( HEBH 和
E1DBE!/ 0（&
1·2），低于本研究
只测定了蔬菜地的 ()排放速率，而没有测定 ()1
的排放速率；1）其试验土壤速效氮偏低、肥料用量
较少，其土壤的 ()QD +( 和 (MRH +( 含量分别仅为
HB1J、E1BE &/ 0 ;/，大白菜仅施用了 DFF ;/ 0 2&1 复合
肥（(S T1)@ S?1)为 E@= SE@= SE@=），马铃薯地施用
HFJ 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 EH卷
了 !!" #$ % &’! 复合肥（( ) *!+, ) -!+ 为 .,/ ) .,/ )
.,/）和 ,012吨 % &’!堆肥，复合肥在土壤中溶解慢，
有时甚至一个生育期也溶解得很少，而本试验追施
用氮肥为尿素；2）监测方法的不同也可能是造成上
述差异的原因之一。本研究方法可能高估了土壤 3
西芹系统 (+ % (+! 的排放通量，因为该密闭通气气
室法输入的是除去 (+4后的空气，输出的是土壤净
排放的 (+4，这样人为拉大了大气与地表之间的
(+4浓度梯度。
!"# 旱季和雨季西芹地 $% & $%#排放量的差异
尽管试验年份雨季的降雨量相对较多，雨季为
!5605 ’’，旱季为 .1101 ’’，但旱季与雨季大棚均
有遮盖，雨水难以进入大棚，土壤含水量主要来自于
灌溉，农民会根据土壤墒情决定何时灌溉，通常情况
下每 1 7灌溉 .次，因而旱季与雨季西芹生育期的
土壤含水量差异并不大。造成雨季西芹地 (+ % (+!
排放量较旱季稍高可能是雨季的土壤温度较旱季的
高，旱季土壤平均温度为 .,0,8，雨季为 .1058，该
结论与华东冬小麦田的 (+排放速率主要受土壤温
度的影响结论相一致［1］。
参 考 文 献：
［.］ 朱兆良，文启孝 9 中国土壤氮素［:］9 南京：江苏科学技术出
版社，.;;!0 .5<3.550
=&> = ?，@AB C D9 (EFGH$AB EB IHEJI HK L&EBM［:］9 (MBNEB$：OEMB$I>
PQEABQAI MB7 RAQ&BHJH$S *>TJEI&EB$ UH>IA，.;;!0 .5<3.550
［!］ VM’>J#E P，UMGGEIHB W :，XH>J7EB$ - @ R，@ATIFAG L *9 (!+，(+
MB7 (+! KJ>4AI KGH’ M $GMIIJMB7：YKKAQF HK IHEJ ZU［O］9 PHEJ [EHJ 9
[EHQ&A’9，.;;1，!;（6）：..;;3.!"60
［2］ @MFFM P \，@M$BAG]WE77JAM L，Y7^MG7IT X，_AF W O9 Y‘MJ>MFEB$ M
KJ>4]$GM7EABF MZZGHMQ& KHG KJ>4 MB7 7AZHIEFEHB ‘AJHQEFS HK BEFGH$AB 7EH4]
E7A H‘AG I&HGF]$GMII I>GKMQAI［O］9 \F’HI9 YB‘EGHB9，!""<，26：!5.;3
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［<］ 谢旻，王体健，张美根，杨修群 9 土壤氮氧化物排放及其对中国
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A’EIIEHBI KGH’ IHEJ MB7 F&AEG AKKAQF HB FGHZHIZ&AGEQ Z&HFHQ&A’EIFGS EB
L&EBM［O］9 \QFM *A7HJ 9 PEB9，!"",，［,］ VEAB$AG O O，?A‘S U9 Y’ZEGEQMJ ’H7AJ HK $JHTMJ IHEJ TEH$ABEQ (+4 A]
’EIIEHBI［O］9 O 9 XAHZ&SI9 WAI9，.;;,，.""（a5）：..<<13..<5<0
［5］ bMB$ P D，:> V O9 \EG % I>GKMQA A4Q&MB$A HK BEFGEQ H4E7A TAF^AAB F^H
FSZEQMJ ‘A$AFMTJA JMB7I MB7 F&A MF’HIZ&AGA EB F&A VMB$FcA aAJFM，L&EBM
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