全 文 ：中国生态农业学报 2013年 6月 第 21卷 第 6期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Jun. 2013, 21(6): 700−706


* 国家自然科学基金项目(40901132)资助
** 通讯作者: 郭忠录(1980—), 男, 博士, 副教授, 研究方向为水土保持与农业生态。E-mail: zlguo2007@163.com
程艳辉(1982—), 男, 硕士, 工程师, 研究方向为水土保持与农业生态。E-mail: yhuicheng2012@163.com
收稿日期: 2012−11−21 接受日期: 2013−02−28
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2013.00700
等高绿篱−坡地农业复合系统土壤 N2O排放特征*
程艳辉 1 赵书华 2 莫 琼 3 郭忠录 2** 蔡崇法 2
(1. 湖北安源安全环保科技有限公司 武汉 430040; 2. 华中农业大学水土保持研究中心 武汉 430070;
3. 湖北省环境科学研究院 武汉 430072)
摘 要 N2O是一种重要的温室气体, 具有很强的温室效应。当前全球变化条件下, 人类活动和农业生产行为
产生的 N2O排放增加是当前倍受关注的问题。本研究于 2008年 11月—2009年 10月, 利用静态箱−气相色谱
技术对亚热带地区紫穗槐(Amorpha fruticosa L.)绿篱枝叶还田条件下冬小麦−夏玉米轮作田土壤 N2O排放通量
进行原位监测, 观测紫穗槐枝叶移出(AR)、翻施(AI)、表施(AC)及作物单作(CK)4 种处理下整个生长季土壤
N2O的排放量, 对等高绿篱−坡地农业复合生态系统土壤 N2O排放通量变化及其影响机制进行研究。结果表明,
整个冬小麦−夏玉米轮作期, 4个处理土壤 N2O排放通量呈现出相似的季节变化特征, AR、AI、AC、CK处理
全生长季的排放总量为 127.62 mg·m−2、209.66 mg·m−2、208.73 mg·m−2、77.52 mg·m−2。作物不同生育阶段 N2O
日均排放通量在冬小麦季表现为: 开花—成熟期>拔节—开花期>出苗—拔节期; 在夏玉米季表现为: 拔节—
抽雄期>播种—拔节期>抽雄—成熟期。本试验综合评估了等高绿篱−坡地农业复合生态系统土壤 N2O 排放通
量变化及其影响机制。研究显示, 土壤 N2O 排放通量在冬小麦季与土壤温度相关性显著, 在夏玉米季与土壤
水分相关性显著。在复合生态系统中紫穗槐复合种植及枝叶还田显著促进土壤N2O排放, 翻施处理产生的N2O
量大于表施处理。
关键词 等高绿篱−坡地农业复合系统 土壤 N2O排放 紫穗槐枝叶还田 冬小麦−夏玉米轮作
中图分类号: S344.16 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2013)06-0700-07
Soil N2O emission in contour hedgerow/crop intercropping system in subtropical China
CHENG Yan-Hui1, ZHAO Shu-Hua2, MO Qiong3, GUO Zhong-Lu2, CAI Chong-Fa2
(1. Hubei Anyuan Safety and Environmental Protection Technoligy Co., Ltd., Wuhan 430040, China; 2. Research Center for Soil &
Water Conservation, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China; 3. Hubei Academy of Environmental Sciences,
Wuhan 430072, China)
Abstract Nitrous oxide (N2O) is one of the important greenhouse gases with a very strong global warming effect. Emissions of
N2O resulting from anthropogenic activities and agricultural management practices have gained international significance in the
combating climate change. A field experiment was conducted from Nov. 2008 to Oct. 2009 to evaluate N2O emissions in the crop
rotation system of winter wheat and summer maize with contour Amorpha fruticosa hedge in subtropical China using static chamber
gas chromatograph technique. Four treatments — compound planting of crop and hedgerow without return of hedgerow plant
branches and leaves (AR), compound planting of crop and hedgerow with incorporation of hedgerow plant branches and leaves (AI),
compound planting of crop and hedgerow with hedgerow plant branches and leaves mulching (AC) and monocropped crop (CK) —
were used in the experiment. Results from the field observations suggested that the trends in emitted N2O fluxes under AR, AI, AC
and CK were similar. Total N2O emissions from the four treatments during the whole growing season of winter wheat/summer maize
rotation system were respectively 127.62 mg·m−2, 209.66 mg·m−2, 208.73 mg·m−2 and 77.52 mg·m−2. The order of N2O emission at
different growth of winter wheat was: flowering—ripening stage > elongation—flowering stage > seeding emergence—elongation
stage. The corresponding order of N2O emission at different growth stages of maize was: elongation—tasseling stage >
seeding—elongation stage > tasseling—ripening stage. Furthermore, seasonal variation in N2O emission was regulated by soil
temperature in winter wheat season and by water-filled soil pore space in summer maize season. Contour hedgerow intercropping and
第 6期 程艳辉等: 等高绿篱−坡地农业复合系统土壤 N2O排放特征 701


returning of hedge plant branches and leaves markedly enhanced soil N2O emission in complex agro-ecosystems. Compared with
hedge plant branches and leaves mulching, incorporation of branches and leaves promoted N2O emission.
Key words Contour hedgerow/crop intercropping system, Soil N2O emission, Return of hedgerow branches and leaves,
Winter wheat/summer maize rotation
(Received Nov. 21, 2012; accepted Feb. 28, 2013)
氧化亚氮 (N2O)是最重要的温室气体之一。
Rodhe[1]在 1990 年指出单分子 N2O 的增温效应是
CO2的 150~200 倍, 同时大量 N2O 的产生会破坏臭
氧层, 影响人类健康[2]。因此, N2O的排放及其在大
气中浓度的增加受到广泛关注。近年来, 国内外有
关土壤 N2O排放的研究主要集中在森林、草地、湿
地及农田系统。农林复合系统有利于增加土壤碳贮
备, IPCC已将农林复合系统列为温室气体减排措施
之一 [3], 但有关研究结果显示 , 农林复合系统并不
总是减少温室气体的排放[4−5]。因此, 正确认识农林
复合经营对土壤 N2O 排放的影响及规律, 对降低温
室气体排放、缓解温室效应具有重大意义。
等高绿篱技术是国内外广泛采用的一种十分有
效的坡耕地植被恢复和水土保育技术, 被认为是区
域农业生态系统持续发展的有效途径之一[6]。为了
减小系统组分间水肥热的竞争 , 等高绿篱−农业复
合系统中绿篱实时刈割后枝叶还田是常规做法。枝
叶还田为土壤提供有机物料, 有机物料矿化产物一
方面为反硝化过程提供反应底物, 另一方面自身又
为参与此过程的微生物提供能量, 会影响 N2O 的生
成和排放。研究发现, 有机碳作为电子供体影响着
反硝化作用和 N2O 生成[7]。Guo 等[8]研究了等高绿
篱−农业复合生态系统作物根系还田土壤 N2O 排放
特征。对于农业复合系统中绿篱枝叶还田条件下 ,
土壤 N2O排放的研究却较少。
基于上述分析, 本研究利用我国广泛种植的豆
科绿篱紫穗槐(Amorpha fruticosa), 采用静态箱法研
究紫穗槐枝叶还田条件下冬小麦 (Triticum aesti-
vum)−夏玉米(Zea mays) 轮作田土壤 N2O排放通量,
并同时观测了土壤水热状况、大气温度和土壤中矿
质氮含量, 分析土壤 N2O 排放及其影响因素, 确定
等高绿篱−坡地农业复合生态系统土壤 N2O 排放量,
为明确等高绿篱−农业复合系统对全球温室气体的
贡献提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
研究点位于湖北省咸宁贺胜桥镇华中农业大学
红壤综合实验站(东经 114°21, 北纬 30°02), 研究区
属于亚热带季风湿润气候区, 日照充足, 四季分明,
冬季偏冷干燥, 夏季高温多雨。年均温 16.8 ℃, >10 ℃
积温为 5 300 ℃, 无霜期 250 d; 年均降水量为 1 577 mm,
春夏之交有“梅雨”季节, 秋季常出现伏旱。土壤为
第四纪红色黏土发育的红壤, 是该区主要的地带性
土壤, 呈弱酸性, 质地黏重。试验小区建于 2005年,
每个小区面积为 4 m×6 m, 分为有绿篱处理和无绿
篱处理。有绿篱处理为豆科灌木紫穗槐, 行距 4 m,
株距 0.25 m; 绿篱行间种植作物, 种植制度为冬小
麦−夏玉米轮作。无绿篱处理为冬小麦−夏玉米轮作。
农作物行距均为 50 cm, 小麦株距 20 cm, 玉米株距
25 cm。
1.2 试验设计
试验设 4 个处理: CK(无绿篱, 农作物单独种
植)、AR(农作物绿篱复合种植, 枝叶刈割移出小区)、
AI(复合种植, 绿篱枝叶翻施入耕层)、AC(复合种植,
紫穗槐枝叶均匀撒施在土壤表面), 各小区随机区组
设计, 3次重复, 每个小区面积为 24 m2。供试作物冬
小麦品种为“鄂麦 18”, 夏玉米品种为“农大 108”。冬
小麦、夏玉米分别于 2008年 11月 23日和 2009年 6
月 6日播种, 2009年 5月 22日和 2009年 10月 9日
收获。小麦播种量为 150 kg·hm−2, 行距为 50 cm; 夏
玉米株距 25 cm, 行距 50 cm; 复合系统每小区种植
7行, 作物单作系统种植 9行。
冬小麦和夏玉米种植前, 绿篱修剪至距地表 25
cm, 所有修剪物移出小区, 紫穗槐叶及直径<1 mm
的细枝被切成约 5 cm 长。AI 处理枝叶于翻地前均
匀撒施在小区, 然后翻埋入土壤; AC 处理枝叶在播
种小麦和玉米后均匀撒施于地表。施用紫穗槐枝叶
含 N 量为 22.94~29.01 g·kg−1, 含 C 量为 471.23~
473.94 g·kg−1, 枝叶施入量为 3.76 t·hm−2。作物生长
期间 , 未施用任何化学肥料 , 无灌溉措施 , 为雨养
农业。土壤耕作、绿篱修剪及作物收获均采用传统
人工方式进行。
1.3 监测内容与方法
本试验采样时间为 2008 年 12 月—2009 年 10
月(小麦苗期至玉米收获), 约间隔 15 d取样 1次, 采
样时间在上午 9:00—11:00。采用静态箱法 [9]测定
N2O排放通量, 采样箱为高 25 cm、直径 20 cm的不
锈钢圆筒。该筒顶部密封, 有 2 个孔分别固定有玻
璃管 , 一管连接气袋 , 用来调节采样筒内压强 , 另
702 中国生态农业学报 2013 第 21卷


一管连接带三通阀的橡胶管, 用来采集气体。采样
在作物行间进行, 除去地面凋落物, 然后将采样箱
垂直压入土壤中 5 cm, 并将圆筒周围压实, 以防漏
气; 罩好圆筒后 0、10 min、20 min、30 min时用 20
mL 聚丙烯注射器通过采样管采集气体, 然后转移
至事先抽成真空的采样瓶中。N2O 的浓度采用
GC-3800气相色谱仪分析, 检测器为 ECD(电子捕获
检测器 ), 流速为 30 mL·min−1, 载气是高纯氮气
(99.999%), 检测器、分离柱、进样口温度分别为 330 ℃、
65 ℃和 55 ℃, 保留时间为 3.4 min[10]。
气体样品采集的同时, 测定筒内温度(筒内斜置
温度计)、大气温度、地表温度、地下 5 cm和 10 cm
温度。以“S”形 5点采样法取 0~5 cm、5~20 cm耕层
土样, 土样混匀后, 分出一部分测定新鲜土样的水
分含量(烘干法), 剩余的风干后制样进行化学分析。
土壤中的铵态氮含量测定采用 KCl 浸提−靛酚蓝比
色法, 硝态氮含量测定采用KCl浸提−紫外分光光度
计法。
土壤 N2O排放通量的计算公式:
F=ρ×ΔC/Δt×273/(273+T)×h (1)
式中, F 为气体的排放通量(µg·m−2·h−1), ρ 为被测气
体标准状态下的密度(1.97 kg·m−3), h 为采样箱箱罩
的高度(m), ΔC/Δt 为在某一特定时间内采样箱内被
测气体浓度变化的速率, T为采样过程中采样箱内的
温度(℃)。
土壤 N2O排放总量的计算:
M=Σ[(Fi+1+Fi)/2×(ti+1−ti)×24] (2)
式中, M为气体累积排放量, F为 N2O排放通量, i为
采样次数, t为采样日期。
土壤孔隙含水量(WFPS)的计算:
WFPS(%)=土壤重量含水量×土壤容重/
土壤总孔隙度 (3)
式中, 土壤总孔隙度=1−土壤容重/2.65。
1.4 数据处理与分析
本研究数据结果以 3 个重复的平均值表示。处
理间差异及与影响因子间的相关性等用 Excel 和
SPSS 12.0 进行统计分析。测得的土壤 N2O 排放通
量数据符合正态分布。
2 结果与分析
2.1 土壤 N2O排放的季节变化特征
冬小麦−夏玉米全生育期, 枝叶移出(AR)、翻施
(AI)、表施(AC)和作物单作(CK)处理土壤 N2O 排放
通量的变化趋势基本一致(图 1c), 呈现出明显的季
节变化规律: 夏秋季节排放量大, 而冬春季排放量
较小(2008年 12月 22日—2009年 5月 20日)。土壤

图 1 试验区降雨量(a)、大气及土壤温度(b)、冬小麦−夏
玉米轮作系统土壤 N2O排放通量的季节变化(c)
Fig. 1 Seasonal variation of precipitation (a), air and soil
temperature (b) and soil N2O emission flux (c) of winter
wheat/summer maize rotation system in the experimental area
CK: 无绿篱, 农作物单作; AR: 农作物绿篱复合种植 , 绿篱枝
叶移出; AI: 农作物绿篱复合种植, 绿篱枝叶翻施入耕层; AC: 农作
物绿篱复合种植, 绿篱枝叶撒施在土表面。下同。CK: monocropped
crops without hedgerow; AR: compound planting of crop and hedgerow
without return of hedgerow plant branches and leaves. AI: compound
planting of crop and hedgerow with incorporation of hedgerow plant
branches and leaves; AC: compound planting of crop and hedgerow
with hedgerow plant branches and leaves mulching. The same below.

N2O 排放峰值的出现相对于季节性降雨的峰值(图
1a)有一定的滞后现象。冬小麦生长前期, 虽然土壤
中 NH4+、NO3−等反应底物浓度较高, 有充足的 N源,
但温度较低(图 1b), N2O排放量较小, 但 1月 6日出
现一个小的排放峰。在冬小麦生长的中后期, 土壤
N2O 排放通量先增大而后减小, AR、AI、AC、CK
处理的峰值均出现在 4 月 22 日 , 分别是 48.42
µg·m−2·h−1、61.48 µg·m−2·h−1、61.91 µg·m−2·h−1和 27.13
µg·m−2·h−1。根据图 1c显示结果得出: 冬小麦季土壤
N2O 的排放峰集中在小麦生育的中后期。夏玉米生
育期, 6 月 6 日播种后土壤 N2O 排放通量逐渐增加,
第 6期 程艳辉等: 等高绿篱−坡地农业复合系统土壤 N2O排放特征 703


至 7月 7日 AR、AI、AC、CK处理达到最大值, 分
别是 62.41 µg·m−2·h−1、144.74 µg·m−2·h−1、130.43
µg·m−2·h−1和 18.95 µg·m−2·h−1, 此后 N2O排放通量逐
渐减小, 生育后期土壤 N2O 的排放趋于平缓。而林
杉等 [9]在三峡库区利用相同方法的研究结果表明 ,
不同土地利用方式下(菜地、旱地、林地、果园等)
土壤 N2O 排放通量呈现明显季节变化趋势, 以春夏
最高 , 秋季次之 , 冬季最低 , 并与对应的大气及土
壤温度的变化趋势基本一致。
2.2 冬小麦和夏玉米各生育阶段土壤 N2O的排放
根据表 1不同处理下各生育阶段 N2O排放通量
的测定结果可知: 冬小麦在出苗—拔节期, 4个处理
差异显著, AC 处理 N2O 日均排放通量最高, 达到
0.31 mg·m−2·d−1。在拔节—开花期和开花—成熟期,
AI 和 AC 处理差异不显著, 排放通量在 0.43~1.05
mg·m−2·d−1之间; 而这两个处理与 AR 和 CK 均存在
显著差异 , AR 和 CK 处理通量约为 0.18~0.78
mg·m−2·d−1。各处理的不同生长阶段比较, N2O 日均
排放通量表现为: 开花—成熟期>拔节—开花期>出
苗—拔节期。在冬小麦全生育期内, N2O排放总量顺
序为: AC>AI>AR>CK, 并且各处理间差异显著。
玉米全生育期内, 各处理 N2O 的日均排放通量
均是拔节—抽雄期较高, AR、AI、AC、CK 分别是
0.54 mg·m−2·d−1、1.38 mg·m−2·d−1、1.10 mg·m−2·d−1
和 0.28 mg·m−2·d−1, 各处理之间差异显著。其次是播
种—拔节期, AI、AC处理之间差异不显著, AI、AC
与 AR和 CK处理差异显著。抽雄—成熟期土壤 N2O
排放量最小, AI、AC处理之间差异不显著, AR、CK
处理之间差异不显著, AI、AC与 AR、CK处理差异
显著。在夏玉米全生育期内, 各处理 N2O 排放总量
估算结果的顺序为: AI>AC>AR>CK, AC与 AI处理
差异不显著, 而 AR、AC与 AR、CK均呈显著性差
异, 并且对照空白处理的 N2O排放量最小(表 1)。
2.3 土壤 N2O排放的影响因素
2.3.1 紫穗槐还田对土壤 N2O排放的影响
由图 2 看出 , 紫穗槐还田方式显著影响土壤
N2O排放。小麦生育期内, N2O平均排放通量顺序为:
AC>AI>AR>CK, 与 AR处理相比, AI和 AC处理土
壤 N2O 排放通量分别增加 33.18%和 50.09%
(P<0.05)。AC 处理(紫穗槐枝叶覆盖地表)相对于其
他处理能起到很好地保水保温作用, 为进行硝化和
反硝化作用的微生物活动提供良好条件 , 有利于
N2O的生成与排放[11]。玉米生育期内, N2O平均排放
通量表现为: AI>AC>AR>CK, 与 AR 处理相比, AI
和 AC 处理 N2O 排放增加了 99.49%和 78.89%
(P<0.05)。玉米生长季内, AI处理(紫穗槐枝叶混施)
使枝叶与微生物更好地接触, 导致 N2O 排放速度大
于 AR处理。在全生长季内, AR、AI、AC处理 N2O
排放通量显著大于 CK 处理, 说明紫穗槐复合种植
与枝叶还田均对土壤 N2O 排放有促进作用。Baggs
等[12]在肯尼亚西部的研究发现, 农林复合系统土壤
N2O排放与残留物的 N含量呈正相关, 含 N量高的
植物残体显著促进土壤 N2O排放。
2.3.2 土壤温度对土壤 N2O排放的影响
土壤温度主要通过影响土壤中的生物学过程来
影响 N2O的产生和排放[13]。对 N2O排放通量和地表
0 cm、地下 5 cm与 10 cm土壤温度进行相关分析,
不同处理 N2O排放通量与土壤温度有一定正相关关
系。地下 5 cm 与 10 cm 土壤温度与冬小麦季土壤
N2O 排放通量呈显著性相关关系(图 3a、b), 相关系

表 1 冬小麦和夏玉米各生育阶段土壤 N2O的排放通量
Table 1 N2O emission flux of soil in winter wheat and summer maize growth season
处理 Treatment 作物
Crop
排放通量
Emission flux
生育阶段
Growth stage AR AI AC CK
出苗—拔节期 EES 0.16±0.05c 0.21±0.05b 0.31±0.06a 0.10±0.04d
拔节—开花期 EFS 0.31±0.09b 0.43±0.11a 0.46±0.11a 0.18±0.07c
日均值
Daily average value
(mg·m−2·d−1)
开花—成熟期 FRS 0.78±0.14b 1.02±0.17a 1.05±0.15a 0.56±0.02c
小麦
Winter wheat
总值 Total (mg·m−2) 69.56±0.09c 93.04±0.11b 104.29±0.10a 47.86±0.06d
播种—拔节期 SES 0.52±0.21b 0.90±0.51a 0.88±0.46a 0.23±0.06c
拔节—抽雄期 ETS 0.54±0.15c 1.38±0.38a 1.10±0.34b 0.28±0.02d
日均值
Daily average value
(mg·m−2·d−1)
抽雄—成熟期 TRS 0.25±0.02b 0.33±0.03a 0.36±0.03a 0.21±0.02b
玉米
Summer maize
总值 Total (mg·m−2) 58.06±0.09b 116.62±0.24a 104.44±0.20a 29.66±0.02c
同行数据后不同小写字母表示差异显著(P＜0.05)。Different small letters in the same line indicate significant difference at 0.05 level. EES:
emergence—elongating stage (2008-11-23—2009-03-25); EFS: elongating—flowering stage (2009-03-25—2009-04-07); FRS: Flowering-ripening
stage (2009-04-07—2009-05-22); SES: seeding—elongating stage (2009-06-06—2009-07-26); ETS: elongating—tasseling stage (2009-07-26—
2009-09-15); TRS: tasseling—ripening stage (2009-09-15—2009-09-24).
704 中国生态农业学报 2013 第 21卷


数 R 值为 0.614~0.703、0.630~0.725; 夏玉米季, 各
处理 N2O排放通量与各层土温的相关性均不显著。


图 2 不同试验处理下冬小麦−夏玉米轮作系统整个生长
季土壤 N2O的日均排放通量
Fig. 2 Daily average value of N2O emission flux of soil in
whole growth season of winter wheat/summer maize rotation
system under different treatments


图 3 不同试验处理下冬小麦−夏玉米轮作系统土壤 N2O
排放通量与温度(a, b)和土壤孔隙含水量(c)的相关关系
Fig. 3 Correlation between soil N2O emission flux and tem-
perature (a, b), water-filled pore space of soil (WFPS)(c) of
winter wheat/summer maize rotation system under different
treatments
说明在冬春季土壤温度是影响土壤 N2O排放的限制
因子, 而在夏秋季则不是主要限制因子。
2.3.3 土壤水分对土壤 N2O排放的影响
土壤水分对 N2O 产生和排放的影响, 主要是通
过对土壤通气状况、氧化还原状况、微生物活性和
土壤中矿质氮的分布等来实现。WFPS(土壤孔隙含
水量)表示土壤水分。冬小麦季, 各处理的 N2O排放
通量与 WFPS 呈正相关, 相关性不显著。夏玉米季
0~5 cm的WFPS在 8.40%~59.49%变化, 这种变化直
接影响到 N2O 的产生和排放。夏季降雨量增加, 土
壤 N2O 排放量随土壤水分含量上升而增加, AR 和
CK处理土壤 N2O排放通量与 WFPS呈显著相关(图
3c), 相关系数分别为 0.558和 0.503 (P<0.05)。AI和
AC处理相关系数为 0.432 和 0.304。试验结果表明,
土壤含水量影响夏玉米季土壤 N2O的排放。
2.3.4 土壤无机氮对土壤 N2O排放的影响
土壤中的 NO3−-N、NH4+-N 通过硝化反硝化作
用影响 N2O产生。4个处理土壤中 NO3−-N、NH4+-N
含量的变化趋势基本相同(图 4), 说明土壤中无机氮
含量受自然条件的影响不可忽视。AR、AI、AC、
CK 4个处理 NO3−-N平均含量为: 13.2 mg·kg−1、14.6
mg·kg−1、14.3 mg·kg−1、10.6 mg·kg−1, NH4+-N为: 6.59
mg·kg−1、7.80 mg·kg−1、7.30 mg·kg−1、6.11 mg·kg−1。
与 CK 相比, 紫穗槐复合种植及枝叶还田增加了土
壤中无机氮含量。对 N2O 的排放通量和土壤中
NO3−-N、NH4+-N 含量进行相关分析(表 2), 结果表
明, 小麦季: AR、AI、AC处理 N2O排放通量与土壤
NO3−-N 含量呈现显著性相关关系, CK 处理不显著;
AR、AI、AC、CK处理 N2O排放通量与土壤 NH4+-N
含量呈负相关关系, 相关性不显著。玉米季: AC 处
理与土壤 NO3−-N 含量显著正相关, CK 处理与土壤
NH4+-N含量显著负相关, 其他处理与土壤 NO3−-N、
NH4+-N含量相关性不显著。
3 讨论与结论
本文利用静态箱−气相色谱技术对亚热带地区
紫穗槐枝叶还田条件下冬小麦−夏玉米轮作田土壤
N2O 排放通量进行原位监测, 研究了作物与绿篱复
合系统下枝叶还田对土壤 N2O排放的影响。作物单
作 CK、绿篱复合种植[绿篱枝叶移出(AR)、表施
(AC)、翻施(AI)]土壤 N2O排放通量呈现明显的季节
变化趋势, 变化趋势基本相同。土壤 N2O 的日均排
放通量表现为 AI>AC>AR>CK, 温度和土壤水分在
不同的季节作用强度不同, 而土壤NO3−-N与N2O排
放正相关, 与 NH4+-N相关性不显著。
第 6期 程艳辉等: 等高绿篱−坡地农业复合系统土壤 N2O排放特征 705



图 4 不同试验处理下冬小麦−夏玉米轮作系统土壤 NO3−-N (a)、NH4+-N (b)含量的季节变化
Fig. 4 Temporal variation of soil NO3−-N (a), NH4+-N (b) content during winter wheat/summer maize growing season under
different treatments

表 2 不同试验处理下冬小麦−夏玉米轮作系统土壤 N2O排放通量与土壤 NO3−-N、NH4+-N的相关系数
Table 2 Correlation coefficients between soil N2O flux and soil NO3−-N, NH4+-N contents of winter wheat/summer
maize rotation system under different treatments
硝态氮 NO3−-N 铵态氮 NH4+-N 处理
Treatment 小麦季 Wheat growth season 玉米季 Maize growth season 小麦季 Wheat growth season 玉米季 Maize growth season
AR 0.618* 0.345 −0.427 −0.384
AI 0.658* 0.541 −0.509 −0.300
AC 0.648* 0.710* −0.378 −0.369
CK 0.583 0.072 −0.452 −0.670*

绿篱复合种植促进土壤 N2O 的排放, 枝叶还田
与土壤 N2O的排放呈正相关。李玥莹等[14]研究表明,
豆科作物的植株本身能产生 N2O; 紫穗槐的根系残
落物和分泌物改变了土壤的理化性质 , 从而影响
N2O 的产生[15]。Baggs 等[12]认为, 农林复合系统土
壤残留物中 N 含量对土壤 N2O 的排放有很大影响,
且含 N量高的植物残体显著促进土壤 N2O排放。本
研究小麦和玉米整个生长季, 绿篱复合种植、枝叶
还田处理土壤 N2O 排放量显著大于作物单作处理,
表明绿篱复合种植及枝叶还田对土壤 N2O排放有促
进作用。土壤温度对 N2O排放的影响在冬小麦季较
显著, 并且随土壤深度的不同, 温度与 N2O 排放量
的相关性不同。傅民杰等[16]和郑循华等[17]对稻麦轮
作系统 N2O 排放研究表明, 5 cm 深的土壤温度和
N2O 排放通量呈正态分布。有学者研究认为, 在低
温条件下, N2O 的释放量和土壤温度呈正相关关系,
但其与各层次土壤温度的相关性不相同[18−19]。徐文
彬等[20]研究发现, 土壤 N2O 排放量在冬春季对土壤
温度的敏感性强于夏秋季。此外, 冬季温度虽很低,
在 1 月 6 日监测到一次小的排放峰, 并且在 1 月 18
日出现 N2O 吸收的现象, 这说明温度在冬季并非影
响土壤 N2O 释放的惟一限制因子, 这种现象可能是
由降雪、降雨的激发作用所引起[21]。降水通过改变
土壤水分含量来影响土壤 N2O的释放。有研究认为,
除冬季外, 大于 10 mm的降水对于土壤 N2O的排放
有促进作用[22]。蔡祖聪等[23]研究表明, 当土壤水分
偏离土壤环境常年水分含量越大时, 土壤 N2O 的排
放量越大。本文土壤 N2O 的最大排放峰值出现在
40.37%~59.49%(WFPS)。封克等 [24]研究结果表明 ,
当土壤水分含量处在 45%~75%(WFPS)时 , 硝化和
反硝化反应同时进行, 导致较多土壤 N2O 的产生和
排放。在不同的地区土壤无机氮与 N2O排放的关系
不一致, 这种情况可能受不同地区的气候、种植作
物不同的影响。以上研究与本研究结论一致。
本文对等高绿篱−坡地农业复合生态系统土壤
N2O 排放通量变化及其影响机制进行了研究, 结果
表明绿篱复合种植与枝叶还田能显著促进土壤 N2O
的排放, 在冬小麦−夏玉米整个生长季内, 各处理表
现为相同的季节变化趋势, 证实了温度和土壤水分
对土壤 N2O排放的影响。
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