全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 27(1)：100— 105 2007年 1月
盆栽荷木、肖蒲桃和黄果厚壳桂幼苗对土壤
日
皿 室气体排放影响的培育实验研究
欧阳学军1一，周国逸l*，黄忠良1，李 林 一，史军辉 ，2
(1．中国科学院 华南植物园，广州 510650；2．中国科学院 研究生院，北京 100039)
摘 要：通过对土壤 65 d的室内培养，比较研究了种上荷木、肖蒲桃和黄果厚壳桂幼苗并受模拟酸雨淋洗42月
的盆栽土壤温室气体 C02、CH4、Nz0排放的差异。结果发现 ，种植肖蒲桃的土壤 Co2排放显著大于种植荷木
和黄果厚壳桂的土壤，种植肖蒲桃和黄果厚壳桂的土壤CH4吸收显著大于种植荷木的土壤，而树种对土壤 N20
的排放影响不明显。分析表明，土壤 COz的排放和对 CH4的吸收的树种间差异并不完全由树种导致的土壤碳
氮性质差异引起的，而导致树种对 N20的排放无差异的原因则很复杂。
关键词；温室气体；培育实验；荷木；肖蒲桃；黄果厚壳桂
中图分类号：Q948 文献标识码 ：A 文章编号 ：i000-3142(2007)01—0100-06
Effects of seedlings in pots on soil grccnhouse
~ases em lSSIon durin~ lIlcuUation ● ● l ■ ● l ●■
()1丁YANG Xue-J un 一，ZHOU Guo-YP ，HUANG Zhong-Liang1，
LI Lin1，2．SHI Jun-HuP，2
(1．South China Bommcal Garden，TheChinese Academy of Sciences，Guangzhou 510650，Chinal
2．GraduateSchool，TheCh ineseAcademy ofSciences，Bering 100039，China)
Abstract：Based on 65 days indoor incubation，potential emissions of three greenhouse gases CO2，CH4，and NzO from
po t soils which were under Acmera acuminatisima，Schima superba and Cryptocarya concinna seedling and caught in
acid rain for 42 months were studied．It was found that soil emission of CO2 under A．acuminatisima was significantly
higher than that under S．superba and C concinna．Soil uptake of CH4 under A．acuminatisima and C concinn was
significantly higher than that under S．superba．No statistics on species effect had been detected for N2 O emis—
sion．The analysis showed that the species differences on soil emission of COz and soil uptake of CH4 did not
completely come from the soil properties． And why there were no species differences on N2 O emission was
complicated．
Key words~greenhouse gases；incubation；Schima superba~Acmera acuminatisima；Cryptocarya concinna
土壤是大气中 3种主要温室气体 CO。、CH 、
NzO最主要的源和汇。全球每年 由土壤释放的
CO。量为 68×10¨ gC，远远高于由于燃烧而释放的
CO2量(5．2×10¨ gC)(Fernandez等，1993)，而排放
到大气中的 CH 和 NzO分别约有 1／3和 2／3来自
土壤 (Houghton等，2001；Prather等，1995)。因
此，土壤对大气 COz、CH 、N。O浓度的调控起着十
分重要的作用(Mooney等，1987；Melilo等，1989)。
收稿 日期：2005—04-04 修回 日期：2005—12—28
基金项目：中国科学院创新工程重要方向项 目 (KSCX2一SW-120)；中国科学院创新工程重大项 目 (KZCX1一SW-O1)[Supported by
Knowledge Innovation Program of the Chinese Academy of Sciences(KSCX2一SW-120；KZCX1一SW-O1)]
作者简介：欧阳学~g(1973一)，男 ，湖南桂阳人，博士生，助理研究员，从事森林生态系统的研究 ，(E-mail)ouyxj@scib．ac ca。
’通讯作者(Author for correspondence，E-ma il：gyzhou@scib．ac．on)
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1期 欧阳学军等：盆栽荷木、肖蒲桃和黄果厚壳桂幼苗对土壤温室气体排放影响的培育实验研究 101
土壤CO 、CH 、N O的吸收或排放受许多土
壤和环境因子包括湿度、降水、温度、通气状况、土壤
质地和结构、土壤生物活性、土壤碳氮及养分状况等
直接或者间接的影响。植物作为土壤形成及其物质
循环的重要驱动因素，也是众多影 响因素之一。已
有的研究显示不同植被类型下土壤 COz、CH 、NzO
排放存在很大差异(杜睿等，2004；易志刚等，2OO3；
莫江明等，2006)。然而 ，有关植 被影 响土壤 C0z、
CH 、N O排放的作用以及机制的研究则很少报
道。研究显示不同的树种对树冠下土壤酸度、养分
状况、碳和氮的分布与矿化等改变有不同的作用
(Finzi等，1998a，b)，然而有关不同树种对土壤温室
气体排放影响方面 的知识仍然很少 。本文用室内土
壤培养的方法，比较研究了种上不同树木种类幼苗
的盆栽土壤温室气体 CO 、CH 、NzO潜在排放的
差异，为探讨植被影响温室气体排放的作用和机制
提供参考。
1 材料与方法
I．I研究地概况
试验在广东省肇庆市鼎湖山自然保护区(112。
34 E，23。1O N)内进行 ，该 区面积 1 145 hm ，属南
亚热带季风气候 ，年平均气温 21．0℃，年平均相对
湿度为 8O 9，6，年平均降雨量为 1 927．3 mm，干湿季
明显 ，4～9月为雨季 ，1O～次年 3月为旱季。最冷
月(1月)和最热月(7月)的平均气温分别为 12．6℃
和 28．0℃(黄展帆等，1982)。土壤由不同颜色、硬
度与质地的砂岩、砂页岩、页岩和石英砂岩发育而
成，主要土壤类型为赤红壤和红壤 (何 金海等，
1982)。本次试验所取的土壤和幼苗均来自分布于
该区内的季风常绿阔叶林，土壤为酸性强的赤红壤
(何金海等，1982)。
1．2土壤和幼苗的准备及盆栽处理
在季风常绿阔叶林挖取 O～10 am 土壤 ，混合均
匀，并称取 6 kg装盆，共装 6O盆。在该林挖取大小
相近的荷木 (Schima superba)、黄果厚壳桂 (Cryp—
tocarya concinna)、肖蒲桃(Acmera acuminatisima)
幼苗，移栽在装土的瓦盆中，每盆 1株。幼苗成活
后，各选 2O盆用于试验，按每组每种 4盆分 5组放
置在空旷的平地上 。
每种树种均有四盆分别用天然湖水及其配制成
的模拟酸雨(pH值分别为 4．4O、4．oo、3．52、3．05)
直接淋洗盆中的土壤，每周 1次，每次淋洗量为 800
mL。鉴于鼎湖山污染来源状况和污染来源发展状
况 ，模拟酸雨用 H SO ：HNO。一1：1的混合酸液调
配而成。淋洗共进行 42个月 。
1．3土壤的取样和培养
土壤用淋洗液淋洗 42个月以后 ，用土钻在盆 内
取新鲜土约 400 g，混合均匀后挑出肉眼可见的石头
和根，并过 2 mm筛。过筛的新鲜土壤分成两份，一
份用于测定土壤活性炭、氨态氮、硝态氮和土壤培
养，另一份风干用于土壤 pH值、有机碳和全氮测
定 。每盆一个土样。
取新鲜土壤 60 g放人塑料小烧杯 中，用蒸馏水
调节土壤的含水率约为土壤饱和持水量的 6O 。
装土的小烧杯和一个装 10 mL蒸馏水的小烧杯直
接放人 1 200 mL的直筒瓶(PVC材料)中，用塑料
薄膜盖口，并用橡皮圈箍紧，以保证密封不透气。装
水的小烧杯放人是保证瓶内土壤的含水量 比较稳
定。直筒瓶密封好后，送人保温在25℃左右的暗室
培养。同时用 8个直筒瓶作为空白。空白用的直筒
瓶内同样放人装有 60 g玻璃珠和 10 mL蒸馏水的
小烧杯各一个。在培养的第 5、12、2O、3O、45、65 d
用医用塑料注射器从直筒瓶边引出的塑料管抽取气
体以测定直筒瓶内温室气体的浓度。每次抽取气体
后打开塑料薄膜，同时打开暗室的门窗和开着风扇
2 h，以保证直筒瓶内的气体与外界完全交换。透气
完后，密封并继续培养，其过程与开始时一样。
1．4样品分析
土壤活性炭用 0．02 mol／L KMnO 氧化比色
法测定(weil等，2003)。氨态氮、硝态氮用 2 mol·
I_『 氯 化 钾提 取，用 比色法 测定 (Anderson等，
1989)。土壤 pH值用 1 mol·L- 氯化钾浸提(水土
比为 2．5：1)后用 pH值计测定。土壤有机碳用重
铬酸钾外加热氧化法(GB 7857—87)测定 。土壤全氮
用半微量开氏法(GB 7173—87)测定。
直筒瓶中CO 、CH 和N 0浓度用整机进口的
HP4890D气相色谱仪测定。该仪器经中国科学院
大气物理研究所专利技术改造后，可同时测定这三
种气体。COz和 CH 检测器为氢焰离子化检测器
(FID)，检测器和分离柱的温度分别为 200℃和 55
℃，载气为高纯氮气，流速为 30 mL／min；N 0检测
器为电子捕获检测器(ECD)，检测器和分离柱的温
度分别为 330℃和 55℃，载气为高纯氮气，流速为
27 mL／min。取样后 24 h内测定完。直筒瓶中气
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1O2 广 西 植 物 27卷
体的浓度减去空白直筒瓶中气体的浓度即为培养期
间气体增加或减少的浓度。增加或减少表示释放或
吸收该气体。所有结果以 105℃恒重为基准。
1．5统计分析
用 SPSS11软件进行相关分析和单因素方差
(ANOVA)统计分析 ，然后用 LSD或 Games—How—
el多重检验法检验温室气体排放速率和累积排放
量在不同时段和不同树种间的差异显著性。
2 结果与分析
2．1不同幼苗种类的盆栽土壤性质
不同幼苗种类的盆栽土壤，其 pH值和碳、氮含
量呈现显著性差异(表 1)。种植荷木的土壤 pH值
显著高于(P
木的土壤显著低于(P
的影响。而土壤有效氮的含量显著性差异只存在于
种植荷木与种植黄果厚壳桂的土壤间。这说明同样
受酸雨胁迫，种植荷木要比种植肖蒲桃和黄果厚壳
桂更能减缓土壤酸化的进程 ，从而促进土壤碳 、氮的
减少。
2．2培养过程中不同幼苗种类的盆栽土壤 CO 排放
差异
在培养过程 中，种植不 同幼苗种类的土壤 CO
排放速率基本上随培养时间的延长均呈不断下降的
趋势(图 1)。种植肖蒲桃、荷木和黄果厚壳桂的土
壤最初 5 d(第 1次取样)的平均排放速率分别为
1．306、1．051和 0．936 mg C·kg- 干土 · ，而到
培养的第 46~65天(第 6次取样)，其平均排放速率
分别为 0．141、0．121和 0．118 mg C·kg 干土 ·
，前后相差达 8～9倍。CO 排放速率随培养时
间的延长而降低，反映了培养土壤中易分解有机物
表 1 种植不同幼苗种类的盆 内土壤 pH值和碳、氮库状况
Table 1 pH value，Carbon and nitrogen characteristics in soil under different seedling species
类
。 篓譬 O rg曩an icNgH4 +-N⋯⋯NO。 -N A 遣vail麓ableN意N
肖蒲桃 Acmera aCU一 3．11 b
minatislma (O．12)
荷木 Schima superba 3．26 a
(0．17)
黄果厚壳桂 Crypto一 3．15 b
carya concinna (O．13)
平均 Mean 3．17
(O．16)
2．81 a
(0．33)
1．64 b
(0．35)
2．75 a
(0．29)
2．40
(O．63)
3．3O a
(2．86)
3．O1 a
(1．31)
3．77 a
(2．71)
3．36
(2．38)
2．8O a
(1．92)
1．55 b
(O．79)
3．52 a
(1．90)
2．62
(1．8O)
0．137 a
(0．013)
0．092 b
(0．028)
O．136 a
(0．Ol4)
O．122
(0．028)
2O．62 a
(2．32)
18．65 a
(4．76)
2O．36 a
(2．55)
19．87
(3．45)
注；同一列标记不同字母为差异显著 (P
lowercase letters mean no differences．Data in parentheses mean E．
随培养的进行而减少。
培养过程中，种植 肖蒲桃 的土壤 Co2排放速率
基本保持最大(除了第 6～12天略小于种植荷木的土
壤)，其次是荷木，黄果厚壳桂最小(图 1)。除了在第
6～12天和第 46~65天土壤 CO。排放速率在不同幼
苗种类间不存在显著差异外，在第O～3O天的C02排
放速率都是种植肖蒲桃的土壤显著的(P
木的土壤都显著的(P
的土壤 C02累积排放总 量分别为 28．2O、23．91和
21．00 mg C·kg- 干土。种植 肖蒲桃 土壤的 C02累
积排放量一直显著的(P
肖蒲桃比种植黄果厚壳桂和荷木的土壤更容易释放
0 。
2．3培养过程中不 同幼苗种类的盆栽土壤 CII4排放
差异
培养过程中，种植不同幼苗种类的土壤 CH 排
放速率随培养时间变化均为(图2)：在培养的最初5 d
负排放(吸收)速率最大(肖蒲桃、荷木和黄果厚壳桂
分别为一1．195、一0．370和一1．540 g·kg 干土 · )，
之后负排放(吸收)速率逐渐减小，到培养第 21～3O
天转为正排放，种植 肖蒲桃、荷木和黄果厚壳桂的土
壤CH 排放速率分别为0．301、0．223和 0．276／．tg·
b ∞ a 8
¨
a
) b b a ) ^^ “∞ ” 。～ 叭㈣～ 哪
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1期 欧阳学军等：盆栽荷木、肖蒲桃和黄果厚壳桂幼苗对土壤温室气体排放影响的培育实验研究 103
kfI干土 ·ct ，随后又转为负排放，并逐渐减弱。
种植不同种类幼苗的土壤 CH 排放速率差异在
培养最初的三个取样时段里最为明显 ，种植荷木的土
壤 CH 吸收速率均最小，种植黄果厚壳桂的土壤吸
收均最大，而种植肖蒲桃的土壤吸收速率在两者之
间，且在种植荷木与肖蒲桃和黄果厚壳桂的土壤之间
呈显著性差异(P
计上差异。仅在第 31～45天，种植荷木与种植肖蒲
桃的土壤存在差异显著性(P<0．O3)。65 d的培养，
种植 肖蒲桃、荷木和黄果厚壳桂的土壤 CH4累积排
放总量分别为一12．012、一0．819和一15．360 g·kg 干
0
o 一
0 0
一 E
3 一
E
3O
5
O
5 12 20 30 45 65 。 5 12 20 30 45 65
培养时间 Peri od of i ncubation(d) 培养时间 Peri od of i ncubation(d)
图 1 培养过程中种植不同幼苗种类的土壤 C02排放速率和累积排放量的变化
Fig．1 C02 emission and cumulative release from soils under different species seedling during incubation
． ． ～ ．
． ：：
。 一
． ． ．‘ ⋯ ◇⋯ 肖蒲{II
．
／ ——·一 荷木
． 、 ， 一 -×一 ·黄果耳 ’ × 一 ～ 一
培养时间 Period of i ncubation(d)
5 12 20 30 45 65
培养时间 Peri od of i ncubati n(d)
图 2 培养过程中种植不同幼苗种类的土壤 CH4排放速率和累积排放量的变化
Fig．2 CH4 emission and cumulative release from soils under diferent species seedling during incubat~n
土，种植荷木土壤的 CH 累积排放量(负排放)一直
显著大于种植黄果厚壳桂和肖蒲桃土壤(P<0．05)
(图2)。这说明种植不同植物种类的土壤 CH 的排
放不同，种植肖蒲桃和黄果厚壳桂比种植荷木更能促
进土壤对 CH 的吸收。
2．4培养过程中不同幼苗种类的盆栽土壤 N2O排放
差异
种植肖蒲桃、荷木和黄果厚壳桂的土壤 N2O排
放速率在最初的 5 d最大，分别为 0．329、0．209和
0．234 mg·kg- 干土 · ，随着培养时间的延长，N2O
排放速率波动下降，到46~65d其排放速率分别下降
到 0．057、0．033和 0．054 mg·kg- 干土 · ，分别为
最初 5d速率的 1／4～1／6(图 3)。其中，种植肖蒲桃
的土壤NzO排放速率波动幅度最大，其在第 6～12
天的速率是第 O～5 d排放速率的 1／23，而到第 31～
45 d的速率又上升到 0．302 mg·kg 干土 · ，与最
初 5 d的速率接近。而种植荷木和黄果厚壳桂的土
壤 NzO排放速率波动幅度较小(图 3)。
对于 NzO的排放 ，在整个培养过程中(除第 6～
12天外)，种植 肖蒲桃的土壤排放速率一直保持最
大，而种植荷木和黄果厚壳桂的土壤 N2O的排放速
率则各有大小。但三者间N O的排放速率始终不存
在统计上的差异性(P>0．05)(图 3)。65 d的培养，
种植肖蒲桃、荷木和黄果厚壳桂的土壤 N2O累积排
放总量分别 7．815、4．390和 3．971 mg·kg- 干土，三
者间NzO的累积排放量始终不存在统计上的差异性
(P>O．05)(图3)。可见，树种对土壤 N20的排放影
响不明显。造成本实验树种间土壤 N2O的排放无差
4 2 O 8 6 4 2 O
1 1 1 O O O O O
—I． ．=o∞≥ I．M ．oM
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104 广 西 植 物 27卷
异的原因可能是：(1)树种间本身差异不明显；(2)受
不同pH值模拟酸雨处理的影响，树种内的差异大于
树种间的差异。数据显示 ，在 6～12 d和 21~30 d种
植三种树种的土壤 N2 O排放速率的变异系数均大于
200 ，在 46~65 d大于100 ，而且在各个时段树种
间土壤 N2O排放速率的变异系数差异也很大。
3 讨论
在实验中，种植 肖蒲桃、荷木和黄果厚壳桂幼苗
的盆栽土壤均来自季风常绿阔叶林，经过相同的模拟
酸雨处理，提供了一致的培养条件，如温度、湿度和通
风等，因此，种植着不同植物种类的土壤在培养过程
中温室气体排放的差异反映了植物种类对土壤温室
气体潜在排放影响的差异。培养过程中，土壤产生或
吸收C02、CH 、N2O等温室气体是一系列土壤微生
物活动的结果，如 C02的产生几乎全部是土壤微生
物分解土壤中的有机成分产生的(Lavele等，2001)，
土壤排放或吸收 CH 直接与土壤产甲烷菌或甲烷氧
化菌的活动紧密相关(丁维新等，2002，2003)，N O主
要来源于微生物的硝化和反硝化过程(Houghton等，
1996)。因此，土壤温室气体潜在排放的差异最终反
映植物种类影响土壤性质的差异，体现出植物种类通
过影响土壤性质进而影响土壤温室气体排放的实质。
5 12 20 30 45 65
培养时间 Period of inoubatioN(d)
图 3 培养过程中种植不同幼苗种类的土壤 N20排放速率和累积排放量的变化
Fig．3 N2 0 emission and cumulative release from soils under diferent species seedling during incubation
表 2 土壤性质与温室气体排放速率和累积排放量的相关系数 (n一60)
Table 2 Correlation coefficient between soil properties and emission as
well as cumulative release of greenhouse gases(n一 60)
表示显著(P
通常认为，土壤有机碳和全氮含量直接或间接地
决定生态系统 CCh排放通量的变化(李明峰等，
2004)。对气体排放与土壤性质作相关分析显示，C02
前 5 d的排放速率和 65 d的累积排放量与有机碳含
量显著正相关，与氨态氮和有效氮含量显著负相关。
然而，本研究 中种植 肖蒲桃的土壤 C02排放大于种
植荷木和黄果厚壳桂的土壤(图1)，似乎不能完全用
表 1中的土壤性质得到解释。因为种植肖蒲桃的土
壤有机碳含量显著高于种植荷木的土壤，但与种植黄
果厚壳桂的土壤没有差异；种植肖蒲桃的土壤有效氮
含量也均与种植荷木和黄果厚壳桂的土壤没有差异。
这可能与树种导致土壤微生物群落组成的差异有关。
Giardina等(2001)研究发现，尽管杨树土壤碳含量高
于松林土壤，但是由于松林土壤碳支持更高的真菌／
细菌比，导致松林土壤释放的碳多于白杨土壤。
土壤中产 CH‘过程与消耗 CH 过程往往同时
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1期 欧阳学军等：盆栽荷木、肖蒲桃和黄果厚壳桂幼苗对土壤温室气体排放影响的培育实验研究 105
存在(Chan等，2000)，土壤 CH 通量是两个过程的综
合。由于本次培养的土壤 pH值远低于产甲烷菌发
挥作用最适宜 的 pH值，为 6．9～7．2(Wang等，
1993)，因此，土壤以消耗 甲烷为主。虽然 CH4前 5 d
的排放速率和 65 d的累积排放量与土壤有机碳、全
氮、硝态氮、活性碳含量显著负相关，与氨态氮含量显
著正相关(表2)，但是种植肖蒲桃和黄果厚壳桂的土
壤 CH 吸收大于种植荷木的土壤(图 2)也不能由表
1的土壤性质得 到完全的解 释。这可能也与树种导
致土壤微生物群落组成的差异有关。
N O主要来 源于硝化和反硝化 等微生物过程
(Houghton等，1996)，其过程必然受到土壤 pH、有机
碳、有效氮、全氮等土壤性质的影响。相关分析显示，
N2O前 5 d的排放速率和 65 d的累积排放量与硝态
氮含量显著负相关，前 5 d的排放速率与有机碳含量
显著正相关，65 d的累积排放量与土壤 pH显著负相
关(表 2)。相关分析结果和表1中的土壤性质的差异
与荷木、肖蒲桃和黄果厚壳桂幼苗栽培下土壤 N O
排放的相似性并不一致。本试验中的土壤性质不能
清楚地解释幼苗种类栽培下土壤 N O排放的相似
性。这说明影响土壤 N2O排放的因素十分复杂。
以上分析说明树木种类或植被类型导致其土壤
温室气体吸收或排放差异不仅是通过植物影响土壤
有机碳和氮含量来实现的，还与其它的因素如微生物
的群落组成等紧密相关。
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