全 文 ：中国生态农业学报 2013年 10月 第 21卷 第 10期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Oct. 2013, 21(10): 12171224


* 国家自然科学基金项目(31071858)、国家重点基础研究发展计划(973 计划)项目(2009CB119000)和现代农业产业技术体系北京市果类
蔬菜创新团队项目资助
** 通讯作者: 陈清(1968—), 男, 博士, 教授, 主要从事设施蔬菜养分资源综合管理研究。E-mail: qchen@cau.edu.cn
任涛(1984—), 男, 博士, 讲师, 主要从事作物养分管理及土壤肥力研究。E-mail: rentao@mail.hzau.edu.cn
收稿日期: 20130320 接受日期: 20130703
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2013.30268
设施菜田土壤呼吸速率日变化特征分析*
任 涛 1,2 李俊良 3 张宏威 3 陈 清 1** 王敬国 1
(1. 中国农业大学资源与环境学院 北京 100193; 2. 华中农业大学资源与环境学院 武汉 430070;
3. 青岛农业大学资源与环境学院 青岛 266109)
摘 要 研究设施菜田土壤呼吸速率日变化特征对于了解 CO2排放对环境和作物生长的影响十分重要。本研究
采用CO2红外分析仪动态箱法在 2009年秋冬季和 2010年冬春季监测了不同有机肥和氮肥处理下设施菜田土壤
呼吸速率的日变化特征。结果表明: 施用有机肥和秸秆明显提高设施菜田土壤呼吸速率, 尤其是在高氮投入下,
鸡粪和小麦秸秆混施土壤呼吸速率明显高于其他处理; 不同季节各处理土壤呼吸速率的日变化特征基本一致,
土壤呼吸速率的最大值出现在 14:00—17:00; 随着温度升高, 土壤呼吸速率逐渐增加, 但是过高的温度和 CO2浓
度均会抑制土壤呼吸速率; 上午 8:00—11:00 测定的土壤呼吸速率值与土壤呼吸速率日平均值基本一致, 可采用
上午 8:00—11:00土壤呼吸速率的观测值评估设施菜田 CO2的排放量; 施肥、温度和温室内近地面 CO2浓度是影
响不同季节土壤呼吸速率日变化的主要因素, 合理调控对于实现设施蔬菜的可持续发展具有重要意义。
关键词 土壤呼吸速率 日变化特征 CO2浓度 温度 施肥 设施菜田
中图分类号: S158.3; S625.5 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2013)10-1217-08
Analysis of daily dynamics of soil respiration rate in greenhouse
vegetable fields
REN Tao1,2, LI Jun-Liang3, ZHANG Hong-Wei3, CHEN Qing1, WANG Jing-Guo1
(1. College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193, China; 2. College of
Resources and Environment, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China; 3. College of Resources and Environment,
Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China)
Abstract As an important component of ecosystem carbon (C) budget, soil respiration is critical for soil-plant C cycle. As an
entirely different cropping system, greenhouse vegetable system is characterized as excessive nutrient input, intensive land use, high
temperature and high humidity and airtight environment. All of these factors have considerable influence on soil respiration rate and
C cycle. With increasing greenhouse vegetable production in China, CO2 emission in greenhouse vegetable systems can not be
ignored in the whole agricultural production system. In addition to studies of seasonal variations of soil respiration rate in greenhouse
vegetable fields, understanding daily variation characteristics of soil respiration rate can enhance the estimation of the effects of CO2
emission on the environment and crop growth in greenhouse vegetable system. Thus this study investigated the driving factors and
characteristics of daily dynamics of soil respiration rate under different organic manure and N (nitrogen) fertilizer inputs in a
greenhouse vegetable field. The infrared gas analyzer (IRGA)-closed chamber technique was used to analyze greenhouse vegetable
conditions in 20092010 in Shouguang City, Shandong Province. Four measurements were taken to determine daily variations in soil
respiration rate during the main growth period. The results showed that the application of organic manure and wheat straw
significantly improved soil respiration rate, especially in the treatments with high N fertilizer where the soil respiration rates were
highest. Although some differences existed in soil respiration rate among different treatments in different seasons, daily dynamics of
soil respiration rate were similar for all the treatments. With rising temperature, soil respiration rate increased steadily and the highest
soil respiration rate occurred 14:0017:00, which was later than the highest temperature. Also with rising temperature, CO2 increased
steadily. High temperature and CO2 concentration inhibited soil respiration rate in greenhouse vegetable fields. Based on the four
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measurements over the study period, soil respiration rates during 8:0011:00 a.m. were similar to daily average rates. This suggested
that soil respiration rate during 8:0011:00 a.m. could be used to estimate CO2 emission in greenhouse fields. Fertilization,
temperature and near-ground CO2 concentration were the main driving factors of the daily dynamics of soil respiration rate. Optimal
regulation was critical for reducing CO2 emission and enhancing sustainable development of greenhouse vegetable production in
China.
Key words Soil respiration rate, Daily dynamics, CO2 emission, Temperature, Fertilization, Greenhouse vegetable
(Received Mar. 20, 2013; accepted Jul. 3, 2013)
过量有机肥和化肥投入、频繁灌溉、高强度土
地利用、高温高湿的密闭环境是设施蔬菜生产不同
于其他农田生态系统的重要特征 [13], 而这些差异
均是影响土壤呼吸速率的重要因素[46]。土地利用方
式改变所导致的土壤呼吸速率变化对全球陆地碳循
环产生重要影响, 因此随着我国设施蔬菜规模的不
断发展, 设施菜田产生的 CO2 是整个农田生态系统
节能减排中必须要考虑的因素。此外设施菜田每年
施用大量有机肥, 不仅提升了土壤有机质, 而且产
生的 CO2 对蔬菜产量也有很大影响[7]。因此研究设
施菜田土壤呼吸速率对于探索设施菜田土壤有机碳
循环以及生产力具有重要意义。
一些研究表明, 设施菜田土壤呼吸速率明显高
于粮田及其他农作物体系 [8], 不同轮作模式下菜田
CO2的周年排放量为 10.3~19.4 t(C)·hm2[9], 高于小
麦、玉米田 CO2的排放量[1011]; 何启伟等[12]测定了
山东省寿光市日光温室内 CO2浓度的季节变化和日
变化, 指出有机肥施用对促进温室内土壤呼吸和提
高 CO2浓度有较大的影响; Arriaga等[13]也发现有机
肥施用后 43 d CO2的累积排放量明显高于对照处理;
岳晓峰[14]发现中等灌溉水平下日光温室土壤呼吸速
率最大 , 并且土壤呼吸速率随施肥量的增加而增
加。设施菜田土壤呼吸速率存在明显的季节性变化,
但设施蔬菜生产中的密闭环境在提高温室内温度 ,
保证作物正常生长的同时 , 也会影响温室内的
空气流动, 进而改变近地面 CO2的交换。Jin 等[7]研
究表明温室内 CO2 浓度呈现明显的日变化, 过高的
CO2 浓度会影响近地面 CO2 的气体交换, 影响土壤
呼吸速率[15], 因此研究中除了关注设施菜田土壤呼
吸速率季节性变化外, 了解温室内 CO2 浓度以及土
壤呼吸速率的日变化特点对于准确评估整个设施蔬
菜生产中 CO2排放具有重要作用。本研究采用 CO2
红外分析仪动态箱法分析不同氮肥及有机肥投入
下设施菜田土壤呼吸速率的日变化特征及影响因素,
为研究设施蔬菜土壤呼吸速率的季节变化以及通过
合理的减排措施减少设施蔬菜生产体系中 CO2排放
提供参考。
1 材料与方法
1.1 供试温室概况
试验于 2009 年 7 月至 2010 年 6 月在山东省寿
光市古城街道罗家村进行[1617]。日光温室是 1999年
修建的后土墙、水泥柱和竹架结构温室(图 1), 常年
覆盖乙烯醋酸乙烯(EVA)多功能复合膜, 每年在 8
月下旬至 9 月上旬更换塑料膜。温室有前风口和上
风口 2 个通风口用以调节棚内的微气候, 前风口通
常在每年 5 月中旬至 9 月下旬打开, 用以降低棚内
温度; 每年 4 月上旬至 10 月下旬间, 上风口一般在
早上 5:00打开, 下午 17:00—18:00关闭; 每年 11月
上旬至来年 3 月下旬, 由于外界温度较低, 只有早上

图 1 试验所选用的温室结构示意图
Fig. 1 General structure of the greenhouse in the long-term field experiment
第 10期 任 涛等: 设施菜田土壤呼吸速率日变化特征分析 1219


8:00—9:00温室内温度达到 15 ℃以上才会打开风口,
下午 14:00—15:00 关闭。遇到阴雨和雨雪天气, 风
口往往关闭。每年 10月下旬至翌年 4月中下旬时使
用稻草帘子作为温室夜间保温措施。
1.2 作物种类
供 试 作 物 为 番 茄 (Lycopersicum esculentum
Mill.), 2009年秋冬茬(8月至翌年 1月, autumn-winter
growing season, AW)和 2010 年冬春茬 (2—6 月 ,
winter-spring growing season, WS)番茄品种分别为
“布鲁斯特”和“罗曼”, 7月为休闲季(fallow, F)。
栽培模式为传统的双行畦栽, 畦宽 1.0 m, 畦间
距 0.4 m, 行距 0.6 m, 株距 0.35~0.40 m。田间日常
生产管理, 包括打药、打叉等均按照农户传统经验
进行。
1.3 试验处理
试验设置 6 个处理: (1)对照(CK), 不施用有机
肥和化学氮肥处理 ; (2)有机肥+秸秆处理(MN+S),
风干鸡粪和小麦秸秆混合后作基肥, 每季风干鸡粪
和小麦秸秆用量分别为 8 t·hm2和 4 t·hm2, 其碳氮
含量见表 1, 不追施化学氮肥; (3)优化氮素处理(RN),
基肥施用 8 t·hm2的风干鸡粪, 在每年 4 月份和 10
月份, 每隔 7~10 d 追施一次氮肥, 共进行 3~4 次追
肥, 每次氮肥追施量为 50 kg(N)·hm2, 两季的氮肥
用量分别为 200 kg(N)·hm2和 150 kg(N)·hm2; (4)优
化氮素+秸秆处理(RN+S), 有机肥与秸秆施用同MN
处理, 化学氮肥施用与 RN处理相同; (5)传统氮素处
理(CN), 基肥施用 8 t·hm2的风干鸡粪, 根据番茄品
种特性、长势以及气候状况由农户确定氮肥追施措
施, 每次追施 120 kg(N)·hm2, 两季的氮肥用量分别
为 480 kg(N)·hm2和 720 kg(N)·hm2; (6)传统氮素+
秸秆处理(CN+S), 有机肥与秸秆施用同 MN 处理,
化学氮肥施用与 CN处理相同。
各处理磷钾肥用量相同, 两季磷钾肥的用量分
别为 180 kg(P2O5)·hm2、90 kg(P2O5)·hm2 和 360
kg(K2O)·hm2、320 kg(K2O)·hm2。本试验所选用的
肥料品种分别为尿素、过磷酸钙和硫酸钾。
试验设置 3次重复, 随机区组排列, MN+S、RN+S
和 CN+S处理小区面积为 32.8 m2, 其余处理小区面积
为 21.8 m2。小区间用塑料膜隔开, 深度为 30 cm。
1.4 测定项目与方法
土壤呼吸速率的测定。本试验采用 CO2红外分析
仪(Infrared Gas Analyzer, IRGA; 芬兰 VAISALA公司
生产的GMP343二氧化碳探头, 量程为 0~3 000 μL·L1,
最小测量精度为 1 μL·L1)动态箱隔根法[18]测定设
施菜田土壤呼吸速率。采样箱体积为 0.5 m×0.3 m×

表 1 试验所施用的有机肥和秸秆中的有机碳、无机碳和
全氮含量
Table 1 Organic C, inorganic C and total N contents of
organic manure and wheat straw used in the experiment
有机肥
Manure
生长季节
Growing season
有机碳
Organic
carbon
(DW, g·kg1)
无机碳
Inorganic
carbon
(DW, g·kg1)
全氮
Total N
(DW,
g·kg1)
2009年秋冬
Autumun-winter in 2009
277 10.5 23.8 风干鸡粪
Chicken
manure 2010年冬春
Winter-spring in 2010
199 9.7 18.2
2009年秋冬
Autumun-winter in 2009
411 — 8.2 小麦秸秆
Wheat
straw 2010年冬春
Winter-spring in 2010
404 — 7.2
“—”表示未测定 “—” means unanalyzed.

0.5 m, 箱体采用 2 mm有机玻璃设计。箱子顶部安装
一个风扇, 用以混匀箱内气体以及降低箱内温度。在
每个小区中间位置安装一个 0.5 m×0.3 m不锈钢底座
(图 2), 底座底部刀口约 10 cm埋到地下, 使水槽上沿
与地表齐平, 边缘用土压实, 防止漏气。采集区内不
种作物, 同时考虑到番茄根系主要分布在 0~30 cm,
因此沿着底座周围埋设 4张 0.3 m深的塑料薄膜, 防
止根系进入采样区。测定时密封水槽内加水, 以保证
箱子连接处的气密性。在整个生育时期保证底座内的
农事操作, 包括灌水、施肥以及耕作与周围土壤相同。
采用小型气泵调节进入红外分析仪的气体, 推
荐流量为 0.5~1 L·min1。测定时, 首先将采样箱顶部
和底部气管(直径 4 mm)分别与红外分析仪的进气口
和出气口相连, 同时接通风扇电源, 然后打开采样
器开关, 待读数稳定(接近棚内此时 CO2 浓度)时扣
上采样箱。当读数增加时开始计数, 0 s读数认为是
此时棚内近地面 CO2浓度, 之后每隔 30 s记录一次
箱内 CO2浓度, 连续记录 240 s。根据单位时间箱内
CO2浓度的变化计算土壤呼吸速率(R2>0.90)。
2009年 3月 1日安装底座, 3月 6日开始测定土
壤呼吸速率。2009年 10月 17日和 11月 18日、2010
年 4 月 19 日和 5 月 26 日每隔 3 h 测定各处理土壤
呼吸速率, 考虑到测定工作量, 仅选取 2 个重复测
定土壤呼吸的日变化特点。在测定土壤呼吸速率日
变化特点的同时 , 在每个时间段分别在温室的东
部、中间和西部 3 个点测定温室内近地面 CO2浓度
的日变化。
温室内微气候的测定。采用自动气象站自动记
录温室内距离地面 1.5 m 处温湿度 (AV-10TH,
AVALON, U.S)、5 cm土壤温度(AV-10T, AVALON,
U.S)和土壤湿度(ECH2O-10, AVALON, U.S)。2009年
秋冬季至 2010 年冬春季温室内主要环境参数的日
变化特点见图 3。
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图 2 土壤呼吸测定仪结构简图
Fig. 2 General structure of IRGA-close chamber used in the experiment

图 3 2009年秋冬季至 2010年冬春季不同时间温室内 5 cm土壤温度和土壤湿度(占田间持水量的百分比)的日变化特点
Fig. 3 Daily dynamics of soil temperature and soil moisture (percentage of field capacity) in 05 cm layer in the greenhouse in
different times from 2009 autumn-winter growing season to 2010 winter-spring growing season
1.5 数据统计与分析
利用 SPSS 17.0 软件对不同处理土壤呼吸速率
日变化的平均值进行方差和相关性分析, 制图采用
OriginPro 8.5软件。
2 结果与分析
2.1 设施番茄土壤呼吸的日变化特点
从 2009 年秋冬季和 2010 年冬春季 4 次土壤呼
吸速率日变化数据可以看出(图 4), 施用有机肥明显
提高设施菜田土壤呼吸速率, 每次监测中均以对照
处理(CK)土壤呼吸速率最低 , 传统氮素+秸秆处理
(CN+S)土壤呼吸速率最高。在施用相同量风干鸡粪
的基础上 , 氮肥投入对土壤呼吸速率的影响较小 ,
除 2009年 10月 17日测定外, 优化氮素处理(RN)和
传统氮素处理(CN)土壤呼吸速率日变化的平均值并
无明显差异。与只施用风干鸡粪处理相比, 风干鸡
粪和小麦秸秆的混施增加土壤呼吸速率, 尤其是在
高氮肥投入情况下, 其土壤呼吸速率明显高于其他
处理。
尽管不同时期不同处理土壤呼吸速率不同, 但
是同一时期, 不同处理土壤呼吸速率日变化趋势基
本相同, 在 2009年 10月 17日和 2010年 5月 16日
两次观测中, 随着温度升高, 各处理土壤呼吸速率
呈现逐渐增加的趋势, 但是土壤呼吸速率的最大值
出现在 14:00—17:00, 晚于温度最高值出现时间 ;
在 2009年 11月 18日和 2010年 4月 19日的观测中,
8:00—11:00 测定的土壤呼吸速率高于 11:00—14:00
测定值, 尤其是 2009 年 11 月 18 日测定中, 随着温
度的升高, 土壤呼吸速率呈逐渐降低的趋势。相对
于白天土壤呼吸速率的明显波动, 进入夜晚后土壤
呼吸速率变化相对平稳, 均维持在一个相对比较低
的水平, 但是在 2009 年 11 月 18 日和 2010 年 4 月
19 日的观测中, 当第 2 天早上重新打开通风口时,
土壤呼吸速率明显增加(图 5)。综合两季 4次土壤呼
吸速率日变化监测的数据来看, 8:00—11:00 测定值
接近当天日变化的平均值, 说明 8:00—11:00的测定
值可以代表土壤呼吸一天的平均值(图 6)。
2.2 温室内近地面 CO2浓度日变化的季节性差异
通风口的开闭是影响温室内近地面 CO2浓度的
重要因素, 在白天通风口打开的情况下, 两个生长
季节温室内近地面 CO2浓度均无明显差异(图 7)。但
进入夜晚后, 由于不同生长季节通风措施不同, 温
室内近地面 CO2浓度呈现明显的季节性变化。2010
年 5月 26日温室通风口一整天均处于打开状态, 因
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图 4 2009年秋冬季至 2010年冬春季不同时间设施番茄不同处理土壤呼吸速率的日平均值
Fig. 4 Daily averages of soil respiration rates under different treatments in the year-round greenhouse tomato planting system in
different times from 2009 autumn-winter growing season to 2010 winter-spring growing season
同一图中不同字母表示处理间土壤呼吸速率的日平均值差异显著(P<0.05)。Different small letters mean significant difference among different
treatments by LSD (P < 0.05).

图 5 2009年秋冬季至 2010年冬春季不同时间设施番茄不同处理土壤呼吸速度的日变化特点
Fig. 5 Daily dynamics of soil respiration rate under different treatments in the year-round greenhouse tomato planting system in
different times from 2009 autumn-winter growing season to 2010 winter-spring growing season
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图 6 2009年秋冬季至 2010年冬春季设施番茄 8:00—
11:00土壤呼吸速率与当天土壤呼吸日平均值的关系
Fig. 6 Relationship between soil respiration rates at
8:0011:00 and the daily average in the year-round greenhouse
tomato planting system from 2009 autumn-winter growing
season to 2010 winter-spring growing season
此温室内 CO2 浓度并未出现明显变化 , 晚上棚内
CO2 浓度和白天浓度接近。2009 年 10 月 17 日当
17:00 关闭通风口后, 温室内 CO2浓度逐渐增加, 在
晚上 23:00 达到最高值。但是由于此时外界温度相
对较高, 并未采取非常严格的保暖措施, 温室存在
漏风的地方, 因此温室内不同位置 CO2 浓度变异较
大。当第 2 天早上通风口重新打开时, 温室内 CO2
浓度逐渐恢复到正常水平。2009年 11月 18日和 2010
年 4月 19日, 由于外界温度较低, 为了保证番茄的正
常生长晚上通常会覆盖稻草帘子, 此时棚内通风条件
变差, 温室内 CO2浓度逐渐升高, 在第 2 天早上 5:00

图 7 2009年秋冬季至 2010年冬春季不同时间设施番茄
供试温室内近地面 CO2浓度的日变化
Fig. 7 Daily dynamics of CO2 concentration near ground
inside the greenhouse in the year-round greenhouse tomato
planting system in different times from 2009 autumn-winter
growing season to 2010 winter-spring growing season
达到最高值, 温室内 CO2最高浓度超过 1 500 μL·L1。
2.3 温室土壤呼吸日排放的影响因素
将测定的土壤呼吸速率值以及测定当天的环
境因素进行分析发现(表 2), 空气温度、5 cm 土壤
温度和近地面 CO2 浓度是影响土壤呼吸速率日变
化的重要因素。随着温度升高, 土壤呼吸速率呈现
出先升高后降低的趋势, 过高的温度会抑制土壤呼
吸速率, 这与前面提到的土壤呼吸速率最高值并非
出现在温度的最高点相吻合。同样随着温室内近地
面 CO2浓度升高, 土壤呼吸速率呈现逐渐增加的趋
势, 但是高浓度 CO2抑制了土壤呼吸速率。
表 2 不同处理温室内土壤呼吸速率日变化和环境参数的相关性分析
Table 2 Relationship between soil respiration rate and environmental parameters in the year-round greenhouse tomato cropping
system
处理
Treatment
空气温度
Air temperature
( )℃
0~5 cm土壤温度
Soil temperature in 0–5 cm layer
( )℃
0~5 cm土壤湿度
Soil moisture in 0–5 cm layer
(%)
近地面 CO2浓度
CO2 concentration near ground
(μL·L1)
CK 0.098 0.023 0.209 ** 0.085
MN+S 0.242** 0.447*** 0.096 0.145*
RN 0.222** 0.196* 0.020 0.102
RN+S 0.237** 0.327*** 0.064 0.331***
CN 0.161* 0.276*** 0.022 0.274***
CN+S 0.271** 0.334*** 0.017 0.156*
***表示相关性极其显著(P<0.001), **表明相关性极显著(P<0.01), *表示相关性显著(P<0.05), 未标明表示相关性不显著。*** means sig-
nificant correlation at P < 0.001, ** means significant correlation at P < 0.01, * means significant correlation at P < 0.05, no mark means no signifi-
cant correlation.

3 讨论和结论
本研究分析了不同有机肥及氮肥投入下设施菜
田土壤呼吸速率日变化特点, 发现有机肥投入是影
响设施菜田土壤呼吸速率的重要原因, 这与其他的
报道基本一致[7,1213]。有机肥施用明显促进了土壤呼
吸速率增加, 并且随着有机肥碳投入量的增加, 土
壤呼吸速率逐渐增加, 小麦秸秆和鸡粪混施处理土
壤呼吸速率高于单施鸡粪处理。雷宝坤等[19]研究指
出, 设施菜田土壤碳氮比明显低于临近粮田, 碳是
土壤微生物的限制因子, 本试验中 0~10 cm 土壤碳
氮比仅为 7.5, 碳源的不足限制了微生物的生长, 因
此小麦秸秆和鸡粪混施补充土壤碳源, 土壤微生物
呼吸作用明显增加。但是在有机肥施用的基础上 ,
第 10期 任 涛等: 设施菜田土壤呼吸速率日变化特征分析 1223


化学氮肥投入对土壤呼吸速率的影响则不同, 微生
物生长限制因子的变化可能是影响氮素影响土壤呼
吸速率变化的重要原因 [2021]。在本试验条件下, 与
传统氮素处理相比, 优化氮素处理减少一半以上的
氮肥投入, 但是在整个体系中两季通过灌溉水和有
机肥带入的氮分别为 99 kg(N)·hm2、185 kg(N)·hm2
和 190 kg(N)·hm2、146 kg(N)·hm2, 氮素可能并不
是微生物生长的限制因子, 因此在传统的只施用风
干鸡粪基础上, 氮肥施用对土壤呼吸速率的影响很
小。但是补充秸秆碳源后, 土壤微生物量和微生物
活性明显提高 [22], 氮素投入促进秸秆碳的分解, 传
统氮素+秸秆处理土壤呼吸速率明显高于优化氮素+
秸秆处理。对于 CK 处理而言, 由于连续 11 季不施
用有机肥和化学氮肥, 土壤有机碳和全氮含量均明显
降低[17], 因此其土壤呼吸速率一直维持较低的水平。
尽管不同处理间土壤呼吸速率存在差异, 但是
试验各处理土壤呼吸速率的日变化特点基本一致 ,
8:00—11:00 测定值与当天日排放的平均值接近, 这
与已报道的其他体系土壤呼吸日排放特点相似[10,23]。
温度是影响土壤呼吸速率的重要因素, 2010 年冬春
季测定的土壤呼吸速率值均高于 2009 年秋冬季值,
这可能与春季土壤温度高有关。一般情况下随着温度
的升高, 土壤呼吸速率呈指数增加的趋势[10,2425]。但
是在本试验条件下, 随着温度升高土壤呼吸速率呈
现先升高后降低的趋势, 高温抑制土壤微生物活性[26],
因此土壤呼吸速率的最高值与温度的最高值两者之
间存在明显的错位。王艳萍等[27]在北京郊区桃园的
监测也发现类似现象, 土壤呼吸速率的最高值出现
在土壤温度上升的阶段 , 并非土壤温度最高值阶
段。温度不仅仅影响了微生物活性, 同样决定了温室
风口的开闭, 进而改变温室内近地面 CO2浓度的变化,
影响土壤呼吸速率。Nakadai 等[15]和王艳萍等[27]发现
土壤呼吸速率和近地面 CO2 浓度呈负相关关系, 高
CO2 浓度抑制了土壤呼吸速率。因此在温度较低的
季节, 温室保温措施非常好, 夜间温室内 CO2 浓度
超过 1 500 μL·L1, 抑制了土壤呼吸速率。当第 2天
早上 8:00 左右重新打开温室通风口时, 温室内 CO2
浓度逐渐恢复到正常水平, 可能短时间刺激土壤呼
吸, 导致测定值偏高, 这可能就是 2009 年 11 月 18
日和 2010年 4月 19日 8:00—11:00测定值高于 11:00
—14:00测定值的重要原因。
设施菜田土壤呼吸速率呈现明显的日变化特点,
有机肥和氮肥施用对设施菜田土壤呼吸速率产生明
显影响, 尤其是有机肥处理。作为设施蔬菜生产体
系中土壤碳的重要来源, 有机肥投入对于维持土壤
肥力具有重要作用, 但是初步研究发现, 小麦秸秆
和鸡粪混施虽然增加了土壤碳源, 但其同样促进了
土壤呼吸, 土壤有机碳基本维持平衡 [17], 直接补充
秸秆碳显然并不是一种非常有效的提升设施菜田土
壤有机质的方法。因此在了解温室内 CO2浓度以及
土壤呼吸速率日变化和季节变化特点的基础上, 进
一步摸清设施菜田土壤碳的循环特征, 探索合理的
措施, 包括有机肥和氮肥施用等, 在减少菜田 CO2
排放的同时, 提高土壤肥力, 对于实现设施蔬菜的
可持续发展具有重要意义。
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