何興佳，盛云燕，謝軍飛

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150000；2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江 大慶 163319；3.北京市園林科學(xué)研究院，北京 100000)

【研究意義】嶗峪苔草(Carexgiraldiana)因其耐寒、耐旱和耐蔭性強(qiáng)，而常被種植在濃密的喬、灌木下的一種地被植物，能形成很好的綠色覆蓋，這種地被植物在北京等地區(qū)得到了大面積的種植，目前針對(duì)城市林下地被生態(tài)系統(tǒng)及其土壤的N2O排放通量的研究還較少，而對(duì)于NO排放通量的研究還未涉及。因此對(duì)這種種植面積廣、適應(yīng)性強(qiáng)的地被植物進(jìn)行溫室氣體排放特征的研究是非常有必要的。【前人研究進(jìn)展】近年來(lái)全球氣候變化及其影響受到人們的高度關(guān)注，而大氣中氧化亞氮(N2O)和一氧化氮(NO，間接溫室氣體)濃度的增加是造成全球氣候變化的重要原因。目前大氣中N2O以每年0.3 %的速度增加，大氣N2O濃度從1750年前的70 ppb升高到了目前的319 ppb(ppb為濃度單位，即每十億個(gè)干空氣氣體分子中所含該種氣體分子數(shù))，在250多年間，增長(zhǎng)了大約18 %。如維持現(xiàn)在的狀態(tài)，不實(shí)行減排措施，預(yù)計(jì)2005年至2050年N2O排放量將增加83 %[1-3]，并且N2O可對(duì)臭氧層造成嚴(yán)重破壞[4]；NO既是生成對(duì)流層O3和酸雨成分HNO3的重要前體物質(zhì)，又作為CH4、NMHCs(非甲烷烴)、CO和N2O等大氣污染成分的氧化劑而參與了復(fù)雜的大氣化學(xué)過(guò)程[5]，作為一種重要的大氣化學(xué)活性氣體，NO的產(chǎn)生和排放顯著影響區(qū)域乃至全球的大氣環(huán)境[6-7]。城市園林綠化作為城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)的重要組成部分，雖然是以生態(tài)為基礎(chǔ)，以提供景觀、休閑娛樂(lè)和城市開(kāi)敞空間為主要目的，但在實(shí)質(zhì)上，城市園林綠化所構(gòu)建的植物生態(tài)系統(tǒng)也會(huì)向大氣中釋放大量的溫室氣體[8-11]。另外，從2010年到2015年，以北京為例，其城區(qū)綠化覆蓋率已由45 %迅速增加到48 %左右，綠地率已由43 %迅速增加到46 %左右。相應(yīng)的園林地被面積約超過(guò)了3000 hm2，隨著北京城市副中心的建設(shè)，一定時(shí)期內(nèi)園林地被面積還會(huì)有所增加(來(lái)源于2015年第8次北京市園林綠化普查數(shù)據(jù))?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】城市綠地生態(tài)系統(tǒng)是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，以林下地被嶗峪苔草和去除表草的土壤為研究對(duì)象，明確兩個(gè)處理的N2O和NO排放是否會(huì)發(fā)生變化及其變化規(guī)律，探究?jī)蓚€(gè)處理的N2O和NO排放與環(huán)境因子的關(guān)系，是了解草坪土壤溫室氣體排放的重要基礎(chǔ)?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究在2018年7-11月進(jìn)行，采用靜態(tài)暗箱法，原位測(cè)定了北京城市典型國(guó)槐人工林-嶗峪苔草生態(tài)系統(tǒng)及其土壤N2O、NO排放通量，并在了解相關(guān)排放通量的季節(jié)變化特征基礎(chǔ)上，結(jié)合環(huán)境影響因子，綜合分析了氣溫與土壤溫濕度對(duì)N2O和NO排放通量的影響關(guān)系，明確各環(huán)境因素對(duì)通量的影響作用，建立適用于北京城市草地土壤溫室氣體排放通量的估算模型(即定量回歸方程)，最終進(jìn)一步探討嶗峪苔草地及其土壤溫室氣體排放通量的差異與影響機(jī)理，從而為合理減緩城市草地溫室氣體排放提供重要指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況與處理

本研究選擇位于北京的城市綠地生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)研究站作為試驗(yàn)區(qū)(東經(jīng)116°43′，北緯39°32′)，該觀測(cè)研究站占地面積3.4萬(wàn)m2，主要由草坪和疏林地(國(guó)槐、紫葉李、銀杏等)組成。另外，該研究站所在的北京氣候?yàn)榈湫偷拇箨懶约撅L(fēng)氣候，年平均氣溫10～12 ℃，1月-7～-4 ℃，7月25～26 ℃，極端最低-27.4 ℃，極端最高42 ℃以上。年平均降雨量600 mm左右，全年降水的80 %集中在夏季(1951-2011年中國(guó)地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集)。

試驗(yàn)時(shí)間為2018年7-11月，選擇北京城市林下綠地應(yīng)用較廣泛的嶗峪苔草開(kāi)展試驗(yàn)，并設(shè)去除地表嶗峪苔草處理(即將地上部植物去除，從而了解土壤的排放)和保持完整的嶗峪苔草地生態(tài)系統(tǒng)2個(gè)處理，每個(gè)處理隨機(jī)3個(gè)重復(fù)，共6個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。每個(gè)小區(qū)大小為100 m2，并在小區(qū)中心位置留出氣體采樣點(diǎn)，氣體采樣點(diǎn)周?chē)? m以?xún)?nèi)不進(jìn)行土壤采樣等擾動(dòng)，試驗(yàn)之前小區(qū)之間土壤理化性質(zhì)與養(yǎng)護(hù)管理基本一致。另外，所選供試小區(qū)均地勢(shì)平坦，利于平行分析和對(duì)照處理，土壤理化性質(zhì)及植被狀況見(jiàn)表1。

1.2 觀測(cè)方法

首先，采用溫室氣體通量研究常用的靜態(tài)暗箱進(jìn)行N2O、NO氣體樣品的采集[12]，該靜態(tài)暗箱由0.4 mm厚的不銹鋼制成，長(zhǎng)、寬、高都為50 cm，箱體四周和頂部覆蓋絕熱材料和反光鋁箔，確保其隔熱性；底座頂緣有水槽，用于采樣時(shí)與采樣箱對(duì)接并密封。箱內(nèi)均裝有空氣攪拌小風(fēng)扇，使箱內(nèi)氣體混合均勻，箱內(nèi)側(cè)裝有溫度探頭來(lái)用溫度計(jì)測(cè)量箱內(nèi)溫度；采樣箱頂端還安裝平衡管(Teflon管，Φ1/4，7 cm長(zhǎng))，以消除因外界因素導(dǎo)致的箱內(nèi)外產(chǎn)生的氣壓差，避免對(duì)觀測(cè)結(jié)果的影響。采樣箱的四周固定一側(cè)設(shè)有采氣孔，采氣孔用直徑為0.2 mm的硅膠管作為材料，連接箱子內(nèi)外，外側(cè)與采氣三通閥相連接。所有接口密封處理后再涂以硅膠密封以保證其氣密性。

表1 土壤理化性質(zhì)及植被狀況Table 1 Soil physical and chemical properties and Vegetation status

注：pH值、土壤有機(jī)碳、土壤全氮的測(cè)定分別參照標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1121.2-2006、NY/T 1121.6-2006、NY/T 1121.24-2012中的方法完成，土壤質(zhì)地機(jī)械組成采用土壤顆粒分析簡(jiǎn)易比重計(jì)法。

將不銹鋼采樣暗箱扣在底座上持續(xù)30 min，此期間用配有三通閥的60 mL塑料注射器，在第0、7、14、21、28分鐘采集氣體樣品，共計(jì)5個(gè)氣體樣品，采集氣體樣品時(shí)，將配有三通閥的醫(yī)用塑料注射器與箱體側(cè)面的采樣接口連接，通過(guò)注射器上的三通閥抽取10 mL氣體清洗一次采樣管路，接著抽取60 mL氣體樣品保存。該氣體樣品將用于測(cè)定N2O濃度，并進(jìn)而求算氣體的排放通量。

NO的采集是在上述注射器采第一針之前，用氣泵抽取大約2.0 L大氣中的本底氣體，在注射器采完最后一針后，同樣用氣泵抽取箱內(nèi)大約2.0 L氣體(這個(gè)體積是由42i NO-NO2-NOx分析儀要求決定的，該儀器需要至少1.0 L氣體樣品沖洗氣路，并流過(guò)反應(yīng)池才能得到穩(wěn)定的檢出濃度)，儲(chǔ)存在5.0 L容積鋁箔復(fù)合膜氣袋(大連德霖氣體包裝有限公司生產(chǎn)，經(jīng)驗(yàn)證對(duì)N2O、NO氣體是惰性的)內(nèi)進(jìn)行避光保存。

在采集箱內(nèi)氣體樣品時(shí)，同時(shí)通過(guò)便攜式JM624溫度計(jì)(天津今明儀器有限公司)記錄了箱內(nèi)氣溫(采樣箱內(nèi)安裝有數(shù)字溫度傳感器，精度±0.1 ℃)，并結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀笳镜拇髿鈮簲?shù)據(jù)，用于在通量計(jì)算中將標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體密度矯正到實(shí)際大氣狀況下的密度。另外，氣溫小時(shí)值通過(guò)自動(dòng)氣象站(精度±0.1 ℃)獲取，土壤5、10 cm處溫濕度小時(shí)值則通過(guò)HOBO H21-USB小型自動(dòng)氣象站(美國(guó)Onset公司，土壤溫度精度±0.2 ℃，土壤濕度精度±3 %)記錄。

氣袋樣品中的N2O濃度，通過(guò)Agilent 7890B氣相色譜儀(美國(guó)安捷倫科技有限公司，峰面積重現(xiàn)性< 1 %相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差)當(dāng)天完成測(cè)定。對(duì)于NO濃度的測(cè)定，則在采樣結(jié)束后3 h內(nèi)，通過(guò)42i NO-NO2-NOx分析儀(美國(guó)賽默飛世爾公司，60 s平均時(shí)間零點(diǎn)噪音0.2 ppb RMS)完成。另外，每?jī)蓚€(gè)月用同一廠(chǎng)商提供的標(biāo)定系統(tǒng)進(jìn)行一次NOx分析儀的標(biāo)定，所使用的NO標(biāo)準(zhǔn)氣體由國(guó)家標(biāo)物中心提供。

1.3 氣體排放通量的計(jì)算

關(guān)于N2O、NO氣體排放通量的計(jì)算，則是通過(guò)采樣箱密封后箱內(nèi)氣室的溫室氣體濃度初始變化率及同時(shí)記錄的箱內(nèi)氣溫和測(cè)定氣壓值來(lái)確定。這個(gè)初始變化率(dCt/dt|t=0)通過(guò)對(duì)箱子密封期間的5次濃度測(cè)定值隨時(shí)間的變化進(jìn)行非線(xiàn)性擬合而求得，具體地，用一階動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行擬合，然后根據(jù)擬合方程的參數(shù)和測(cè)定的初始濃度進(jìn)行求算。具體算法描述如下：

Ct=k1/k2+ (C0-k1/k2) e-k2t

(1)

式中，k1和k2分別為總排放速率及其損失率，t為采樣時(shí)間，Ct為任意時(shí)刻的濃度，C0為初始濃度。根據(jù)k2值的大小可判定Ct是否確實(shí)隨t而呈非線(xiàn)性變化。如果k2≤ 0.01，認(rèn)為非線(xiàn)性變化不存在，在這種情況下，如果也不存在顯著的直線(xiàn)相關(guān)關(guān)系，則認(rèn)為此次通量測(cè)定無(wú)效，但一旦存在顯著的直線(xiàn)相關(guān)關(guān)系(P< 0.05)，則直接令直線(xiàn)的斜率為dCt/ dt|t = 0的值。如果k2> 0.01，認(rèn)為非線(xiàn)性變化確實(shí)存在。

dCt/dt|t = 0=k1-k2×C0

(2)

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

數(shù)據(jù)整理計(jì)算和圖表制作采用Excel 2019和Origin Pro 8，相關(guān)性分析則通過(guò)SPSS 19.0軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 嶗峪苔草地及其土壤的N2O排放通量變化特征及其影響因素

2.1.1 N2O排放通量的季節(jié)變化特征 從圖1可以看出，在夏季7、8月中，嶗峪苔草地生態(tài)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)嶗峪苔草地)N2O排放通量峰值出現(xiàn)在7月10日(57.96 μg·m-2·h-1)，谷值則出現(xiàn)在8月30日(12.98 μg·m-2·h-1)。而在秋季的9、10、11月中，嶗峪苔草地N2O的排放通量先高后降低，其最大排放通量出現(xiàn)在9月12日(38.32 μg·m-2·h-1)，最小排放通量出現(xiàn)在11月15日(6.36 μg·m-2·h-1)。

另外，嶗峪苔草地土壤N2O排放通量的夏季峰值則出現(xiàn)在7月10日(65.48 μg·m-2·h-1)，谷值出現(xiàn)在8月29(15.63 μg·m-2·h-1)，嶗峪苔草地土壤N2O平均排放通量為。秋季峰值與谷值則分別出現(xiàn)在9月12日(30.48 μg·m-2·h-1)與11月15日(1.88 μg·m-2·h-1)。

嶗峪苔草地夏季與秋季的N2O平均排放量分別為27.77、16.33 μg·m-2·h-1。而峪苔草地土壤夏季與秋季的N2O平均排放量則分別為37.82、10.19 μg·m-2·h-1。在夏、秋兩個(gè)季節(jié)中，嶗峪苔草草地及其土壤均是N2O的排放源。嶗峪苔草地及其土壤N2O排放通量均表現(xiàn)出夏季排放通量大于秋季的規(guī)律。

在整個(gè)觀測(cè)期(7-11月)，嶗峪苔草地N2O通量變化范圍為6.36～57.96 μg·m-2·h-1，平均排放通量為21.63 μg·m-2·h-1，其土壤N2O通量變化范圍為1.88～65.48 μg·m-2·h-1，平均排放通量為22.99 μg·m-2·h-1，嶗峪苔草地N2O平均排放通量略低于其土壤排放通量。

圖1 嶗峪苔草地及其土壤的N2O排放通量的季節(jié)變化Fig.1 Seasonal variation of N2O emission fluxes in Carex giraldiana grassland and soil

此外，通過(guò)對(duì)N2O的月平均排放通量的比較，還可以了解到嶗峪苔草地及其土壤N2O通量的月變化特征明顯，嶗峪苔草草地排放通量大小依次為7月(33.00 μg·m-2·h-1)>8月(21.97 μg·m-2·h-1)>9月(26.10 μg·m-2·h-1)>10月(9.66 μg·m-2·h-1)>11月(9.47 μg·m-2·h-1)，不同月份間排放通量差異顯著(P<0.05，圖2)。

而嶗峪苔草地土壤排放通量大小依次為8月(44.86 μg·m-2·h-1)>7月(30.00 μg·m-2·h-1)>9月(16.96 μg·m-2·h-1)>10月(5.92 μg·m-2·h-1)>11月(5.15 μg·m-2·h-1)，不同月份間排放通量差異顯著(P<0.05，圖2)。

2.1.2 N2O排放通量與環(huán)境因素的關(guān)系 通過(guò)相關(guān)性分析(表2)發(fā)現(xiàn)，嶗峪苔草地的N2O排放通量與氣溫(Tair)、土壤5 cm處溫度(T5)、土壤10 cm處溫度(T10)、土壤5 cm處濕度(H5)、土壤10 cm處濕度(H10)都達(dá)到了極顯著的相關(guān)性，Pearson相關(guān)系數(shù)均超過(guò)了0.500(P<0.01)。嶗峪苔草地土壤N2O排放通量與Tair、T5、T10、H5和H10也都達(dá)到了極顯著的相關(guān)性，Pearson相關(guān)系數(shù)均超過(guò)了0.700(P<0.01)。很顯然，土壤溫濕度均會(huì)影響嶗峪苔草地及其土壤N2O的排放，這與其他研究者得出的溫濕度與N2O通量呈顯著正相關(guān)一致[13-14]。

為進(jìn)一步明確N2O排放通量與環(huán)境因素之間的定量關(guān)系，還對(duì)草地及其土壤N2O通量與各環(huán)境因子進(jìn)行回歸分析，并通過(guò)綜合分析比較了各個(gè)擬合模型的R2和相關(guān)性水平，最終確定了適合的擬合方程(圖3)。從圖3(A～E)也可以看出，在溫度方面，Tair、T5、T10和嶗峪苔草地N2O排放通量之間適合用指數(shù)方程模擬，擬合度相對(duì)較好，指數(shù)方程的R2分別為0.5896、0.6003和0.5901，達(dá)到了極顯著的水平(P<0.01)；在土壤濕度方面，H5、H10和嶗峪苔草地N2O通量之間適合用指數(shù)方程模擬，擬合度相對(duì)較好，R2分別為0.3703、0.3307，達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。

不同小寫(xiě)字母表示P<0.05。下同Different capital letters mean significant difference at 0.05 level. The same as below圖2 嶗峪苔草地及其土壤N2O月平均排放通量的變化Fig.2 Change of monthly average N2O emission flux of Carex giraldiana grassland and soil

對(duì)于嶗峪苔草地土壤，從圖3(F～J)和表3可以看出，指數(shù)方程同樣能夠很好地模擬溫度與排放通量之間的關(guān)系，與Tair、T5和T10土壤溫度模擬的R2分別為0.7611、0.7663和0.7612，達(dá)到了極顯著的水平(P<0.01)；H5、H10與土壤N2O通量之間指數(shù)方程的R2分別為0.5467、0.5124，達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。

2.2 嶗峪苔草地及其土壤的NO排放通量變化特征與影響因素

2.2.1 NO排放通量的季節(jié)變化特征 從圖4中可以看出，在夏季7、8月中，通量以多峰的形式變化，嶗峪苔草地NO最大排放通量出現(xiàn)在8月30日(54.88 μg·m-2·h-1)，最小排放通量出現(xiàn)在7月6日(15.62 μg·m-2·h-1)。而在秋季的9、10、11月份中，NO排放通量開(kāi)始呈上升趨勢(shì)，最大排放通量出現(xiàn)在9月27日(62.67 μg·m-2·h-1)，最小排放通量出現(xiàn)在11月28日(3.72 μg·m-2·h-1)。

表2 N2O排放通量與各環(huán)境因素的相關(guān)關(guān)系Table 2 Correlation between N2O emission fluxes and environmental factors in Carex giraldiana grassland and soil

注：*在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；** 在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)
Note: * means significant correlation at 0.05 level (both sides); ** mean significant correlation at 0.01 level (both sides). The same as below.

圖3 嶗峪苔草地及其土壤N2O排放通量與各環(huán)境因素的回歸關(guān)系Fig.3 Regression relationship between N2O emission flux and environmental factors in Carex giraldiana grassland and soil

而嶗峪苔草地土壤的夏季NO最大排放通量出現(xiàn)在8月30日(30.89 μg·m-2·h-1)，最小排放通量出現(xiàn)在7月1日(10.33 μg·m-2·h-1)。進(jìn)入秋季后，土壤NO最大排放通量出現(xiàn)在9月27日(51.90 μg·m-2·h-1)，最小排放通量出現(xiàn)在11月23日(2.06 μg·m-2·h-1)。

嶗峪苔草地夏季與秋季的NO平均排放量分別為24.48、22.52 μg·m-2·h-1。而峪苔草地土壤的NO平均排放量則分別為17.77、17.03 μg·m-2·h-1。在夏、秋兩個(gè)季節(jié)中，嶗峪苔草草地及其土壤均是NO的排放源。嶗峪苔草地及其土壤NO排放通量也均表現(xiàn)出夏季排放通量大于秋季的規(guī)律。

在整個(gè)觀測(cè)期(7-11月)，嶗峪苔草地NO排放通量的變化范圍為3.72～62.67 μg·m-2·h-1，平均排放通量為23.43 μg·m-2·h-1；嶗峪苔草地土壤NO排放通量的變化范圍為2.06～51.90 μg·m-2·h-1，平均排放通量為17.37 μg·m-2·h-1，嶗峪苔草地NO平均排放通量略高于其土壤NO排放通量。

圖4 嶗峪苔草地及其土壤NO排放通量的季節(jié)變化Fig.4 Seasonal variation of NO emission fluxes in Carex giraldiana grassland and soil

此外，通過(guò)對(duì)NO月平均排放通量的比較，還可以發(fā)現(xiàn)嶗峪苔草地NO月平均排放通量大小依次為9月(41.64 μg·m-2·h-1)>8月(27.78 μg·m-2·h-1)>7月(21.51 μg·m-2·h-1)>10月(12.05 μg·m-2·h-1)>11月(6.93 μg·m-2·h-1)，不同月份的平均排放通量差異顯著(P<0.05，圖5)。

嶗峪苔草地土壤NO月平均排放通量大小則依次為9月(30.80 μg·m-2·h-1)>8月(18.81 μg·m-2·h-1)>7月(16.83 μg·m-2·h-1)>10月(10.10 μg·m-2·h-1)>11月(5.27 μg·m-2·h-1)，不同月份間排放通量差異顯著(P<0.05，圖5)。

2.2.3 NO排放通量與環(huán)境因素的關(guān)系 通過(guò)相關(guān)性分析可以發(fā)現(xiàn)，嶗峪苔草地NO排放通量與Tair、T5、T10都達(dá)到了極顯著的相關(guān)性(P<0.01)，Pearson相關(guān)系數(shù)分別為0.439、0.486、0.487，但與H5、H10沒(méi)有達(dá)到顯著的相關(guān)性。嶗峪苔草地土壤NO排放通量與Tair達(dá)到了顯著的相關(guān)性(P<0.05)，相關(guān)系數(shù)為0.364，與T5、T10達(dá)到了極顯著的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.419、0.420(P<0.01，表4)。

從表4可以看出，在0～10 cm土壤溫度范圍內(nèi)，隨著土壤深度的增加，NO排放通量和溫度之間的相關(guān)系數(shù)也增大，但排放通量與土壤0～10 cm土壤濕度相關(guān)關(guān)系不密切，說(shuō)明氣溫和土壤溫度是影響NO排放的關(guān)鍵因子，相比土壤濕度，NO排放對(duì)溫度的變化更敏感。

圖5 嶗峪苔草地及其土壤NO排放通量月變化特征Fig.5 Monthly variation characteristics of NO emission fluxes in Carex giraldiana grassland and soil

通過(guò)進(jìn)一步的回歸分析，發(fā)現(xiàn)Tair、T5、T10與嶗峪苔草地NO排放通量之間適合用指數(shù)方程來(lái)模擬(圖6 A～C)，擬合度相對(duì)較好，指數(shù)的R2分別為0.4254、0.4817、0.4771，達(dá)到了極顯著的水平(P<0.01，表5)。而H5、H10和通量之間相關(guān)性較差，不適合用方程來(lái)擬合。

對(duì)于嶗峪苔草地土壤，如圖6(D～F)所示，指數(shù)方程同樣能夠很好地模擬溫度與NO排放通量之間的關(guān)系，模擬方程的R2均分別為0.3735、0.4258、0.4216，達(dá)到了極顯著的水平(P<0.01，表5)。而H5、H10和通量之間相關(guān)性較差，同樣不適合用方程來(lái)擬合。

3 討 論

3.1 嶗峪苔草地及其土壤N2O、NO排放通量的變化規(guī)律

關(guān)于N2O排放通量，本研究發(fā)現(xiàn)北京城市林下嶗峪苔草地及其土壤均表現(xiàn)出“夏高秋低”的特點(diǎn)，即夏季排放大于秋季的規(guī)律。在整個(gè)觀測(cè)期(7-11月)，去除地上部嶗峪苔草的處理對(duì)N2O排放通量有著明顯的影響，嶗峪苔草地N2O平均排放通量低于其土壤的排放，造成這種原因可能是由于草地去除了地上部生物量，土壤通透性較好，減少了N2O向大氣中傳輸過(guò)程中植物自身的消耗。其次，在適宜的水熱條件下，通透性較好的土壤硝化和反硝化作用能夠產(chǎn)生更多的N2O[15]，造成了嶗峪苔草地土壤N2O排放通量較大，這與宋婭妮對(duì)西北內(nèi)陸干旱區(qū)5種栽培草地溫室氣體排放特征的研究結(jié)果相類(lèi)似[16]。

表4 嶗峪苔草地及其土壤NO排放通量與各環(huán)境因素的相關(guān)關(guān)系
Table 4 Correlation between NO emission fluxes and environmental factors inCarexgiraldianagrassland and soil

皮爾遜PearsonTairT5T10H5H10嶗峪苔草地0.439??0.486??0.487??0.0950.103嶗峪苔草地0.364?0.419??0.420??0.0440.046

圖6 嶗峪苔草地及其土壤的NO排放通量與各環(huán)境因素的回歸關(guān)系Fig.6 Regression relationship between NO emission flux and environmental factors in Carex giraldiana grassland and soil

關(guān)于NO排放通量，嶗峪苔草地及其土壤也均表現(xiàn)出“夏高秋低”的特點(diǎn)，在整個(gè)觀測(cè)期(7-11月)，北京城市林下嶗峪苔草地NO排放高于其土壤的排放。需要注意的是，NO排放通量峰值多出現(xiàn)在9月份，這是由于9月下旬北京地區(qū)陰雨天較多，集中的降雨使土壤由干變濕，加上適宜的溫度，造成了NO排放通量出現(xiàn)峰值的現(xiàn)象，這和韋云東[17]對(duì)茶園生態(tài)系統(tǒng)一氧化氮年排放特征的研究結(jié)果相吻合。

3.2 環(huán)境因子對(duì)N2O和NO排放通量的影響

通過(guò)對(duì)2個(gè)季節(jié)的野外原位的觀測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)嶗峪苔草地及其土壤N2O排放通量與溫度之間呈現(xiàn)極顯著的正相關(guān)，均適合用指數(shù)方程模擬，這與其他研究者的結(jié)果相一致，其在對(duì)溫帶地區(qū)草原和農(nóng)田土壤研究中均發(fā)現(xiàn)N2O排放與土壤溫度呈正相關(guān)關(guān)系[18-19]；在土壤濕度方面，也均適合用指數(shù)方程模擬。

在NO排放方面，發(fā)現(xiàn)嶗峪苔草地及其土壤NO排放通量與溫度之間均也適合用指數(shù)方程來(lái)模擬，這和阿茹罕[20]研究結(jié)果類(lèi)似。進(jìn)一研究步發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度在15～20 ℃之間時(shí)，嶗峪苔草地NO排放通量達(dá)到高峰，當(dāng)溫度在17～22 ℃時(shí)，土壤NO排放通量達(dá)到高峰，說(shuō)明這兩個(gè)溫度區(qū)間是影響嶗峪苔草地及其土壤NO排放通量的關(guān)鍵環(huán)境因子，比較適合土壤微生物的活動(dòng)[21]，這和蔡延江等人的研究結(jié)果基本一致[22]。

當(dāng)土壤溫度<10 ℃，會(huì)抑制微生物酶的活性而影響N2O、NO的排放[23-24]，出現(xiàn)了N2O、NO排放通量幾乎監(jiān)測(cè)不到的現(xiàn)象，主要是因?yàn)檩^低的土壤溫度(<10 ℃)抑制了微生物硝化和反硝化反應(yīng)的發(fā)生，導(dǎo)致草地及其土壤N2O、NO排放通量較低的情況。這和其他研究者研究的結(jié)果類(lèi)似，如 Yao 等對(duì)亞熱帶蔬菜地的研究表明，由于秋冬季節(jié)的低溫限制，即使在施肥和灌溉的條件下，土壤N2O和NO排放仍然較低[25]。

需要注意的是，雖然本研究得出的嶗峪苔草地及其土壤NO排放通量與土壤濕度相關(guān)性較差，但大量的田間和室內(nèi)試驗(yàn)研究表明土壤濕度也會(huì)影響排放，NO排放存在一個(gè)最適宜土壤水分含量范圍，其值為30 %～60 % WFPS，該值過(guò)高(>60 % WFPS)或過(guò)低(<10 % WFPS)時(shí)，土壤NO排放均明顯受到抑制[26-27]，7月份NO排放通量相對(duì)較低的現(xiàn)象，就可能與北京夏季降雨次數(shù)較多且為暴雨，而導(dǎo)致土壤水分含量過(guò)高有關(guān)。

此外，在8月27日和9月30日強(qiáng)降雨使土壤由干變濕，這種強(qiáng)烈的干濕作用導(dǎo)致了嶗峪苔草草地及其土壤出現(xiàn)NO脈沖式排放的現(xiàn)象。研究表明，農(nóng)田或草原土壤干濕交替能明顯促進(jìn)N2O和NO排放，其原因是干濕作用使土壤有效碳和氮的礦化量增加，同時(shí)促進(jìn)了土壤微生物的活性[28]。這和阿罕茹[20]、Borken W[29]等人研究結(jié)果相似。

4 結(jié) 論

關(guān)于N2O排放通量，本研究發(fā)現(xiàn)北京城市林下嶗峪苔草地及其土壤均表現(xiàn)出“夏高秋低”的特點(diǎn)，即夏季排放大于秋季的規(guī)律。在整個(gè)觀測(cè)期(7-11月)，嶗峪苔草地N2O通量變化范圍為6.36～57.96 μg·m-2·h-1，平均排放通量為21.63 μg·m-2·h-1，其土壤N2O通量變化范圍為1.88～65.48 μg·m-2·h-1，平均排放通量為22.99 μg·m-2·h-1，嶗峪苔草地N2O平均排放通量略低于其土壤排放通量。

而在NO排放通量方面，嶗峪苔草地及其土壤也均表現(xiàn)出“夏高秋低”的特點(diǎn)，在整個(gè)觀測(cè)期(7-11月)，嶗峪苔草地NO排放通量的變化范圍為3.72～62.67 μg·m-2·h-1，平均排放通量為23.43 μg·m-2·h-1；嶗峪苔草地土壤NO排放通量的變化范圍為2.06～51.90 μg·m-2·h-1，平均排放通量為17.37 μg·m-2·h-1，嶗峪苔草地NO平均排放通量略高于其土壤NO排放通量。

此外，氣溫和土壤溫濕度都是影響N2O和NO排放的關(guān)鍵環(huán)境因子，嶗峪苔草地及其土壤N2O、NO排放通量與溫濕度之間均呈現(xiàn)極顯著的正相關(guān)，適合用指數(shù)方程模擬；NO排放通量與溫度之間也呈現(xiàn)極顯著的正相關(guān)，適合用指數(shù)方程擬合，但需要注意的是，本研究發(fā)現(xiàn)嶗峪苔草地及其土壤NO排放通量與土壤濕度相關(guān)性較差。需要補(bǔ)充的是，嶗峪苔草及其土壤N2O、NO的排放是多個(gè)環(huán)境因子共同作用的結(jié)果，其中包括一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)、生物反應(yīng)。本文就各環(huán)境因子對(duì)N2O、NO氣體排放通量的影響做了初步的探討，今后還要進(jìn)一步研究土壤理化性質(zhì)和土壤微生物等因素的影響，為減緩草坪土壤溫室氣體排放提供理論指導(dǎo)。