不同CO2濃度和施氮水平對(duì)麥田CO2凈通量的影響

黨慧慧 劉超 夏曄 伍翥嶸 王圓媛 胡正華 陳書濤

0 引言

氣候變暖為全球普遍關(guān)注,而CO2作為大氣中最重要的溫室氣體之一,對(duì)全球溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)高達(dá)70%[1]．大氣CO2濃度已從工業(yè)革命前的280 μmol·mol-1增加到目前的414 μmol·mol-1,且未來還有持續(xù)增加的趨勢(shì)[2]．農(nóng)田是陸地生態(tài)系統(tǒng)與大氣圈碳素交換的重要場(chǎng)所,一方面,綠色植物通過光合作用固定大氣中的CO2,表現(xiàn)為匯,另一方面,農(nóng)田通過土壤和植物呼吸向大氣釋放CO2,表現(xiàn)為源[3]．小麥?zhǔn)侵袊饕r(nóng)作物之一,其種植面積約為2.338×107hm2[4]．麥田CO2通量研究有助于更好地理解農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的地球化學(xué)循環(huán)過程及其反饋機(jī)制．

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)對(duì)固定大氣中的CO2具有較大的潛力,在人為與自然因素共同影響下,表現(xiàn)為動(dòng)態(tài)變化過程．在未來高CO2濃度環(huán)境條件下,國際學(xué)術(shù)界越來越重視農(nóng)田土壤有機(jī)碳庫的變化對(duì)大氣的源匯效應(yīng)[5-6]．張旭博等[7]研究發(fā)現(xiàn)大氣CO2濃度的改變會(huì)影響凈初級(jí)生產(chǎn)力、碳投入和碳分解速率等因素,進(jìn)而改變農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程．Norby等[8]和Bloor等[9]研究表明,植物通過光合作用將大氣中的CO2固定到植物體內(nèi),又通過根系分泌物、凋落物及根系生物量等將一部分光合碳輸入到土壤中．因此,CO2濃度升高會(huì)改變光合產(chǎn)物的積累,進(jìn)而在時(shí)間和空間上影響農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳庫的轉(zhuǎn)化與更新過程．此外,氮肥是影響冬小麥生長(zhǎng)發(fā)育的重要因素,氮素既通過影響葉綠素、核酮糖1,5-二磷酸羧化/加氧酶(Rubisco)及光合器官結(jié)構(gòu)直接影響CO2同化,又通過影響植株生長(zhǎng)發(fā)育間接影響CO2同化、光合產(chǎn)物積累和對(duì)光合作用的反饋調(diào)節(jié)[10]．氮肥的施用還增加了土壤養(yǎng)分含量,進(jìn)而增強(qiáng)土壤微生物活性,促進(jìn)有機(jī)質(zhì)礦化,使土壤呼吸作用增強(qiáng)[11]．氮肥可能通過影響小麥的干物質(zhì)積累、土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤微生物量及其活性等進(jìn)而對(duì)麥田CO2通量產(chǎn)生影響[12-13]．

麥田生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換及其對(duì)環(huán)境因子的響應(yīng)研究是理解陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程的關(guān)鍵．近年來,國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)麥田生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換開展了一系列的相關(guān)研究,主要集中在小麥生長(zhǎng)季土壤呼吸、CO2通量特征及其影響因素等方面[14-15],然而,目前對(duì)不同CO2濃度和施氮水平對(duì)麥田CO2凈交換缺乏研究．本研究通過分析兩因素相互作用對(duì)麥田生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換的影響,有助于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)麥田碳通量對(duì)大氣CO2濃度升高及不同施氮水平的響應(yīng)機(jī)制,將會(huì)為預(yù)測(cè)未來氣候條件對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳平衡的可能影響提供科學(xué)依據(jù)[16]．

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域與材料

試驗(yàn)地點(diǎn)位于南京信息工程大學(xué)農(nóng)業(yè)氣象與生態(tài)試驗(yàn)站(118°86′E,32°16′N),屬亞熱帶季風(fēng)氣候,年降水量為1 110 mm,相對(duì)濕度為76%,年平均溫度為15.6 ℃．供試土壤為潴育型水稻土(灰馬肝土屬),耕作層為壤質(zhì)黏土,黏粒的含量為26.1%、pH(H2O)值為6.3、有機(jī)碳和全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為11.95和1.45 g·kg-1．供試冬小麥品種揚(yáng)麥22號(hào),為弱筋小麥,全生育期176 d．冬小麥主要生育期如表1所示,水分等其他管理措施與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)方式一致．

表1 冬小麥主要生育期Table 1 Main growth stages of winter wheat

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

利用由12個(gè)開頂箱(OTC)組成的CO2自動(dòng)調(diào)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)CO2濃度升高．OTC為高3 m、底面積10 m2、對(duì)邊直徑3.75 m的正八邊形棱柱體,鋁合金框架,覆蓋高透光性普通玻璃(厚度3 mm,透光率>90%)．為了減緩氣體散失速度,頂部開口向內(nèi)傾斜45°．每個(gè)OTC內(nèi)配備了CO2傳感器(GMM222,Vaisala,Finland),量程0～2 000 μmol·mol-1,精度±20 μmol·mol-1,懸掛于土壤表面1.5 m高處．不同CO2濃度升高水平由自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)．自動(dòng)控制系統(tǒng)包括CO2感應(yīng)模塊、閥控制模塊、流量控制模塊、加壓模塊、主控板、數(shù)據(jù)采集等．利用杜瓦罐液態(tài)CO2作為氣源(CO2純度99%)．CO2傳感器每2 s向自動(dòng)控制系統(tǒng)反饋OTC內(nèi)部的實(shí)時(shí)CO2濃度．當(dāng)CO2濃度低于目標(biāo)濃度時(shí),控制系統(tǒng)自動(dòng)打開電磁閥,向OTC補(bǔ)充CO2氣體,反之電磁閥保持關(guān)閉．

試驗(yàn)的主處理為不同CO2濃度,設(shè)置3個(gè)濃度水平:背景大氣CO2濃度(CK)、比CK高120 μmol·mol-1(C1)、比CK高200 μmol·mol-1(C2)．每個(gè)濃度水平處理有4個(gè)OTC重復(fù)．不同CO2濃度處理從小麥返青開始至成熟結(jié)束．

試驗(yàn)的副處理為不同施氮量,每個(gè)OTC內(nèi)設(shè)置2個(gè)氮肥水平:常規(guī)施氮量(N1,25 g·m-2)和低氮肥量(N2,15 g·m-2)．肥料運(yùn)籌包括基肥、返青肥和拔節(jié)-孕穗肥,基肥用復(fù)合肥(N、P和K的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為15%),返青肥和拔節(jié)-孕穗肥用尿素(N質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46.6%).基肥占50%(N1:12.5 g·m-2;N2:7.5 g·m-2．以N計(jì))、返青肥占35%(N1:8.75 g·m-2;N2:5.25 g·m-2．以N計(jì))、拔節(jié)-孕穗肥占15%(N1:3.75 g·m-2;N2:2.25 g·m-2．以N計(jì))．

主處理和副處理的組合為:CKN1、C1N1、C2N1、CKN2、C1N2、C2N2,共6種處理,每種處理有4個(gè)重復(fù)．

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 CO2凈通量的測(cè)定

采用靜態(tài)明箱-高精度氣體分析儀法測(cè)定CO2凈通量．靜態(tài)箱為高透光率有機(jī)玻璃圓筒(高1 m,內(nèi)徑20 cm),頂部留有3個(gè)圓孔,用于安裝溫度計(jì)和進(jìn)出氣管線．在OTC小麥種植區(qū)提前安裝好無底采樣底座(高5 cm,內(nèi)徑20 cm),底座上沿有1.5 cm寬的凹槽,與靜態(tài)箱剛好吻合,觀測(cè)時(shí)往凹槽注水以密封靜態(tài)箱和底座．使用LGR超便攜式溫室氣體分析儀(型號(hào)915-0011,Los Gatos Research公司,USA)進(jìn)行氣體分析,將內(nèi)徑為1/4英寸的特氟龍管作為進(jìn)出氣管,連接LGR儀與靜態(tài)箱．從返青期至成熟期,選擇晴朗天氣,每周觀測(cè)1～2次,觀測(cè)時(shí)間為上午08:00—11:00．

觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)為20 min,去掉開始與結(jié)束的觀測(cè)值,截取CO2濃度值變化趨勢(shì)相同的曲線段,通過其線性回歸斜率來計(jì)算CO2凈通量,計(jì)算公式如下:

(1)

式中,F為CO2通量(mg·m-2·h-1),H為采樣箱高度(cm),m為CO2的摩爾質(zhì)量(44 g·mol-1),P為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,即101.3 kPa,R為普適氣體常數(shù)(8.314 J·mol-1·K-1),θ為采樣時(shí)箱內(nèi)的氣溫(℃),dC/dt為觀測(cè)時(shí)間內(nèi)CO2濃度隨時(shí)間變化的斜率,C為t時(shí)刻CO2的質(zhì)量濃度(μg·L-1),t為時(shí)間(s)．

1.3.2 環(huán)境因子的測(cè)定

運(yùn)用土壤水分溫度電導(dǎo)率速測(cè)儀(Hydra Probe Ⅱ,Stevens Water Monitoring Systems,USA)測(cè)定5 cm深的土壤溫濕度．氣象因子(太陽輻射、空氣溫度)數(shù)據(jù)通過安裝在田間的小型氣象站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)．

1.4 數(shù)據(jù)分析及方法

運(yùn)用Microsoft Excel 2010對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理．運(yùn)用SPSS 22.0(SPSS Inc.,Chicago,IL,USA)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,采用LSD法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn),對(duì)CO2凈通量與各環(huán)境因子進(jìn)行回歸分析,顯著水平均設(shè)為P=0.05．制圖使用Origin 2019(OriginLab Corp.,Wellesley Hills,USA)繪圖軟件．

2 結(jié)果與分析

2.1 不同CO2濃度升高對(duì)麥田CO2凈通量的影響

2.1.1 CO2凈通量的生長(zhǎng)季變化

在小麥整個(gè)生育期內(nèi),不同處理的CO2凈通量變化趨勢(shì)一致,均呈先增大后減小的特征(圖1)．在小麥生長(zhǎng)季早期,CO2凈通量不斷增加,波動(dòng)幅度較?。谏L(zhǎng)中期,CO2凈通量達(dá)到峰值,N1處理下,CK、C1和C2的CO2凈通量峰值分別為-3.1±0.5、-3.3±0.4和-3.4±0.4 g·m-2·h-1;N2處理下,CK、C1和C2的CO2凈通量峰值分別為-2.0±0.2、-2.0±0.4和-2.4±0.1 g·m-2·h-1．在生長(zhǎng)后期,CO2通量在一定范圍內(nèi)上下浮動(dòng),總體呈下降趨勢(shì)．

圖1 麥田CO2凈通量的生長(zhǎng)季變化(數(shù)據(jù)值為平均值±SE)Fig.1 Seasonal changes of net CO2 fluxes in wheat field

2.1.2 CO2累積量

N1處理下,在整個(gè)生育期,CK、C1和C2處理的CO2累積吸收量分別為-105.8±12.6、-123.1±11.5和-120.2±4.1 kg·hm-2．每個(gè)生育期內(nèi)各處理的CO2累積吸收量差異沒有達(dá)到顯著水平．N2處理下,在整個(gè)生育期,CK、C1和C2處理的CO2累積吸收量分別為-82.3±9.2、-95.4±7.6和-96.7±2.8 kg·hm-2．在拔節(jié)期,C2處理的CO2累積吸收量比CK增加了31.8%(P=0.024),其余生育期內(nèi)各處理的CO2累積吸收量差異沒有達(dá)到顯著水平(圖2)．

注:數(shù)據(jù)值為平均值±SE(n=4);不同字母表示不同CO2處理下差異性顯著,P<0.05.圖2 各生育期麥田CO2累積量Fig.2 CO2 accumulations in wheat field at each growth stage

2.2 不同施氮量對(duì)麥田CO2凈通量的影響

2.2.1 CO2凈通量的生長(zhǎng)季變化

在小麥生育期內(nèi),N1和N2處理的CO2凈通量變化特征一致,均呈先增大后減小的趨勢(shì)．在小麥生長(zhǎng)早期,CO2凈通量不斷增加;到生長(zhǎng)中期,CO2凈通量均達(dá)到峰值,變化趨勢(shì)呈先增大后逐漸減小趨勢(shì);在生長(zhǎng)后期,CO2凈通量呈下降趨勢(shì)．另外,整體上N1處理的CO2凈通量高于N2處理(圖3)．

圖3 麥田CO2凈通量的生長(zhǎng)季變化(數(shù)據(jù)值為平均值±SE)Fig.3 Seasonal changes of net CO2 fluxes in wheat field

2.2.2 CO2累積量

CK處理下,每個(gè)生育期內(nèi)各處理的CO2累積吸收量差異沒有達(dá)到顯著水平．C1處理下,在拔節(jié)期,N1處理的CO2累積吸收量比N2處理的高55.0%(P=0.009),其余生育期內(nèi)各處理的CO2累積吸收量差異沒有達(dá)到顯著水平．C2處理下,在整個(gè)生育期,N1處理的CO2累積吸收量比N2處理的高23.6%(P=0.010),其余生育期內(nèi)各處理的CO2累積吸收量差異沒有達(dá)到顯著水平．

注:數(shù)據(jù)值為平均值±SE(n=4);不同字母表示不同氮肥處理下差異性顯著,P<0.05.圖4 各生育期麥田CO2累積量Fig.4 CO2 accumulations in wheat field at each growth stage

2.3 CO2濃度升高和施氮量對(duì)麥田CO2凈平均通量的復(fù)合影響

表2展示了不同處理的CO2凈通量值．在拔節(jié)期,CKN1處理的CO2凈通量分別比CKN2和C1N2增加了44.1%(P=0.023)和38.9%(P=0.036);C1N1處理的CO2凈通量分別比CKN2和C1N2增加了59.1%(P=0.004)和53.3%(P=0.006);C2N1處理的CO2凈通量分別比CKN2和C1N2增加了58.7%(P=0.004)和52.9%(P=0.006)．在抽穗期和成熟期,C1N1處理的CO2凈通量分別比CKN2增加了44.1%(P=0.011)和59.2%(P=0.010);C2N1處理的CO2凈通量分別比CKN2增加了38.6%(P=0.023)和57.7%(P=0.012)．在整個(gè)生育期內(nèi),C1N1處理的CO2凈通量分別比CKN2和C1N2增加了49.0%(P=0.006)和30.7%(P=0.040);C2N1處理的CO2凈通量比CKN2增加了42.4%(P=0.015)．由表2的方差分析結(jié)果可見,施氮量對(duì)CO2凈通量的影響程度遠(yuǎn)大于CO2濃度升高,CO2濃度升高與施氮量的交互作用不明顯．

表2 CO2濃度和施氮量對(duì)麥田CO2凈通量的復(fù)合影響Table 2 Interaction of CO2 concentration and nitrogen application on net CO2 fluxes in wheat field mg·m-2·h-1

2.4 CO2凈通量與環(huán)境因子的關(guān)系

如圖5a、b所示,CO2凈通量跟土壤溫度的關(guān)系均未達(dá)到顯著;如圖5c、d所示,CKN1、C1N1、C2N1、CKN2、C1N2、C2N2處理的CO2凈通量跟土壤濕度的關(guān)系均達(dá)到顯著,P值分別為0.01、0.01、0.04、0.01、0.02、0.01;如圖5e、f所示,N1處理下,C1和C2處理的CO2凈通量跟光合有效輻射的關(guān)系達(dá)到顯著,P值分別為0.02和0.04,N2處理下,CK和C1處理的CO2凈通量跟光合有效輻射的關(guān)系達(dá)到顯著,P值分別為0.02和0.00;如圖5g、h所示,N1處理下,C1處理的CO2凈通量跟空氣溫度的關(guān)系達(dá)到顯著,P值為0.03,其余處理未達(dá)到顯著．

3 討論

3.1 CO2濃度升高和施氮量對(duì)麥田CO2凈通量的影響

3.1.1 CO2濃度升高對(duì)麥田CO2凈通量的影響

麥田CO2凈通量是小麥光合作用固定的CO2與系統(tǒng)呼吸釋放的CO2之差,CO2是作物進(jìn)行光合作用的必要原料,也是植物初級(jí)代謝過程、光合同化物分配和生長(zhǎng)的調(diào)節(jié)者,參與植物體內(nèi)許多生理生化反應(yīng),對(duì)植物生長(zhǎng)有直接的影響[17]．本研究表明,在小麥整個(gè)生育期內(nèi),CK、C1、C2處理下麥田CO2凈通量的變化特征一致,均呈先增大后減小的趨勢(shì)．CO2凈通量在小麥的拔節(jié)期和抽穗期達(dá)到峰值,其原因可能是作物在這兩個(gè)階段生命活動(dòng)力較強(qiáng),光合作用最為旺盛,冠層導(dǎo)度變大,作物對(duì)大氣CO2的吸收能力也增強(qiáng)[18]．于顯楓等[19]研究發(fā)現(xiàn)高大氣CO2濃度下,小麥葉片的凈光合速率增大;謝英添[20]在稻麥輪作開放式CO2濃度增高試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),CO2濃度升高顯著增加了飽和光強(qiáng)下小麥的凈光合速率,與本文研究結(jié)果一致．一方面,當(dāng)CO2濃度升高時(shí),葉片中的Rubisco的羧化效率增強(qiáng),從而提高了作物的凈光合效率;另一方面,高CO2濃度環(huán)境下,CO2對(duì)Rubisco活性中心的競(jìng)爭(zhēng)力增強(qiáng),抑制了葉片光呼吸作用[21],進(jìn)而減少小麥呼吸作用釋放CO2,增加CO2吸收通量,進(jìn)而增加了CO2凈通量．大氣CO2濃度的升高對(duì)農(nóng)田碳庫有一定的提升作用,而農(nóng)田土壤碳儲(chǔ)量是評(píng)估減緩氣候變化和固碳減排潛力的重要依據(jù)．有研究顯示,至2060年時(shí),如果外源碳投入加倍,中國農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳含量將有不同程度的上升[22-23]．

3.1.2 施氮量對(duì)麥田CO2凈通量的影響

氮素是植物體內(nèi)葉綠素和蛋白質(zhì)的重要組分,Fang等[24]研究發(fā)現(xiàn)施氮處理增加了葉片葉綠素含量,加快了光反應(yīng),增加了葉片蛋白質(zhì)含量,而蛋白質(zhì)是酶的主要組成部分,故有利于作物光合作用中的暗反應(yīng)．王艷群等[11]研究發(fā)現(xiàn)適量施氮還可在一定程度上延緩氣孔導(dǎo)度的降低,提高胞間CO2的利用能力,從而提高旗葉的光合性能[25-26],增加麥田CO2凈通量．鐘楊權(quán)威[27]在黃土區(qū)麥田研究發(fā)現(xiàn),適宜施氮可以提高麥田的固碳能力,還通過改變土壤異養(yǎng)呼吸與總呼吸比例來調(diào)控土壤碳排放量,適度增施氮肥能顯著提高小麥生態(tài)系統(tǒng)的凈生產(chǎn)力,從碳素固定與排放的角度衡量麥田生態(tài)系統(tǒng)的碳平衡狀況,小麥生態(tài)系統(tǒng)的凈生產(chǎn)力為正值,表明黃土區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是大氣CO2的“匯”．Yan等[28]和夏龍龍等[29]研究表明,我國農(nóng)田碳庫的增加主要?dú)w因于農(nóng)作物產(chǎn)量提高引起的外源碳增加,這得益于氮肥用量的增加,氮輸入直接增加了農(nóng)田的碳投入量．本文研究結(jié)果表明,在小麥整個(gè)生育期內(nèi),與低施氮量相比,常規(guī)施氮量增加了麥田CO2累積量,麥田生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)為大氣CO2的“匯”．

3.1.3 CO2濃度升高和施氮量對(duì)麥田CO2凈通量的復(fù)合影響

本研究表明,在成熟期和整個(gè)生育期,不同CO2升高水平對(duì)麥田CO2凈通量的影響達(dá)到顯著,在拔節(jié)期和整個(gè)生育期,施氮量對(duì)麥田CO2凈通量的影響達(dá)到極顯著,在抽穗期和成熟期,施氮量對(duì)麥田CO2凈通量的影響達(dá)到顯著．因此,在拔節(jié)期和抽穗期,相比于CO2濃度升高,施氮量對(duì)麥田CO2凈通量的影響更為顯著,在成熟期和整個(gè)生育期,施氮量和CO2濃度升高共同作用于麥田CO2凈通量的增加(表2)．夏曄等[30]研究發(fā)現(xiàn)CO2濃度升高和施氮處理共同促進(jìn)冬小麥干物質(zhì)的積累,但其中施氮處理對(duì)冬小麥生長(zhǎng)前期物質(zhì)積累的促進(jìn)作用相對(duì)更大,高施氮處理對(duì)冬小麥籽粒數(shù)的促進(jìn)作用更大．本研究也表明,施氮量對(duì)麥田CO2凈通量的影響程度大于CO2濃度升高,這可能是因?yàn)榈仕绞亲魑锕夂袭a(chǎn)物積累的重要限制因素,氮肥供應(yīng)不足將阻礙葉片氮素吸收,直接影響小麥的生長(zhǎng)狀況,進(jìn)而影響小麥的光合作用和生物量的積累,最終影響麥田CO2凈通量．

注:(a)(b)為CO2通量與土壤溫度的關(guān)系,(c)(d)為CO2通量與土壤濕度的關(guān)系,(e)(f)為CO2通量與光合有效輻射的關(guān)系,(g)(h)為CO2通量與空氣溫度的關(guān)系．其中,(a)(c)(e)(g)為N1處理,(b)(d)(f)(h)為N2處理.圖5 麥田CO2凈通量與環(huán)境因子的關(guān)系Fig.5 Relationships between net CO2 fluxes and environmental factors in wheat field

3.2 麥田CO2凈通量與環(huán)境因子之間的關(guān)系

研究顯示溫度、光照和水分對(duì)農(nóng)田碳通量有重要影響．其中空氣溫度和土壤溫度是影響生態(tài)系統(tǒng)CO2交換的重要因子,一定范圍內(nèi),隨著溫度升高,植物的光合作用增強(qiáng),當(dāng)其值到達(dá)一定臨界值后,溫度對(duì)作物光合作用具有抑制作用而呼吸作用增強(qiáng)[31],麥田CO2凈通量逐漸減?。疚难芯拷Y(jié)果也表明,CO2凈通量隨土壤溫度和空氣溫度的增加呈先增加后減小的趨勢(shì)．土壤濕度對(duì)冬小麥光合作用的影響是氣孔因素和非氣孔因素共同作用的結(jié)果．土壤濕度較低時(shí),作物葉片光合色素含量較低[32],一定范圍內(nèi),隨著土壤濕度的增大,有利于小麥氣孔的開放,光合作用增強(qiáng),麥田CO2凈通量增大[33],當(dāng)土壤濕度增大到一定值時(shí),光合作用受到非氣孔因素(光化學(xué)活性和無機(jī)磷)的限制[34],使得麥田CO2凈通量減小．Li等[35]認(rèn)為土壤濕度和空氣溫度是影響碳通量的重要因素,其中土壤濕度是最主要的制約因子,本文研究結(jié)果表明,CO2凈通量隨土壤濕度的增加呈先增加后減小的趨勢(shì),不同處理下,CO2凈通量跟土壤濕度的相關(guān)關(guān)系均達(dá)到顯著．李俊等[36]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)光合有效輻射較低時(shí),CO2凈吸收量隨著光合有效輻射的增強(qiáng)而增加,但是光合有效輻射較高時(shí),CO2通量對(duì)光合有效輻射變化的敏感性降低．Falge等[37]研究表明,生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)力(總初級(jí)生產(chǎn)力和凈初級(jí)生產(chǎn)力)與光照條件密切相關(guān)．吳東星等[38]研究表明,冬小麥農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)4個(gè)生育期凈碳交換與光合有效輻射的相關(guān)性均達(dá)到極顯著水平．本文研究結(jié)果表明,N1處理下,CK處理的CO2凈通量跟光合有效輻射的關(guān)系未達(dá)到顯著,N2處理下,C2處理的CO2凈通量跟光合有效輻射的關(guān)系未達(dá)到顯著,其余處理均達(dá)到顯著水平．王雯[39]研究發(fā)現(xiàn)麥田生態(tài)系統(tǒng)CO2通量受到氣象因子和土壤因子等環(huán)境因子的綜合影響,表現(xiàn)出復(fù)雜的響應(yīng)機(jī)制．對(duì)于不同階段、不同環(huán)境因子以及某一環(huán)境因子的不同取值范圍而言,CO2通量的環(huán)境響應(yīng)機(jī)制存在差異．由于溫度、水分等環(huán)境因子之間的相互聯(lián)系、相互作用關(guān)系,同一個(gè)環(huán)境因子的相互關(guān)系可能部分掩蓋CO2通量同另一環(huán)境因子之間的真實(shí)關(guān)系．

4 結(jié)論

1)在小麥整個(gè)生育期內(nèi),不同CO2濃度和施氮水平下麥田CO2凈通量的變化趨勢(shì)一致,均呈先增大后減小的特征．與環(huán)境大氣CO2濃度相比,CO2濃度升高增加了麥田CO2凈通量．常規(guī)施氮量麥田CO2凈通量高于低施氮量．

2)N2處理下,拔節(jié)期C2處理的CO2累積量顯著高于CK處理．C1處理下,拔節(jié)期N1處理的CO2累積量顯著高于N2處理;C2處理下,N1處理的整個(gè)生育期CO2累積量顯著高于N2處理．

3)在拔節(jié)期和抽穗期,相比于CO2濃度升高,施氮量對(duì)麥田CO2凈通量的影響更為顯著,在成熟期和整個(gè)生育期,施氮量和CO2濃度升高共同作用于麥田CO2凈通量的增加．施氮量對(duì)麥田CO2凈通量的影響程度大于CO2濃度升高,CO2濃度升高與施氮量的交互作用不明顯．