植被冠層氨釋放及其對草地氨揮發(fā)貢獻(xiàn)與源解析

白穎慧，許迎浩，呂慎強(qiáng)，李嘉，李惠通，楊澤宇，王林權(quán)

（西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

大氣氨（NH3）作為最具流動性的活性氮，極易通過化學(xué)反應(yīng)形成PM2.5和PM10，導(dǎo)致空氣質(zhì)量下降；大氣氨沉降還會加速土壤酸化和水體富營養(yǎng)化，降低物種多樣性[1-3]。從1978年到2017年，我國的氨排放量增加了102%，農(nóng)業(yè)活動中過量施肥導(dǎo)致氮肥利用不完全，部分氮以氨的形式損失[4]。草地生態(tài)系統(tǒng)具有美化環(huán)境、調(diào)節(jié)小氣候、凈化空氣和水土保持等作用[5]。草地施肥一般采用表面撒施，高溫高濕條件更有利于氨氣的揮發(fā)，其氨損失率與農(nóng)田相當(dāng)或更高。有研究表明在草地生態(tài)系統(tǒng)中氨揮發(fā)損失占氮肥用量的0.04%～60%[6-7]。草地氨揮發(fā)受施氮量、灌溉和降雨等影響，同時也受土壤溫度、pH、水分、礦質(zhì)氮含量等影響[8-11]。

植物冠層既是氨源又是氨匯[12]，對田間氨揮發(fā)具有重要的調(diào)節(jié)作用。草地成坪后冠層密集，因此，冠層在草地系統(tǒng)氨揮發(fā)中的作用不容忽視。植物冠層與大氣氨交換量和交換方向主要取決于氨氣補(bǔ)償點及冠層大氣氨濃度，環(huán)境中的氨氣大于氨氣補(bǔ)償點時植物吸收大氣氨氣，反之則釋放氨氣[13]。氨氣補(bǔ)償點受質(zhì)外體NH+4濃度、pH和銨態(tài)氮同化的影響，質(zhì)外體NH+4濃度和pH升高有利于植物釋放氨氣[14]。植物體銨來源于光呼吸和苯丙氨酸代謝途徑[15]。乙醇酸氧化酶（GO）、甘氨酸脫羧酶（GDC）和谷氨酰胺合成酶（GS）等酶活性反映了光呼吸強(qiáng)度，苯丙氨酸解氨酶（PAL）反映苯丙氨酸代謝活性，其與木質(zhì)素合成有關(guān)。另外，植物生殖生長后期營養(yǎng)器官的氮轉(zhuǎn)運(yùn)也可能與質(zhì)外體NH+4濃度和冠層氨交換有關(guān)[16]。由于C3植物的光呼吸強(qiáng)而C4植物的光呼吸弱[17]，因此C3和C4植物的冠層氨交換強(qiáng)度可能存在差異。

目前，關(guān)于草地氨揮發(fā)有幾個科學(xué)問題需要明晰：不同植被類型的草地氨揮發(fā)通量及其影響因素為何？冠層在草地生態(tài)系統(tǒng)中是氨源還是氨匯？C3植物和C4植物之間的冠層交換通量是否存在差異？本試驗通過田間原位監(jiān)測和室內(nèi)分析相結(jié)合的方法，研究3種不同類型草地[暖季型草地狗牙根（C4植物，俗稱百慕大）、冷季型草地高羊茅（C3植物）和耐陰冷季型草地麥冬（C3植物）]的土壤氨揮發(fā)、冠層氨交換通量、質(zhì)外體pH、氨氣補(bǔ)償點及其光呼吸和苯丙氨酸代謝途徑的相關(guān)酶活性，并通過結(jié)構(gòu)方程模型考察冠層氨揮發(fā)的生理機(jī)制。本研究的主要目的：定量觀測3種草地生態(tài)系統(tǒng)的周年土壤與冠層氨揮發(fā)通量及累積量，以及施肥對其產(chǎn)生的影響；探索C3和C4草地冠層氨揮發(fā)差異及其氨來源。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于陜西省楊凌農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)西北農(nóng)林科技大學(xué)南校區(qū)（34°15'34″N，180°04'18″E），地處關(guān)中平原腹地，屬于溫帶季風(fēng)氣候半濕潤易旱區(qū)，海拔480 m，年降雨量660 mm，年均氣溫13.0～13.4℃，土壤類型為褐土。土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)見表1。

表1 試驗地土壤理化性質(zhì)Table 1 Soil physicochemical properties of the experimental site

1.2 試驗材料與試驗設(shè)計

供試草地植物品種為麥冬（C3）、高羊茅（C3）和狗牙根（C4），校園內(nèi)已有種植年份相同的草地，同一草地蓋度一致。供試肥料為尿素（N 46.6%）和緩釋尿素（河南心連心化肥有限公司生產(chǎn)，屬于基質(zhì)型緩釋尿素，通過添加具有較強(qiáng)離子交換性能的功能性吸附材料，控制養(yǎng)分的運(yùn)移和損失，釋放期為50 d，N 45%）。試驗設(shè)置3個品種，每個品種設(shè)3個施肥處理（N0：不施氮處理，SRU：施用30 g·m-2的緩釋尿素，U：施用30 g·m-2的尿素），共9個處理，每個處理重復(fù)3次，共計27個小區(qū)，小區(qū)面積為3 m×3 m。試驗時間為2021年3月末至11月末，于4月25日將所有氮肥一次性均勻撒施于地表。

1.3 測定項目與方法

氨揮發(fā)速率采用泵吸式便攜氨氣探測儀（Portable ammonia detector，PAD）測定[18]。測定裝置由氣室（由于草地高度和密度不同，高羊茅和狗牙根采用高20 cm、直徑5 cm的PVC管，麥冬采用高25 cm、直徑為15 cm的PVC管）、軟管和氨氣探測儀（博世安電子有限公司）3部分組成。將氣室分別罩在土壤或土壤+冠層上，PAD通過泵吸取氣室內(nèi)空氣（0.25 L·min-1，由制造商推薦設(shè)置），測定其中氨的濃度。各小區(qū)隨機(jī)取點測定，3次重復(fù)。施肥后的第一周每天測定，之后間隔5～7 d測定一次。每次測定時間為上午8：00—10：00和下午2：00—4：00，每日氨揮發(fā)通量為上、下午的平均值，如有降雨則順延。

氨揮發(fā)通量計算公式：

AE=c×v×14×1 440×104×10-9/（Vm×0.001 962 5）

式中：AE為氨揮發(fā)通量，kg·hm-2·d-1（以N計）；c為測定的氨濃度，μmol·mol-1；v為空氣流速，0.25 L·min-1；14為N的摩爾質(zhì)量，g·mol-1；1 440為換算系數(shù)，1 d=1 440 min；104為換算系數(shù)，104m2=1 hm2；10-9為換算系數(shù)，109μg=1 kg；Vm為氣體摩爾體積，25℃下為24.5 L·mol-1；0.001 962 5為氣室底面積，m2，測定麥冬時其底面積為0.017 7 m2。

氣室內(nèi)有草的測定值為草地氨通量（土壤+冠層），無草（草與草之間的間隙）的為土壤氨通量。冠層氨通量通過差減法計算，即冠層氨通量=草地氨通量-土壤氨通量

由于冬季氨揮發(fā)低于檢測限，因此只測定了春、夏和秋季排放量，3季排放量之和為周年排放量。

累積量計算公式：

式中：i為測定次序；n為總測定次數(shù)；Ai為第i次土壤或冠層氨揮發(fā)通量；Ai+1為第i+1次土壤或冠層氨揮發(fā)通量；N為第i和i+1次之間間隔天數(shù)，d。

采集0～5 cm土壤樣品測定其硝態(tài)氮含量、銨態(tài)氮含量、pH和土壤水分。土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮采用1 mol·L-1KCl浸提，全自動流動分析儀（AA3，德國）測定，土壤pH采用pH計（水土比為2.5∶1）測定，土壤水分采用烘干法（105℃，12 h）測定，土壤溫度采用Fourtec-MicroLite高精度溫度記錄儀測定。

乙醇酸氧化酶（GO）、甘氨酸脫羧酶（GDC）、谷氨酰胺合成酶（GS）和苯丙氨酸解氨酶（PAL）均采用酶聯(lián)免疫（Elise）試劑盒（科諾迪生物科技有限公司）測定。質(zhì)外體pH、NH+4濃度和氨氣補(bǔ)償點采用文獻(xiàn)[19]的方法測定并計算。各指標(biāo)于施肥后每隔7 d測定一次，連續(xù)測定3次，之后每月測定一次。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel處理數(shù)據(jù)，采用SPSS軟件進(jìn)行單因素方差分析和多重比較（LSD法），采用Amos 22.0（IBM，美國）進(jìn)行結(jié)構(gòu)方程模型，采用SigmaPlot10.0繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 草地氨揮發(fā)

2.1.1 草地土壤和冠層氨揮發(fā)

在整個測定周期內(nèi)，品種和施肥均對土壤氨通量具有顯著影響（圖1）。兩種肥料處理的動態(tài)和總量差異不顯著，故將二者合并處理，簡稱N30。N0處理高羊茅、狗牙根和麥冬的土壤氨通量分別為0.174～1.691、0.008～0.107、0.003～0.045 kg·hm-2·d-1，其中，高羊茅的土壤氨通量顯著高于狗牙根和麥冬，狗牙根和麥冬之間差異不顯著。高羊茅的土壤氨通量為春、秋高，夏季低，狗牙根和麥冬的土壤氨通量整個周年均低而平穩(wěn)。N30條件下高羊茅、狗牙根和麥冬的土壤氨通量分別為0.074～1.692、0.026～1.587、0.006～0.383 kg·hm-2·d-1；狗牙根和麥冬的土壤氨通量隨施肥顯著增加，而高羊茅增加不明顯。狗牙根峰值出現(xiàn)在施肥后的第3天，高羊茅在施肥后第6天，而麥冬的峰值出現(xiàn)在夏季（6月）。

在整個測定周期，除了個別時間點外，冠層氨交換以排放為主（圖1）。N0情況下，高羊茅的冠層氨通量顯著高于狗牙根和麥冬，狗牙根和麥冬之間無顯著差異，高羊茅、狗牙根和麥冬的冠層氨通量分別為-0.112～2.547、-0.018～0.155、0.007～0.027 kg·hm-2·d-1。在N30處理下，高羊茅、狗牙根和麥冬的冠層氨通量分別為-0.090～2.171、-0.277～1.518、-0.165～0.266 kg·hm-2·d-1；狗牙根的氨通量顯著增加，而高羊茅和麥冬對氮肥的響應(yīng)較小。狗牙根和高羊茅冠層氨通量在施肥后的5～6 d達(dá)到峰值，而麥冬無明顯峰值。

圖1 3種草地的土壤和冠層氨通量Figure 1 Soil and canopy ammonia fluxes of three turfgrass species

表2為3種草地的土壤和冠層氨累積揮發(fā)量。不同品種之間土壤氨累積揮發(fā)量存在顯著差異，其順序為高羊茅（120.9～135.3 kg·hm-2·a-1）＞狗牙根（12.5～108.3 kg·hm-2·a-1）＞麥冬（2.8～25.3 kg·hm-2·a-1）；與N0（45.4 kg·hm-2·a-1）相比，N30（89.6 kg·hm-2·a-1）顯著增加了土壤氨累積揮發(fā)量。各品種土壤氨累積揮發(fā)量夏季最高，占整個周年的46.2%。

表2 不同季節(jié)土壤和冠層氨累積揮發(fā)量（kg·hm-2·a-1）Table 2 Soil and canopy ammonia accumulation in different seasons（kg·hm-2·a-1）

不同品種之間冠層氨累積揮發(fā)量差異顯著，其順序為高羊茅（79.0～101.6 kg·hm-2·a-1）＞狗牙根（7.6～49.3 kg·hm-2·a-1）＞麥冬（1.6～8.1 kg·hm-2·a-1）；與N0（29.4 kg·hm-2·a-1）相比，N30（53.0 kg·hm-2·a-1）顯著增加了冠層氨累積揮發(fā)量。N0處理下，春、夏季氨累積揮發(fā)量高，而秋季低；N30處理下表現(xiàn)為夏季＞春季＞秋季，冠層氨揮發(fā)以夏季為主。冠層氨釋放量占草地氨揮發(fā)的37.3%（施肥）～39.3%（無肥）。

2.1.2 草地氨累積揮發(fā)量及損失率

由表3可知，不同品種之間草地氨累積揮發(fā)量差異顯著。N0處理的高羊茅、狗牙根和麥冬的氨累積揮發(fā)量為199.9、20.1、4.4 kg·hm-2·a-1，N30處理則為236.9、157.6、33.4 kg·hm-2·a-1。與N0相比，N30顯著增加了草地氨累積揮發(fā)量。夏季、春季和秋季草地氨揮發(fā)分別占整個周年的48.6%、29.3%、22.1%。氮肥氨揮發(fā)損失率順序為狗牙根＞高羊茅＞麥冬，損失率分別為45.8%、12.3%、9.7%，平均損失率為22.6%。

表3 草地的總氨累積揮發(fā)量和氮肥的氨損失率Table 3 The total ammonia accumulation loss in field and N fertilizer loss rate

2.2 影響草地土壤氨揮發(fā)的因素

3種草地土壤溫度均呈先升高后降低的趨勢（圖2）。狗牙根的冠層密集，有較好的保溫效應(yīng)，因此土溫顯著高于麥冬和高羊茅，麥冬和高羊茅的土溫?zé)o差異。狗牙根、高羊茅和麥冬的土壤溫度平均值分別為24、21、21℃。如圖3所示，土壤pH范圍為8.0～8.6，整體規(guī)律為先下降后上升最后穩(wěn)定在8.4～8.5；與N0處理相比，N30處理土壤pH短期內(nèi)有小幅度降低。土壤含水量范圍為9.6%～31.3%，3—8月隨降雨減少緩慢降低，9—10月隨降雨量增加而升高，施肥對土壤含水量無顯著影響。

圖2 草地生長期的土壤溫度變化Figure 2 Changes in soil temperature during lawn growth period

圖3 草地生長期的土壤pH和土壤含水量變化Figure 3 Changes in soil pH and soil water content during lawn growth period

圖4為不同處理下土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的變化規(guī)律。N0處理下，高羊茅、狗牙根和麥冬的銨態(tài)氮含量范圍分別為3.01～6.32、3.09～6.42、2.02～4.90 mg·kg-1，高羊茅和狗牙根的銨態(tài)氮含量高于麥冬。N30處理下，高羊茅、狗牙根和麥冬的銨態(tài)氮含量范圍為2.57～115.08、2.76～82.36、2.33～81.75 mg·kg-1。N0處理下，高羊茅、狗牙根和麥冬的硝態(tài)氮含量范圍分別為1.96～6.49、0.06～4.13、2.12～5.07 mg·kg-1。N30處理下，高羊茅、狗牙根和麥冬的硝態(tài)氮含量范圍為1.96～151.67、0.72～88.59、1.39～105.28 mg·kg-1。與N0相比，N30處理顯著增加了土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量。施肥后15 d內(nèi)土壤銨態(tài)氮含量先升高后降低，硝態(tài)氮含量從4月28日開始緩慢上升，在5月10日達(dá)到峰值后開始下降。

圖4 草地生長期土壤礦質(zhì)氮的變化Figure 4 Changes of soil mineral nitrogen during lawn growth period

2.3 影響冠層氨交換的生理因素

2.3.1 酶活性

從各季節(jié)的平均酶活性來看（圖5），GO活性隨季節(jié)變化呈逐步上升趨勢。春季各品種GO活性差異不顯著，夏季高羊茅和狗牙根顯著高于麥冬，秋季高羊茅顯著高于狗牙根和麥冬。春季GDC活性顯著高于秋季和夏季，秋季高于夏季。春、夏兩季高羊茅和狗牙根GDC活性普遍高于麥冬，而秋季高羊茅GDC活性顯著高于狗牙根和麥冬。施肥對GO和GDC活性影響不顯著。

圖5 乙醇酸氧化酶（GO）、甘氨酸脫羧酶（GDC）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）和谷氨酰胺合成酶（GS）活性的周年變化Figure 5 Annuial activity dynamics of glycolic acid oxidase（GO），glycine decarboxylase（GDC），phenylalanine ammonia lyase（PAL）and glutamine synthase（GS）

春季PAL活性顯著高于夏季和秋季，秋季略高于夏季。春季各品種PAL活性差異不顯著，夏季高羊茅PAL活性顯著高于狗牙根和麥冬，秋季高羊茅和狗牙根PAL活性高于麥冬。GS在整個周年的活性均處于較高水平，夏、秋兩季各品種GS活性高于春季。春季各品種GS活性差異不顯著，夏季高羊茅和狗牙根GS活性顯著高于麥冬，秋季高羊茅GS活性高于狗牙根和麥冬。施肥對PAL和GS活性無顯著影響。

2.3.2 質(zhì)外體pH和氨氣補(bǔ)償點

質(zhì)外體pH范圍為5.9～7.5（圖6）。N0處理的高羊茅和麥冬的質(zhì)外體pH顯著高于狗牙根，N30處理的高羊茅的質(zhì)外體pH顯著高于麥冬和狗牙根。與N0相比，N30處理高羊茅和狗牙根的質(zhì)外體pH增高，而麥冬降低。各處理氨氣補(bǔ)償點呈先升高后降低的變化規(guī)律（圖6），高羊茅的補(bǔ)償點高于狗牙根和麥冬。與N0處理相比，N30處理狗牙根和高羊茅的補(bǔ)償點有所提高，而麥冬補(bǔ)償點無顯著變化。

圖6 質(zhì)外體pH和氨氣補(bǔ)償點Figure 6 Apoplast pH and ammonia compensation point

2.3.3 冠層氨的源解析

圖7為C3草地生理指標(biāo)與冠層氨通量的結(jié)構(gòu)方程模型，高羊茅和麥冬兩種C3草坪的分析結(jié)果一致，因此合并處理。C3植物的模型（DF=4，P=0.160，CFI=0.989，RMSEA=0.072，模型擬合度良好）顯示質(zhì)外體pH、PAL和GS可以解釋43.0%的冠層氨通量變化。其中質(zhì)外體pH和PAL（標(biāo)準(zhǔn)化回歸權(quán)重分別為0.596和0.215）為冠層氨交換的主控因素，正向調(diào)控冠層氨通量。光呼吸酶GO和GDC通過影響次代謝酶PAL活性間接影響冠層氨通量，GO顯著負(fù)向調(diào)控PAL，而GDC極顯著正向調(diào)控PAL。PAL、GO和GDC顯著正向調(diào)控GS。質(zhì)外體pH正向影響光呼吸酶和GS活性（P＜0.05）。

圖7 C3植物（高羊茅和麥冬）各生理指標(biāo)與冠層氨通量的結(jié)構(gòu)方程模型Figure 7 Structural equation model of each physiological index and canopy ammonia flux of C3 grassland grasses（tall fescue and Ophiopogon japonicus）

圖8為C4草地生理指標(biāo)與冠層氨通量的結(jié)構(gòu)方程模型（DF=6，P=0.272，CFI=0.995，RMSEA=0.065，模型擬合度良好）。GDC、PAL和質(zhì)外體pH及氨氣補(bǔ)償點可以解釋74.1%的冠層氨通量變化，其中GDC負(fù)向調(diào)控冠層氨交換，質(zhì)外體pH、PAL和氨氣補(bǔ)償點正向調(diào)控冠層氨通量。GO通過影響GDC和PAL間接影響冠層氨通量。光呼吸酶GO和GDC極顯著正向調(diào)控次代謝酶PAL。GO正向影響銨同化酶GS，而PAL負(fù)向調(diào)控銨同化酶GS。GS和PAL極顯著（P＜0.001）負(fù)向影響氨氣補(bǔ)償點。質(zhì)外體pH負(fù)向影響GO、GS活性，正向影響氨氣補(bǔ)償點和PAL活性（P＜0.05）。

圖8 C4植物（狗牙根）各生理指標(biāo)與冠層氨通量的結(jié)構(gòu)方程模型Figure 8 Structural equation model of physiological indexes and canopy ammonia flux of C4 grass（Bermudagrass）

3 討論

3.1 草地氨揮發(fā)

谷佳林等[20]的研究表明施用尿素和不同控釋肥（15 g·m-2）后高羊茅草地全年氨累積量為13.59～44.42 kg·hm-2，氮肥損失率為5.23%～17.08%；邊秀舉等[21]的研究表明黑麥草施用尿素和不同控釋肥（12 g·m-2）后15 d氨揮發(fā)損失為0.77%～20.78%；對匍匐翦股草的研究表明，施用尿素和不同控釋肥（14.7 g·m-2）后10 d氨揮發(fā)損失率為0～40.0%[7]；狗牙根草地的尿素和不同控釋肥（14.7 g·m-2）的氮肥損失率為3.6%～11.7%[22]；也有文獻(xiàn)表明0.04%～60%的氮肥以氨揮發(fā)的形式損失[6]。本研究結(jié)果中麥冬的氨揮發(fā)水平與前人研究結(jié)果一致，而高羊茅和狗牙根的研究結(jié)果（表3）高于前人的研究，其主要原因可能與本試驗的施肥量（30 g·m-2）有關(guān)。高羊茅草地土壤氨揮發(fā)量較高可能與其較高的土壤礦化率有關(guān)。高羊茅草地土壤全氮和有機(jī)質(zhì)含量明顯高于其他兩塊草地（表1），可能是土壤有機(jī)氮礦化作用高于其他兩種草地的原因。圖4也表明高羊茅和狗牙根的銨態(tài)氮含量高于麥冬（N0）。本研究發(fā)現(xiàn)麥冬的土壤和冠層氨揮發(fā)均較低，且對肥料的響應(yīng)也低，因此如果在草皮建設(shè)中適當(dāng)增加麥冬比例，可能有助于氨減排。

本試驗施用尿素和緩釋尿素處理的草地氨揮發(fā)無差異，可能是由于所用的肥料不是包膜控釋肥，而是吸附性的緩釋肥，其緩釋效果在草地上不理想。前人[23-24]的研究表明，尿素與本試驗所用的緩釋尿素的釋放規(guī)律基本一致，緩釋肥料中添加的基質(zhì)材料可吸附尿素并抑制溶解。此外本試驗施肥采用撒施的方式，肥料暴露在土壤表面，枯草層的脲酶活性比土壤高30倍[25]，有利于尿素分解，從而導(dǎo)致緩釋肥料沒有達(dá)到緩釋效果。

3.2 草地冠層氨揮發(fā)及其貢獻(xiàn)

在研究草地氨揮發(fā)時一般未區(qū)分土壤氨揮發(fā)與冠層氨揮發(fā)。土壤-大氣-冠層之間也存在氨交換，冠層既能釋放氨，又能吸收氨。在土壤氨揮發(fā)較高時，大氣氨濃度升高，當(dāng)大氣氨濃度大于氨氣補(bǔ)償點時就可能產(chǎn)生冠層吸收現(xiàn)象，反之則為氨釋放。本研究表明，除個別時期冠層有少量吸收外，大部分時期冠層表現(xiàn)為氨釋放。在監(jiān)測期內(nèi)冠層氨釋放量占整個草地氨揮發(fā)的37%～39%，因此僅測定土壤氨揮發(fā)會顯著低估草地的氨揮發(fā)。不同品種草地之間冠層氨揮發(fā)存在顯著差異，主要是因為其質(zhì)外體pH、酶活性和氨氣補(bǔ)償點不同。高羊茅的質(zhì)外體pH、酶活性和氨氣補(bǔ)償點普遍高于狗牙根和麥冬，因此高羊茅的冠層通量大于后者。狗牙根的質(zhì)外體pH和氨氣補(bǔ)償點對肥料響應(yīng)高于高羊茅和麥冬，導(dǎo)致施肥對其冠層氨揮發(fā)的影響較大。

3.3 冠層氨交換的生理機(jī)制與源解析

冠層氨的來源有光呼吸、苯丙氨酸代謝途徑和生殖生長期營養(yǎng)器官含氮化合物的轉(zhuǎn)運(yùn)過程等[15-16]。本研究供試草地植物均沒有生殖生長，因此不存在植物體內(nèi)的氮素轉(zhuǎn)運(yùn)。光呼吸的甘氨酸脫羧過程釋放出一個NH3，PAL在苯丙氨酸生產(chǎn)反式肉桂酸和NH3過程中發(fā)揮作用[27-28]，這些過程產(chǎn)生的NH3如果未被GS固定將揮發(fā)到環(huán)境中[15]。從圖7和圖8的結(jié)構(gòu)方程模型可知C3植物和C4植物的PAL活性均直接與冠層氨通量密切相關(guān)，說明兩種植物的冠層氨來源均與苯丙氨酸代謝途徑有關(guān)，這可能與草地乂割導(dǎo)致的莖葉生長過程的木質(zhì)素合成有關(guān)。

C3植物光呼吸的關(guān)鍵酶GO和GDC間接影響冠層氨通量（圖7），而C4植物冠層氨通量直接受GDC負(fù)向調(diào)控（圖8）。這說明C3植物和C4植物的氮代謝過程和冠層氨的來源有差異。植物的光呼吸過程發(fā)生在葉綠體、線粒體和過氧化物酶中，其中發(fā)生在線粒體中的乙醇酸氧化和甘氨酸脫羧通過線粒體電子傳遞鏈影響木質(zhì)素合成酶PAL活性[29-30]，同時產(chǎn)生NH3。因此C3植物旺盛的光呼吸作用對冠層氨釋放有重要作用。C4植物的光呼吸弱，其產(chǎn)生的氨較少，不會直接影響冠層氨的供應(yīng)，但是可能通過乙醇酸氧化過程激發(fā)GS活性而增加氮同化途徑，進(jìn)而降低質(zhì)外體pH和氨氣補(bǔ)償點，抑制冠層氨釋放。

本研究采用草地原位測定的3種草地土壤肥力具有明顯差異，土壤氨揮發(fā)也差異顯著，如高羊茅草地的土壤氨揮發(fā)和冠層氨揮發(fā)顯著高于其他兩種草地，因此冠層氨釋放可能受到土壤氨揮發(fā)的影響較大。在今后的研究中需要進(jìn)一步考察同一土壤條件下的C3和C4植物冠層氨交換特征，以消除土壤氨揮發(fā)對不同植被冠層氨交換的影響。另外，本試驗供試植物種類偏少，今后應(yīng)該在更多的植物中進(jìn)行比較研究，并從基因和分子生物學(xué)角度探討C3和C4植物的冠層氨交換規(guī)律及生物學(xué)機(jī)制。

4 結(jié)論

（1）3種植被類型的草地氨揮發(fā)通量具有顯著的差異，高羊茅、狗牙根和麥冬的氨揮發(fā)量分別為199.9～236.9、20.1～157.6、4.4～22.4 kg·hm-2·a-1。

（2）施肥會顯著增加草地的氨揮發(fā)，其中狗牙根對氮肥的響應(yīng)顯著高于高羊茅和麥冬；高羊茅、狗牙根和麥冬草地的氮肥氨揮發(fā)損失率分別為12.3%、45.8%和9.7%。

（3）冠層氨揮發(fā)對草地的氨揮發(fā)貢獻(xiàn)為37%～39%，冠層氨釋放對草地氨揮發(fā)的貢獻(xiàn)不容忽視。

（4）C3植物和C4植物的冠層氨通量均與苯丙氨酸代謝途徑呈正相關(guān)，質(zhì)外體pH對冠層氨通量也有顯著影響。C3植物的光呼吸通過苯丙氨酸途徑間接刺激冠層氨釋放；而C4植物的光呼吸直接或間接地負(fù)向調(diào)控冠層氨通量；氮同化途徑通過氨氣補(bǔ)償點和質(zhì)外體pH間接負(fù)向調(diào)控冠層氨通量。