張寒，胡正華，陳書濤，胡冰冰，盛露，孫銀銀

1. 南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害預(yù)報預(yù)警與評估協(xié)同創(chuàng)新中心//江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點(diǎn)實驗室，江蘇 南京 210044；

2. 南京外國語學(xué)校，江蘇 南京 210008；3. 中國科學(xué)院大氣物理研究所大氣邊界層物理和大氣化學(xué)國家重點(diǎn)實驗室，北京 100029

模擬酸雨對大豆田土壤N2O通量及植株和土壤氮含量的影響

張寒1,3，胡正華1*，陳書濤1，胡冰冰2，盛露1，孫銀銀1

1. 南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害預(yù)報預(yù)警與評估協(xié)同創(chuàng)新中心//江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點(diǎn)實驗室，江蘇 南京 210044；

2. 南京外國語學(xué)校，江蘇 南京 210008；3. 中國科學(xué)院大氣物理研究所大氣邊界層物理和大氣化學(xué)國家重點(diǎn)實驗室，北京 100029

氧化亞氮（N2O）是一種重要的溫室氣體，而農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是N2O的重要排放源。酸雨是中國重要的環(huán)境問題，然而少有研究關(guān)注酸雨對農(nóng)田土壤N2O排放的影響。在大豆（Glycine max (Linn.) Merr.）生長季開展了2年的田間模擬酸雨試驗，設(shè)置了pH值分別為6.7（對照，CK）、4.0（T1）、3.0（T2）和2.0（T3）的4個不同酸雨處理水平，采用靜態(tài)箱-氣相色譜法測定N2O排放通量，以研究模擬酸雨對大豆田土壤N2O排放通量及植株與土壤氮含量的影響。結(jié)果表明：與CK相比，酸雨沒有改變土壤N2O排放的季節(jié)性規(guī)律，雖然整個大豆生長季土壤N2O平均通量并沒有顯著變化，但在第二年大豆鼓粒期，與CK相比，T1和T3處理使土壤N2O平均排放通量分別顯著增加35.1%（P=0.020）和71.2%（P=0.000）。通過植株和土壤理化分析發(fā)現(xiàn)，酸雨處理顯著降低了開花—結(jié)莢期大豆植株地下生物量，T1和T3處理的地下生物量分別下降了31.93%（P=0.039）和24.30%（P=0.027）。在分枝期、開花—結(jié)莢期和鼓粒期，各酸雨處理不同程度地降低了葉片可溶性蛋白質(zhì)含量；在開花—結(jié)莢期，酸雨各處理均降低了葉片全氮和硝態(tài)氮含量。酸雨處理沒有顯著改變土壤有機(jī)碳及全氮含量，但在分枝期和開花—結(jié)莢期，酸雨處理顯著減少了土壤硝態(tài)氮含量。

酸雨；土壤；N2O排放；氮含量；大豆

酸雨是威脅世界環(huán)境的首要問題之一，引起了各國科學(xué)家的廣泛關(guān)注（Menz et al.，2004）。二氧化硫（SO2）和氮氧化合物（NOx）是形成酸雨的重要前體物，主要來源于化石燃料的燃燒（Driscoll et al.，2001）。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的激增，中國南方地區(qū)成為了繼歐洲和北美之后的第三大酸沉降區(qū)（Menz et al.，2004），且有不斷發(fā)展的趨勢（Xie et al.，2009；Tang et al.，2010；Zhang et al.，2012）。據(jù)報道，中國酸雨區(qū)面積約占國土面積的40%，特別是在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展地區(qū)尤為嚴(yán)重，如長江流域（Lv et al.，2014）。

氧化亞氮（N2O）不僅是一種重要的長效溫室氣體，還能參與多種光化學(xué)反應(yīng)，對臭氧層有嚴(yán)重的破壞作用（Ravishankara et al.，2009；IPCC，2013）。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是N2O的重要排放源，其排放量估計為4.1（1.7~4.8）Tg·a-1（以N計），約占全球人為排放源的60%（Ciais et al.，2013）。通常認(rèn)為，農(nóng)田N2O主要來源于土壤中微生物參與下的硝化和反硝化作用（Firestone et al.，1989），因此任何影響微生物群落功能的因素都能影響土壤N2O的排放，其釋放通量受到水熱條件（Ruser et al.，2006；Liu et al.，2007）、土壤性狀（黃耀等，2002）、管理方式（Snyder et al.，2009；Trost et al.，2013）、作物類型（Metay et al.，2007；Oorts et al.，2007）等因素的綜合影響。

酸雨對生態(tài)系統(tǒng)的影響已經(jīng)成為人們越來越關(guān)注的環(huán)境問題。對于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，以往的研究多關(guān)注酸雨對作物品質(zhì)、產(chǎn)量及氮硫代謝等的影響（Smith et al.，1991；梁永超等，1999；鄭有飛等，2008a；卞雅姣等，2013；吳曉靜等，2016)，但研究結(jié)果不盡一致。有研究顯示酸雨的酸度脅迫效應(yīng)改變了植物內(nèi)部的酸堿平衡，對作物有負(fù)面的影響，如傷害植物葉片、降低葉綠素含量、抑制植物的光合作用及物質(zhì)合成（麥博儒等，2008；Chen et al.，2013）；但同時也有研究表明酸雨處理顯著增加了作物的生物量、株高、葉片面積，葉片中氮和硫的濃度等，原因可能是酸雨中SO42-和NO3-具有肥效作用（Dixon et al.，1995；鄭有飛等，2008b；梁曉琴等，2013)。此外，酸雨對生態(tài)系統(tǒng)的影響還表現(xiàn)在如土壤酸化（Liao et al.，2007）、土壤微生物群落功能衰退（Lv et al.，2014）、土壤酶活性降低（Jagels et al.，2002；Singh et al.，2004）等，并通過土壤和植物葉片的養(yǎng)分淋失影響生態(tài)系統(tǒng)的碳氮循環(huán)，妨礙有機(jī)質(zhì)的分解，破壞氮素固定過程等（Turner et al.，1990；Wright et al.，1990；Zhang et al.，2007；Lovett et al.，2009；Ling et al.，2010），因此，酸雨很可能對農(nóng)田土壤N2O排放造成顯著影響。有研究表明，土壤pH的降低會提高硝化作用中N2O/NO3-和反硝化作用中N2O/N2的比值（Morkved et al.，2007；Cuhel et al.，2011；Zhang et al.，2011），從而可能導(dǎo)致N2O排放的升高。Cai et al.（2012）通過對中國亞熱帶濕潤地區(qū)多地點(diǎn)的田間觀測表明大氣SO2沉降導(dǎo)致的土壤酸化可能是刺激土壤N2O排放的原因之一。農(nóng)田土壤是N2O的重要排放源，在全球溫室氣體收支中占有重要地位，然而目前關(guān)于酸雨對農(nóng)田N2O排放影響的研究仍較少。

在全球酸雨日益嚴(yán)重的形勢下，有關(guān)農(nóng)田溫室氣體的研究如果不考慮酸雨的影響，將會影響到農(nóng)田溫室氣體收支的精確評價。然而，目前尚不清楚酸雨對農(nóng)田N2O排放通量的影響程度。本研究采用靜態(tài)箱-氣相色譜法對不同酸雨強(qiáng)度處理的農(nóng)田土壤N2O排放通量進(jìn)行觀測，并分析了植株氮代謝指標(biāo)和土壤產(chǎn)N2O底物的指標(biāo)，以期為客觀評價酸雨的生態(tài)效應(yīng)，估測酸雨對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放的影響程度提供基礎(chǔ)性科學(xué)資料。

1 材料與方法

1.1 試驗地點(diǎn)與田間管理

田間試驗于2010年和2011年大豆（Glycine max (Linn.) Merr.）生長季在南京信息工程大學(xué)農(nóng)業(yè)氣象與生態(tài)試驗站（32.16°N，118.86°E）進(jìn)行。該區(qū)多年平均氣溫為15.6 ℃，多年平均降水量為1100 mm。農(nóng)田土壤為潴育型水稻土（灰馬肝土屬），質(zhì)地為壤質(zhì)黏土，耕層土壤黏粒含量為26.1%，土壤pH（H2O）值為6.15，有機(jī)碳和全氮的含量分別為18.91 g·kg-1和0.65 g·kg-1。供試大豆品種為8月白，主要生育期及田間管理見表1。

1.2 實驗設(shè)計

2001—2006年，研究區(qū)酸雨年平均pH值分別為5.1、5.2、4.9、4.9、5.0、5.0， 6年pH均值為5.0，平均H+載荷為1×10-2mol·m-2·a-1（張新明等，2006）。據(jù)此，設(shè)置本試驗的模擬酸雨pH水平：6.7（CK，對照，去離子水）、4.0（T1）、3.0（T2）、2.0（T3），共4種處理。采用隨機(jī)區(qū)組試驗，設(shè)3個試驗區(qū)組，每個區(qū)組隨機(jī)設(shè)置4個試驗小區(qū)（共計12個試驗小區(qū)，每個試驗小區(qū)1 m2）。各小區(qū)間隔1 m并在小區(qū)之間挖約40 cm深的溝，防止處理間互相影響。試驗小區(qū)隨機(jī)分布，見圖1。

圖1 田間試驗小區(qū)設(shè)計Fig. 1 Field plot design

根據(jù)中國是硫酸型酸雨并向硫酸型-硝酸型轉(zhuǎn)變的特征（鄭有飛等，2007；張新民等，2010）配制酸雨，用H2SO4和HNO3配制SO42-與NO3-摩爾比為4.5∶1的酸雨母液，然后用適量母液與去離子水配制成所需pH值酸雨。噴淋水量參考南京1970—2000年30 a的月平均降水量（鄭有飛等，2007），從作物出苗開始至收獲結(jié)束，頻率為每兩周1次，每次每個試驗小區(qū)噴施1.25 L酸液（相當(dāng)于1.25 mm降水量），用噴壺緩慢均勻噴施。

1.3 氣體采集與分析

采用靜態(tài)箱-氣相色譜法分析N2O通量。采樣底座為無底盆缽（高10 cm，內(nèi)徑22 cm），底座上沿有1.5 cm深的凹槽，用于采樣時注水與采樣箱密封。采樣箱為1 m高的PVC圓柱，外側(cè)包一層海綿并用鋁箔覆蓋，以減小因太陽輻射而引起的箱內(nèi)溫度變化。采樣時將采樣箱套在底座上，連接好帶三通閥的塑料針筒和溫度計。分別于關(guān)箱后的0、10、20 min，抽推針筒數(shù)次以混合箱內(nèi)氣體并采集氣樣，每次60 mL。記錄箱內(nèi)氣溫和土壤溫濕度。每周采樣1次，于8:00—10:00完成。

表1 大豆主要生育期和肥料管理Table 1 Main growth stages of soybean and fertilization schedules

用Agilent-6890N氣相色譜儀檢測氣樣中N2O的混合比。通過對每組3個樣品（于0、10、20 min采集）的N2O混合比與相對應(yīng)的采樣間隔時間（0、10、20 min）進(jìn)行線性回歸，求得N2O的排放速率。再根據(jù)大氣壓、氣溫、普適氣體常數(shù)、采樣箱的有效高度、N2O分子量等，求得單位面積的排放量，即排放通量。氣相色譜儀配置、溫度等分析條件以及通量計算方法等參照文獻(xiàn)（Wang et al.， 2003）。

1.4 植物與土壤指標(biāo)的測定

在每個小區(qū) 選擇長勢均勻 的植株，帶土整 株取回，洗 凈，105 ℃殺 青1 h，分地上部分和根系，80 ℃烘干至恒重，測定植株生物量。土壤全氮采用全自動凱氏定氮儀（Kjeltec2300，F(xiàn)OSS，瑞典）測定（李宇慶等，2006）；FOSS流動 注射分析儀（FIAstar5000，F(xiàn)OSS，瑞典）測定土壤硝態(tài)氮含量；外加熱KCrO4氧化法測定土壤總有機(jī)碳（鮑士旦，2000）。植物葉片可溶性蛋白質(zhì)和硝酸還原酶分別采用考馬斯 亮藍(lán)-染色法測定和磺胺比 色法（活體法）測定。

1.5 統(tǒng)計方法

實驗數(shù)據(jù)在Excel 2010中進(jìn)行計算，采用SPSS 17.0（SPSS Inc.，Chicago，USA）統(tǒng)計軟件進(jìn)行顯著性檢驗及相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 酸雨對N2O排放季節(jié)性變化的影響

圖2所示為土壤N2O排放通量季節(jié)性變化，CK與T1、T2、T3處理變化規(guī)律大致相同，模擬酸雨沒有改變土壤N2O季節(jié)性排放規(guī)律。土壤N2O通量沒有大幅度的起伏。2010年（圖2a）土壤N2O排放通量為12.92~38.22 μg·m-2·h-1，2011年（圖2b）為7.83~27.68 μg·m-2·h-1，2010年的土壤N2O排放通量比2011年的略高。

2.2 酸雨對N2O平均排放通量的影響

表2所示為模擬酸雨處理下土壤N2O平均排放通量。2010年，與CK相比，分枝期、開花期、結(jié)莢期和鼓粒期，T1、T2、T3處理都沒有顯著改變土壤N2O平均排放通量。從整個生育期來看，3種不同酸度的酸雨處理均沒有改變土壤N2O平均排放通量。

圖2 模擬酸雨對N2O排放通量的影響Fig. 2 Effects of simulated acid rain on N2O emissions fluxes from soil

表2 模擬酸雨對土壤N2O各生育期平均排放通量的影響Table 2 Effect of simulated acid rain on average N2O emission fluxes from soil during different growth stages μg·m-2·h-1

2011年，與CK相比，三葉期、分枝期、開花期和結(jié)莢期，T1、T2、T3處理也都沒有顯著改變土壤N2O平均排放通量。鼓粒期，T1處理使土壤N2O平均排放通量顯著增加35.1%（P=0.020），T3處理使土壤N2O平均排放通量顯著增加了71.2%（P=0.000）。從整個生育期平均值來看，T1、T2、T3處理與CK相比沒有顯著變化。

2.3 酸雨對生物量和植株氮代謝的影響

2.3.1 酸雨對生物量的影響

2011年大豆植株生物量見表3。分枝期，與CK相比，T1、T2、T3處理的地上、地下和總生物量都沒有顯著性差異。開花—結(jié)莢期，T1處理的植株地下生物量和總生物量分別減少了31.93%和34.51%（P=0.039、0.043）；T3處理的植株地下和總生物量分別減少了24.30%和36.36%（P=0.027、0.035）。鼓粒期，T1處理地上、地下和總生物量分別下降了31.85%、25.77%和31.27%（P=0.174、0.071、0.074），但差異不明顯；T2處理地上、地下和總生物量分別減少了21.39%、18.85%和21.15%（P=0.307、0.200、0.203），差異不明顯；T3處理地上、地下和總生物量分別降低了27.50%、12.41%和26.05%（P=0.493、0.110、0.126），但都沒有達(dá)到顯著差異。

表3 模擬酸雨對大豆生物量的影響Table 3 Effects of simulated acid rain on biomass of soybean g·m2

2.3.2 酸雨對植株氮代謝的影響

從表4可知，開花—結(jié)莢期，與CK相比，T1、T2、T3的葉片全氮含量分別顯著減少了10.73%、22.31%和14.98%（P<0.01）；葉片硝態(tài)氮含量T1沒有顯著變化，T2、T3的分別顯著減少了9.01%和16.8%（P<0.01）。鼓粒期與開花—結(jié)莢期不同，T3的葉片全氮含量減少了2.75%，而T1和T2卻分別增加了6.06%和5.22%（P<0.01）；T1的葉片硝態(tài)氮含量增加了6.43%（P<0.01），但T2和T3的硝態(tài)氮沒有顯著變化。

與CK相比，在分枝期、開花—結(jié)莢期和鼓粒期，T1、T2、T3處理的葉片硝酸還原酶活性都沒有顯著性變化。與CK相比，在分枝期，T1、T2、T3的可溶性蛋白質(zhì)含量分別減少了29.19%、32.62%、35.02%，差異均達(dá)極顯著水平（P<0.01）；開花—結(jié)莢期，T1的可溶性蛋白質(zhì)含量顯著減少了27.52%（P<0.01），T2和T3的分別減少了24.57%和19.50%（P<0.05）；在鼓粒期，各處理的葉片可溶性蛋白質(zhì)含量沒有顯著性差異。

表4 模擬酸雨對大豆葉片相關(guān)氮代謝指標(biāo)的影響Table 4 Effects of simulated acid rain on items related to nitrogen metabolism of soybean leaves

2.4 酸雨對土壤相關(guān)指標(biāo)的影響

如表5所示，與CK相比，在分枝期，T1、T3處理的土壤有機(jī)碳含量變化不顯著（P=0.925、0.494），T2的土壤有機(jī)碳含量降低了19.79%（P<0.05）；在開花—結(jié)莢期和鼓粒期，T1、T2和T3處理對土壤有機(jī)碳影響不顯著。在3個生育期階段，不同處理與CK相比，對土壤全氮含量的影響不顯著。與CK相比，在分枝期，T1、T2的土壤硝態(tài)氮含量分別減少了14.41%和8.00%（P<0.01）；在開花—結(jié)莢期，T1、T2和T3處理的土壤硝態(tài)氮含量分別降低了6.22%、7.37%和7.33%（P<0.01）；在鼓粒期，T2處理使土壤硝態(tài)氮含量增加了10.64%（P<0.01）。

表5 模擬酸雨對土壤相關(guān)指標(biāo)的影響Table 5 Effects of simulated acid rain on soil items related to N2O emission

3 討論

3.1 酸雨對土壤N2O排放的影響

土壤pH是影響硝化-反硝化作用的重要變量，其可進(jìn)一步影響N2O的排放。土壤酸化往往會使得硝化作用所產(chǎn)生的N2O與NO3-之比升高。Morkved et al.（2007）發(fā)現(xiàn)硝化作用所產(chǎn)生的N2O與NO3-之比在土壤pH為4.2時為1.4%，在土壤pH為4.1時達(dá)到7.6%。反硝化作用所產(chǎn)生的N2O的產(chǎn)量比同樣會在酸性土壤中得到提高（?imek et al.，2002）。N?gele et al.（1990）在對所收集的云杉Picea asperata林土壤進(jìn)行室內(nèi)試驗時觀察到降低土壤pH會降低土壤反硝化速率，卻增加了N2O的排放速率，這說明酸度脅迫抑制了微生物活性，卻提高了N2O產(chǎn)量。Cai et al.（2012）進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)SO4-可能抑制了反硝化作用中最后一步N2O還原成N2的過程，致使反硝化作用中N2O的升高。本研究通過2年試驗發(fā)現(xiàn)，不同酸度酸雨處理對大豆整個生育期的N2O平均排放通量影響不顯著，但值得注意的是，第二年大豆鼓粒期酸雨處理（T1、T3）的N2O平均排放通量顯著高于對照（CK）排放。其原因可能在于，土壤是一個巨大的緩沖體系，對酸性物質(zhì)的輸入具有較強(qiáng)的緩沖作用，因此短期的模擬酸雨處理并不能顯著影響土壤N2O的排放，但較長期的酸雨脅迫使得土壤有提高N2O排放的趨勢。封克等（2004）研究指出，酸性條件可以提高總還原氣體中N2O的比例，但就N2O產(chǎn)生速率的絕對值來說，近中性條件是最為有利的，因此可以認(rèn)為酸雨脅迫下土壤N2O的排放量最終取決于兩者的相對強(qiáng)弱。本研究中，在第二年大豆鼓粒期，T2處理也表現(xiàn)出N2O排放升高的趨勢，但沒有達(dá)到顯著水平，可能是在這一酸度（pH=3.0）下土壤產(chǎn)N2O比例升高與產(chǎn)生速率絕對值相平衡的結(jié)果。另外，酸雨脅迫對土壤N2O排放的影響與土壤本身的理化性質(zhì)如土壤pH、質(zhì)地、有機(jī)碳氮等有關(guān)。Cai et al.（2012）的研究指出SO2沉降（迅速轉(zhuǎn)變成SO4-）刺激土壤N2O排放的效應(yīng)會因土壤類型及環(huán)境條件的不同而不同，如在中國北部平原的土壤（pH>7.5）中就很難觀測到這種效應(yīng)。

3.2 酸雨對植株和土壤理化性質(zhì)的影響

葉片硝酸還原酶是植物氮素同化過程中的關(guān)鍵酶（Solomonson et al.，1977），常用其活性表示氮代謝的強(qiáng)弱。齊澤民等（2001）的研究發(fā)現(xiàn)，酸雨處理抑制了杜仲葉片中的硝酸還原酶活性，降低了可溶性蛋白質(zhì)和總氮含量。然而，也有研究顯示出不同的結(jié)果，吳曉靜等（2016）發(fā)現(xiàn)酸雨處理提高了“揚(yáng)麥16”旗葉中的硝酸還原酶活性并提高了籽粒中蛋白質(zhì)及組分含量，并指出酸雨處理會因作物品種的不同而產(chǎn)生不同的影響。本研究發(fā)現(xiàn)，在大豆生長的各時期，不同酸度酸雨處理均沒有顯著改變大豆葉片中硝酸還原酶活性，在大豆植株開花—結(jié)莢期，隨pH的降低葉片可溶性蛋白質(zhì)和總氮含量降低并且明顯降低了大豆植株的地下生物量，這說明酸雨對大豆的氮代謝活動影響不明顯，可能是因為酸雨在對作物進(jìn)行酸度脅迫的同時，因其中含有的氮硫元素等具有一定的肥效，在某種程度上對植物有著營養(yǎng)效應(yīng)進(jìn)而影響其氮代謝過程。酸雨脅迫對作物的生長產(chǎn)生了一定的抑制作用致使大豆植株的地下生物量顯著減少，而可溶性蛋白質(zhì)、總氮含量的降低可能與酸脅迫下蛋白質(zhì)的水解加劇以及含氮化合物的淋失有關(guān)。

酸雨對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的另一個重要影響主要表現(xiàn)在使土壤中作物生長所需的營養(yǎng)元素淋失，導(dǎo)致土壤肥力下降（高太忠等，2004）。本研究中，酸雨處理使分枝期、開花—結(jié)莢期的土壤NO3-含量降低，與前人研究結(jié)果基本一致。但是，在大豆生長季后期（鼓粒期），不同酸度酸雨處理下的NO3-含量表現(xiàn)出不同程度的升高，其中T2處理顯著升高（P<0.05），原因可能是酸度脅迫的累積效應(yīng)使得以NO3-為底物的微生物活性下降，同時植物根系對硝態(tài)氮的吸收也受到抑制所致。土壤全氮、有機(jī)碳含量相對比較穩(wěn)定，本研究中土壤全氮、有機(jī)碳等在大豆生長各生育期基本無明顯變化，僅在分枝期，T2處理土壤有機(jī)碳含量略有降低。在以往的研究中，雖有報道稱酸性淋入液會使土壤有機(jī)質(zhì)輕微下降（劉洪杰，1991），但多數(shù)報道稱短期的模擬酸雨處理對土壤有機(jī)碳無顯著影響（吳建平等，2015）。

4 結(jié)論

（1）2年的模擬酸雨試驗表明酸雨處理沒有改變土壤N2O排放通量的季節(jié)性變化規(guī)律，整個生長季土壤N2O平均排放通量也沒有顯著變化，但在第二年大豆鼓粒期，酸雨處理顯著增加了土壤N2O排放通量，表明長期酸雨脅迫會增加大豆田土壤N2O排放。

（2）在開花—結(jié)莢期，酸雨處理明顯降低了大豆植株地下生物量。在分枝期、開花—結(jié)莢期和鼓粒期，酸雨處理都降低了葉片可溶性蛋白質(zhì)含量；在開花—結(jié)莢期，酸雨處理降低了葉片全氮和硝態(tài)氮含量。

（3）2年的模擬酸雨試驗發(fā)現(xiàn)，酸雨處理沒有顯著改變大豆田土壤有機(jī)碳含量，但在分枝期和開花—結(jié)莢期，土壤硝態(tài)氮有明顯的減少趨勢。

CAI Z, ZHANG J, ZHU T, et al. 2012. Stimulation of NO and N2O emissions from soils by SO2deposition [J]. Global Change Biology, 18(7): 2280-2291.

CHEN J, WANG W H, LIU T W, et al. 2013. Photosynthetic and antioxidant responses of Liquidambar formosana and Schima superba seedlings to sulfuric-rich and nitric-rich simulated acid rain [J]. Plant Physiology and Biochemistry, 64: 41-51.

CIAIS P, SABINE C, BALA G, et al. 2013. Carbon and Other Biogeochemical Cycles [C]//Stocker T F, Qin D, Plattner G K, et al. Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA: Cambridge University Press: 465-570.

CUHEL J, SIMEK M. 2011. Effect of pH on the denitrifying enzyme activity in pasture soils in relation to the intrinsic differences in denitrifier communities [J]. Folia Microbiologica, 56(3): 230-235.

DIXON M J, KUJA A L. 1995. Effects of simulated acid rain on the growth, nutrition, foliar pigments and photosynthetic rates of sugar maple and white spruce seedlings [J]. Water, Air, & Soil Pollution, 83(3): 219-236.

DRISCOLL C T, LAWRENCE G B, BULGER A J, et al. 2001. Acidic deposition in the Northeastern United States: sources and inputs, ecosystem effects, and management strategies [J]. BioScience, 51(3): 180-198.

FIRESTONE M K, DAVIDSON E A. 1989. Microbiological basis of NO and N2O production and consumption in soil [C]//Andreae M O, Schimel D S. Exchange of Trace Gases between Terrestrial Ecosystems and the Atmosphere. Chichester John Wiley & Sons: 7-21.

IPCC. 2013. Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [M]. Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA: Cambridge University Press: 1535.

JAGELS R, JIANG M, MARDEN S, et al. 2002. Red spruce canopy response to acid fog exposure [J]. Atmospheric Research, 64(1-4): 169-178.

LIAO B, GUO Z, ZENG Q, et al. 2007. Effects of acid rain on competitive releases of Cd, Cu, and Zn from two natural soils and two contaminated soils in Hunan, China [J]. Water, Air, & Soil Pollution, 7(1): 151-161.

LING D J, HUANG Q C, OUYANG Y. 2010. Impacts of simulated acid rain on soil enzyme activities in a latosol [J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 73(8): 1914-1918.

LIU X J, MOSIER A R, REULE C A, et al. 2007. Dinitrogen and N2O emissions in arable soils: effect of tillage, N source and soil moisture [J]. Soil Biology & Biochemistry, 39(9): 2362-2370.

LOVETT G M, TEAR T H, EVERS D C, et al. 2009. Effects of air pollution on ecosystems and biological diversity in the Eastern United States [J]. Annals of the New York Academy of Sciences, 1162(1): 99-135.

LV Y, WANG C, JIA Y, et al. 2014. Effects of sulfuric, nitric, and mixed acid rain on litter decomposition, soil microbial biomass, and enzyme activities in subtropical forests of China [J]. Applied Soil Ecology, 79: 1-9.

MORKVED P T, DORSCH P, BAKKEN L R. 2007. The N2O product ratio of nitrification and its dependence on long-term changes in soil pH [J]. Soil Biology & Biochemistry, 39(8): 2048-2057.

MENZ F C, SEIP H M. 2004. Acid rain in Europe and the United States: an update [J]. Environmental Science & Policy, 7(4): 253-265.

METAY A, OLIVER R, SCOPEL E, et al. 2007. N2O and CH4emissions from soils under conventional and no-till management practices in Goiania (Cerrados, Brazil) [J]. Geoderma, 141(1-2): 78-88.

N?GELE W, CONRAD R. 1990. Influence of pH on the release of NO and N2O from fertilized and unfertilized soil [J]. Biology & Fertility of Soils, 10(2): 139-144.

OORTS K, MERCKX R, GR HAN E, et al. 2007. Determinants of annual fluxes of CO2and N2O in long-term no-tillage and conventional tillage systems in northern France [J]. Soil & Tillage Research, 95(1-2): 133-148.

RAVISHANKARA A R, DANIEL J S, PORTMANN R W. 2009. Nitrous Oxide (N2O): the dominant ozone-depleting substance emitted in the 21st Century [J]. Science, 326(5949): 123-125.

RUSER R, FLESSA H, RUSSOW R, et al. 2006. Emission of N2O, N2and CO2from soil fertilized with nitrate: effect of compaction, soil moisture and rewetting [J]. Soil Biology & Biochemistry, 38(2): 263-274.

?IMEK M, COOPER J E. 2002. The influence of soil pH on denitrification: progress towards the understanding of this interaction over the last 50 years [J]. European Journal of Soil Science, 53(3): 345-354.

SINGH R K, DUTTA R K, AGRAWAL M. 2004. Litter decomposition and nutrient release in relation to atmospheric deposition of S and N in a dry tropical region [J]. Pedobiologia, 48(4): 305-311.

SMITH C R, VASILAS B L, BANWART W L, et al. 1991. Physiological response of two soybean cultivars to simulated acid rain [J]. New Phytologist, 119(1): 53-60.

SNYDER C S, BRUULSEMA T W, JENSEN T L, et al. 2009. Review of greenhouse gas emissions from crop production systems and fertilizer management effects [J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 133(3-4): 247-266.

SOLOMONSON L P, SPEHAR A M. 1977. Model for the regulation ofnitrate assimilation [J]. Nature, 265(5592): 373-375.

TANG J, XU X, BA J, et al. 2010. Trends of the precipitation acidity over China during 1992—2006 [J]. Chinese Science Bulletin, 55(17): 1800-1807.

TROST B, PROCHNOW A, DRASTIG K, et al. 2013. Irrigation, soil organic carbon and N2O emissions: A review [J]. Agronomy for Sustainable Development, 33(4): 733-749.

TURNER D P, TINGEY D T. 1990. Foliar leaching and root uptake of Ca, Mg and K in relation to acid fog effects on Douglas-fir [J]. Water, Air, & Soil Pollution, 49(1): 205-214.

WANG Y, WANG Y. 2003. Quick measurement of CH4, CO2and N2O emissions from a short-plant ecosystem [J]. Advances in Atmospheric Sciences, 20(5): 842-844.

WRIGHT L M, LOCKABYL B G, MELDAHLL R, et al. 1990. The influence of acid precipitation and ozone on nitrogen nutrition of young loblolly pine [J]. Water, Air, & Soil Pollution, 54(1): 135-142.

XIE Z Q, DU Y, ZENG Y, et al. 2009. Effects of precipitation variation on severe acid rain in southern China [J]. Journal of Geographical Sciences, 19(4): 489-501.

ZHANG J B, CAI Z C, ZHU T B. 2011. N2O production pathways in the subtropical acid forest soils in China [J]. Environmental Research, 111(5): 643-649.

ZHANG J E, OUYANG Y, LING D J. 2007. Impacts of simulated acid rain on cation leaching from the Latosol in south China [J]. Chemosphere, 67(11): 2131-2137.

ZHANG X Y, JIANG H, JIN J X, et al. 2012. Analysis of acid rain patterns in northeastern China using a decision tree method [J]. Atmospheric Environment, 46: 590-596.

鮑士旦. 2000. 土壤農(nóng)化分析 [M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社: 30-40.

卞雅姣, 黃潔, 孫其松, 等. 2013. 模擬酸雨對小麥產(chǎn)量及籽粒蛋白質(zhì)和淀粉含量及組分的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報, 33(15): 4623-4630.

封克, 王子波, 王小治, 等. 2004. 土壤pH對硝酸根還原過程中N2O產(chǎn)生的影響[J]. 土壤學(xué)報, 41(1): 81-86.

高太忠, 戚鵬, 張揚(yáng), 等. 2004. 酸雨對土壤營養(yǎng)元素遷移轉(zhuǎn)化的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 13(1): 23-26.

黃耀, 焦燕, 宗良綱, 等. 2002. 土壤理化特性對麥田N2O排放影響的研究[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 22(5): 598-602.

李宇慶, 陳玲, 趙建夫. 2006. 土壤全氮測定方法的比較[J]. 廣州環(huán)境科學(xué), 21(3): 28-29.

梁曉琴, 劉建, 丁文娟, 等. 2013. 模擬酸雨對蒙古櫟幼苗生長和根系傷流量的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報, 33(15): 4583-4590.

梁永超, 沈其榮. 1999. 鈣、硅對酸雨脅迫下小麥生長和養(yǎng)分吸收的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 10(5): 589-592.

劉洪杰. 1991. 酸性淋洗對土壤有機(jī)質(zhì)和粘粒含量的影響[J]. 環(huán)境科學(xué), 12(2): 42-44.

麥博儒, 鄭有飛, 梁駿, 等. 2008. 模擬酸雨對小麥葉片同化物、生長和產(chǎn)量的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 19(10): 2227-2233.

齊澤民, 鐘章成, 鄧君, 等. 2001. 模擬酸雨對杜仲葉膜脂過氧化及氮代謝的影響[J]. 西南師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 26(1): 38-44.

吳建平, 梁國華, 熊鑫, 等. 2015. 鼎湖山季風(fēng)常綠闊葉林土壤微生物量碳和有機(jī)碳對模擬酸雨的響應(yīng)[J]. 生態(tài)學(xué)報, 35(20): 6686-6693.

吳曉靜, 江海東, 周琴. 2016. 花后酸雨和漬水脅迫對小麥氮代謝關(guān)鍵酶活性及籽粒蛋白質(zhì)組成的影響[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 39(1): 26-33.

張新民, 柴發(fā)合, 王淑蘭, 等. 2010. 中國酸雨研究現(xiàn)狀[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 23(5): 527-532.

張新明, 張俊平, 劉素萍, 等. 2006. 模擬酸雨對荔枝園土壤氮素遷移和土壤酸化的影響[J]. 水土保持學(xué)報, 20(6): 18-21.

鄭有飛, 李璐, 梁駿, 等. 2008b. 模擬酸雨及其SO42-離子對油菜生長及品質(zhì)的影響[J]. 中國油料作物學(xué)報, 30(2): 185-190.

鄭有飛, 麥博儒, 梁駿, 等. 2008a. 不同類型模擬酸雨對油菜營養(yǎng)品質(zhì)的影響[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 28(10): 2133-2140.

鄭有飛, 唐信英, 徐建強(qiáng), 等. 2007. 南京市江北工業(yè)區(qū)降水酸性及化學(xué)成分分析[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 20(4): 45-51.

Effects of simulated acid rain on soil N2O emissions and nitrogen contents of plant and soil in soybean farmland [J]. Ecology and Environmental Sciences, 26(4): 590-596.

ZHANG Han, HU Zhenghua, CHEN Shutao, HU Bingbing, SHENG Lu, SUN Yinyin. 2017.

Effects of Simulated Acid Rain on Soil N2O Emissions and Nitrogen Contents of Plant and Soil in Soybean Farmland

ZHANG Han1,3, HU Zhenghua1*, CHEN Shutao1, HU Bingbing2, SHENG Lu1, SUN Yinyin1
1. Collaborative Innovation Center on Forecast and Evaluation of Meteorological Disasters//Jiangsu Key Laboratory of Agricultural Meteorology, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China;
2. Nanjing Foreign Language School, Nanjing 210008, China; 3. State Key Laboratory of Atmospheric Boundary Layer Physics and Atmospheric Chemistry, Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China

Nitrous oxide (N2O) is a typical greenhouse gases and agroecosystem is a significant source of N2O emission. Acid rain is an important environmental issue in China, but few studies have focused on its impact on soil N2O emission in agricultural ecosystem. To investigate the effects of acid rain on soil N2O emission fluxes and the nitrogen content of plant and soil.,field experiments with simulated acid rain were conducted in the soybean (Glycine max (Linn.) Merr.) farmland for two growing seasons. Four experimental treatments were set up, including the control (CK, pH=6.7), pH=4.0 (T1), pH=3.0 (T2), and pH=2.0 (T3). The N2O emission fluxes were measured by the static chamber-gas chromatography method. Results showed that simulated acid rain did not change the seasonal variation pattern of N2O emission fluxes from soil. Although no significant impact of simulated acid rain on the average flux of N2O was observed during the whole soybean-growing season, the average N2O flux under T1and T3treatments during grain-filling period of the second year was increased by 35.1% (P=0.020) and 71.2% (P=0.000) than CK, respectively. Compared with CK, T1and T3treatments significantly reduced the root biomass by 31.93% (P=0.039) and 24.30% (P=0.02) in the flowering-podding stage. Acid rain treatments reduced the soluble protein content of leaves in the branching, flowering-podding, and grain-filling stages, and decreased the contents of total nitrogen and nitrate nitrogen in leaves during the flowering-podding stage. Acid rain treatments did not significantly change the contents of organic carbon and total nitrogen in soil, while, it significantly reduced the nitrate nitrogen content of soil in the branching and flowering-podding stages.

acid rain; soil; N2O emission; nitrogen content; soybean

10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.04.007

X144; S153

A

1674-5906（2017）04-0590-07

張寒, 胡正華, 陳書濤, 胡冰冰, 盛露, 孫銀銀. 2017. 模擬酸雨對大豆田土壤N2O通量及植株和土壤氮含量的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 26(4): 590-596.

國家自然科學(xué)基金項目（41375006）；江蘇省“六大人才高峰”項目（2014-NY-015）；江蘇省高校“青藍(lán)工程”項目（2014）；江蘇省農(nóng)業(yè)氣象重點(diǎn)實驗室開放課題（KYQ1302）

張寒（1986年生），男，博士研究生，主要研究方向為地氣碳氮交換與全球變化。E-mail: han_zhang@foxmail.com

*通信作者。胡正華，E-mail: zhhu@nuist.edu.cn

2016-11-22

Ecology and Environmental Sciences E-mail: editor@jeesci.com