CO2 是大气温室气体主要成分之一 ,其温室效应对气候变暖的贡献率约为 40 % ,约为处于第 2位的CH4 贡献率 ( 2 0 % )的 2倍 ,而大气CO2 浓度仍然以较稳定的速率增加 ,年增加率约 1 .8%。CO2 浓度增加 ,气候变暖已成为人们关注的环境问题之一。陆地生态系统土壤呼吸是陆地碳循环的重要组成部分。国外从 2 0世纪 70年代以来就已开展相关研究 ,我国的研究工作开展的较晚 ,研究内容主要集中在森林、草原系统 ,对农田系统的研究较少。农田土壤呼吸释放的CO2 改变了农作物冠层的CO2梯度 ,使下层得到更多的CO2 供应 ,为光合作用提供了充足的原料。土壤CO2 排放是表征土壤质量和土壤肥力的重要生物学指标 ;土壤CO2 排放速率在一定程度上反映了土壤养分转化和供应能力 ,对预测陆地生态系统生产力对气候变化的响应具有重要意义 ;研究土壤CO2 排放对于确定陆地生态系统中C源与C汇的关系 ,解决C失汇问题以及对目前全球气候变化也有重要意义。江淮分水岭地区农田面积约 5 8.2× 1 0 4 hm2 ,土质以黏盘黄褐土为主。笔者在安徽农业大学实验农场对黏盘黄褐土的CO2 排放特点进行了研究。1 实验设计1 .1 实验地点 地点位于安徽农业大学实验农场 ,为冬小麦茬地。实验时剥除了少量的地表土壤以减少小麦残根的影响 (见图 1 )。图 1 采样点平面分布1 .2 取样与样品处理 实验采用自制采气装置 (图 2 )。收集器械的布置 :首先将收集筒下端插入土壤层固定 ,再用双层保鲜膜将上端密封 ;其次 ,将采样筒暴露在空气中数分钟后将一端密封 ,没有被密封的一端插入收集筒壁上专门开出的圆孔 ,并用黄油将两筒结合处密封。图 2 气体收集器 气体采样 :经过规定时间长后 ,将采样筒缓慢抽出 ,迅速密封。气体样品处理及土壤CO2 排放的计算 :收集实验结束后立即用Ba(OH) 2 溶液吸收、过滤、烘干、称重 ,并根据沉淀量、气体收集器的体积、收集面面积换算单位面积地表土壤CO2 排放速率。1 .3 实验设计 实验选取典型的晴天 ( 6月 8日 )和阴天( 6月 1 3日 )进行 ,其中 6月 1 3日的实验持续到 1 4日。每一系列在 5个深度各有 1个样本 (图 1 ) ,设计 5个取样时间 ,分别为 1 0 :0 0、1 2 :0 0、1 4:0 0、1 6:0 0、1 8:0 0 ,共计 2 5个采样器。早晨 8:0 0一次性将采样器布设好 ,每个采样时间点采样 1个系列的样品。 1 8:0 0取样结束后重新布设 1个系列进行夜间取样 ,取样时间持续 1 2h以上。在 1 3日测量中单列 1个系列每 2h取 1次样品。2 结果与分析2 .1 夜间不同深度土壤CO2 排放速率 夜间取样于 6月 1 3日 1 8:0 0到 6月 1 4日 7:0 0进行 ,结果见图 3。图 3 夜间不同深度土壤CO2 排放速率利用Excel拟合的不同深度土壤CO2 平均排放速率分布公式为 :y=-0 .0 0 62x4 -0 .0 3 42x3+0 .641 3x2 -1 .5 80 8x +2 .3 9 (R2 =1 )式中 ,y为土壤CO2 平均排放速率 <单位 :mg/ (m2 ·h) ,下同 >,x为土层深度 (单位 :1 0cm ,下同 )。从图 3可见 ,夜间土壤CO2 平均排放速率随深度呈逐渐升高的S形曲线 ,排放速率最高的深度在 3 0cm左右。2 .2 白天不同深度土壤CO2 排放速率 对 6月 8、1 3日白天取样结果进行分析 ,得出不同天气类型不同深度土壤CO2
排放速率 (图 4)。图 4 不同天气类型白天不同深度土壤CO2 排放速率利用Excel分别拟合排放速率公式 ,结果分别为 :阴天 ,y=1 .85 49ex+8.892 3 (R2 =0 .9774)晴天 ,y=0 .3 2 2 7x4 -4.1 5 63x3+1 8.684x2-3 4.43 4x +2 8.3 5 8 (R2 =1 )式中 ,y为CO2 排放速率 ,x为土层深度。不同天气类型白天的CO2 排放特点不同。晴天呈逐渐降低的S形曲线 ,地表面的排放速率最高 ,在 2 0cm附近有 1个次高点 ;阴天呈单调升高态势 ,与晴天相比 ,阴天的排放速率明显高 ,其差异随深度增加而增加。2 .3 土壤CO2 排放总量 利用地表 0cm处 6月 8、1 3日66h采集样品计算出加权平均土壤CO2 排放速率为 1 0 .5mg/ (m2 ·h)。以此排放速率计算 ,江淮分水岭地区约 5 8.2× 1 0 4 hm2 的农田在 5～ 9月 ( 1 5 3d)的高温期间土壤CO2总排放量约 2 .2 4× 1 0 11g。3 讨论3 .1 土壤中的碳 土壤碳是陆地碳的重要组成部分 ,包括有机碳与无机碳。土壤有机碳年龄随深度增加而增加 ,说明深层土壤有机质较稳定 ,有机碳主要分布于上层1m以内 ,短期变化多局限于上层 3 0～ 5 0cm。农田是各种土壤利用类型中变化最活跃的一种 ,在全球变化背景下 ,该层土壤有机碳受气温、降水直接影响 ,其变化对全球大气CO2 (含量约 2 .8× 1 0 15kg)有重要影响。对农田土壤CO2 排放速率的精确测定可定量地研究土壤与大气CO2 交换、消耗规律 ,有助于揭开全球碳“未知汇”之谜。土壤所排放的CO2 是农作物群落重要的CO2 来源。土壤CO2 排放速率的准确测定对于研究农作物群落中CO2 浓度的变化、垂直交换等具有指导意义 ,对于精准农业的发展具有参考价值。3 .2 研究前瞻 陆地生态系统的土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的一个重要组成部分。研究陆地生 态系统土壤呼吸的最终目的可以为确定陆地生态系统在全球碳循环过程中源和库及其在全球变化中的贡献。陆地碳循环研究所涉及的领域非常广泛,尽管研究工作开展了几十年 ,取得了很大进展 ,但到目前为止 ,对一些基本问题的认识依然存在很大的不确定性。因此 ,陆地生态系统土壤呼吸的研究也同样需要全球范围内广泛的合作 ,才能为全球碳循环提供可靠的依据。农田CO_2释放初步研究@杨书运$安徽农业大学农学系!合肥230036
@王凤文$安徽农业大学农学系!合肥230036
@徐得泽$安徽农业大学农学系!合肥230036
@张庆国$安徽农业大学农学系!合肥230036
@方文宝$安徽农业大学农学系!合肥230036CO2;;排放速率;;农田通过对不同天气类型和夜间在不同深度的测定,初步研究了江淮地区农田土壤CO2 排放状况。利用Excel拟合得夜间不同深度土壤CO2 平均排放速率分布公式为:y =-0 .0 0 62x4 -0 .0 3 42x3+0 .64 13x2 -1.5 80 8x +2 .3 9;阴天的白天为:y =1.85 49ex+8.892 3 ;晴朗的白天为:y =0 .3 2 2 7x4 -4 .15 63x3+18.684x2 -3 4.43 4x +2 8.3 5 8。利用地表0cm的数据计算得江淮地区农田CO2 排放速率为10 .5mg/(m2 ·h) ,计算得高温期间( 5～9月,共15 3d)江淮地区农田(面积约5 8.2×10 4 hm2 )土壤CO2 总排放量约2 .2 4×10 1 1 g。1 RaichJW ,SchlessingerWH .Theglobalcarbondioxidefluxinsoilrespiration anditsrelationshiptovegetationandclimate
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2 GraceJ,KloydJ,MclntyreJ,etal.Carbondioxide uptakebyanundisturbedtropicalrainforestinsouthwestAmazonia.Science,1995,270:778-780.
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国家自然科学基金 (编号70 2 71 0 62 )碳循环研究所涉及的领域非常广泛 ,尽管研究工作开展了几十年
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