黑河流域中游玉米農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸動態(tài)特征研究.pdf

1、關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)問題的深入研究已是生態(tài)與環(huán)境科學(xué)學(xué)科的關(guān)注熱點。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是人為活動最頻繁、對人類各種耕作措施最敏感的生態(tài)系統(tǒng),更是研究碳收支平衡的重要內(nèi)容。因此,研究作物-土壤-大氣間源、匯、流的動態(tài)變化,對探索改善農(nóng)田碳循環(huán)的途徑起著十分關(guān)鍵的作用。本研究以黑河流域中游張掖地區(qū)為研究對象區(qū)域,以玉米農(nóng)田、青椒菜地和蘋果果園為研究對象,以美國LI-COR8100設(shè)備為土壤呼吸測量儀器,重點研究不同生長周期尺度下各個農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的土

2、壤呼吸及其組分變異情況;闡明不同農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的土壤呼吸與溫度因子相變化與適應(yīng)規(guī)律;對玉米農(nóng)田與青椒菜地、蘋果果園土壤呼吸驅(qū)動變異機制進行比較。主要研究結(jié)論如下:
　　揭示了在生長季以及各個周期中玉米農(nóng)田土壤呼吸及其組分變化規(guī)律。不同觀測站點的玉米農(nóng)田土壤呼吸速率在整個試驗過程中均呈現(xiàn)波動式單峰曲線,3個站點的最低值不約而同的出現(xiàn)在6月6日,最高值出現(xiàn)在7月14日。3個站點的平均碳排量均表現(xiàn)出在玉米生長季中EFS時期碳排量最高,然后

3、是 SES和 FHS。生長季中土壤呼吸組分中總異氧呼吸略大于純土壤呼吸,總異氧呼吸與總土壤呼吸變化曲線較一致,而純土壤呼吸則呈現(xiàn)隨著玉米生長的周期逐步遞減的趨勢。自7月1日后,EFS和FHS時期土壤總呼吸組分中根系呼吸占絕大多數(shù)的比重。
　　比較了不同作物類型的土壤呼吸變化特征。青椒、蘋果、玉米地的土壤呼吸速率最低值和最高值分別出現(xiàn)在6月6日和7月14日,其中最高值卻以玉米田地最為突出。裸地由于沒有植被覆蓋,其土壤呼吸速率曲線在均

4、值2.01μmol/m2/s左右呈現(xiàn)波動曲線。土壤呼吸速率的變化幅度分別為青椒(102％)最大、玉米(88％)次之、蘋果(79％)再次之、以及裸地(59％)最小,將蘋果林地轉(zhuǎn)變?yōu)橛衩?、青椒田地?會導(dǎo)致顯著的土壤呼吸速率變化。玉米地土壤碳通量在各個生長期均為最大,蘋果與青椒地土壤碳通量只在FHS時期有不同,其他生長期呼吸速率也較為接近。在整個生長季中土壤平均呼吸速率:玉米>蘋果>青椒>裸地。
　　明確了玉米田地溫濕度變化特征,以及

5、與土壤呼吸的相關(guān)關(guān)系。EC5站點玉米地土壤溫度生長季期間呈現(xiàn)遞減曲線,期間溫度以6月11日最高,為25.0℃,之后波動性下降至9月13日達到最低點12.1℃。而土壤濕度生長季期間持續(xù)變化曲線表現(xiàn)為每月末土壤濕度激增,整個生長季土壤濕度峰值出現(xiàn)在6月25日,濕度達到46.5％。土壤溫度強烈的作用于土壤CO2的排放,兩者之間呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)關(guān)系,4cm土壤溫度可以解釋75.6％-91.7％的玉米農(nóng)田生長季土壤的碳排放規(guī)律。而土壤濕度卻未能反

6、應(yīng)出二者之間存在顯著的相關(guān)關(guān)系。
　　利用Q10指數(shù)分析并比較了不同生長周期和土壤溫度尺度下土壤呼吸的溫度敏感性。EC3與EC5在各個數(shù)據(jù)上都較為接近,但由于土壤平均濕度較低,EC14卻是整個生長季中3個站點中擬合度最高、10℃時土壤呼吸擬合值最大,同時Q10值卻最小的一個特殊站點。EC5站點SES、EFS、FHS時期土壤呼吸溫度敏感性分別為在生長季初期最大、后期次之、中期最小。在不考慮土壤濕度的情況下,3個站點土壤呼吸與土壤4c

7、m溫度在低溫時的擬合效果明顯高于溫度較高的時候,并呈現(xiàn)出Q10高溫時較低而低溫時較高的特點,表明在低溫時土壤呼吸對溫度的響應(yīng)變化敏感。
　　綜合多因子評價Q10函數(shù)可靠性。在大尺度上對全球碳平衡估測上主要是通過Q10模型來推算的,而許多模型對土壤呼吸的分析均使用常數(shù)Q10并沒有反映出土壤呼吸對溫度與濕度變化的適應(yīng)性,所以使得利用Q10模擬計算時會造成明顯偏差。因此,本研究認為Q10參數(shù)值的精確化對準確估計生態(tài)系統(tǒng)碳平衡顯得尤為重要