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

1、關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)問(wèn)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(diǎn)。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是人為活動(dòng)最頻繁、對(duì)人類(lèi)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(dòng)態(tài)變化,對(duì)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(duì)象區(qū)域,以玉米農(nóng)田、青椒菜地和蘋(píng)果果園為研究對(duì)象,以美國(guó)LI-COR8100設(shè)備為土壤呼吸測(cè)量?jī)x器,重點(diǎn)研究不同生長(zhǎng)周期尺度下各個(gè)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(duì)玉米農(nóng)田與青椒菜地、蘋(píng)果果園土壤呼吸驅(qū)動(dòng)變異機(jī)制進(jìn)行比較。主要研究結(jié)論如下:
　　揭示了在生長(zhǎng)季以及各個(gè)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(cè)站點(diǎn)的玉米農(nóng)田土壤呼吸速率在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中均呈現(xiàn)波動(dòng)式單峰曲線,3個(gè)站點(diǎn)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(gè)站點(diǎn)的平均碳排量均表現(xiàn)出在玉米生長(zhǎng)季中EFS時(shí)期碳排量最高,然后

3、是 SES和 FHS。生長(zhǎng)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(zhǎng)的周期逐步遞減的趨勢(shì)。自7月1日后,EFS和FHS時(shí)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(lèi)型的土壤呼吸變化特征。青椒、蘋(píng)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(méi)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(dòng)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(píng)果(79％)再次之、以及裸地(59％)最小,將蘋(píng)果林地轉(zhuǎn)變?yōu)橛衩住⑶嘟诽锏睾?會(huì)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(gè)生長(zhǎng)期均為最大,蘋(píng)果與青椒地土壤碳通量只在FHS時(shí)期有不同,其他生長(zhǎng)期呼吸速率也較為接近。在整個(gè)生長(zhǎng)季中土壤平均呼吸速率:玉米>蘋(píng)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(diǎn)玉米地土壤溫度生長(zhǎng)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(dòng)性下降至9月13日達(dá)到最低點(diǎn)12.1℃。而土壤濕度生長(zhǎng)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(gè)生長(zhǎng)季土壤濕度峰值出現(xiàn)在6月25日,濕度達(dá)到46.5％。土壤溫度強(qiáng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(gè)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(gè)生長(zhǎng)季中3個(gè)站點(diǎn)中擬合度最高、10℃時(shí)土壤呼吸擬合值最大,同時(shí)Q10值卻最小的一個(gè)特殊站點(diǎn)。EC5站點(diǎn)SES、EFS、FHS時(shí)期土壤呼吸溫度敏感性分別為在生長(zhǎng)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(gè)站點(diǎn)土壤呼吸與土壤4c

7、m溫度在低溫時(shí)的擬合效果明顯高于溫度較高的時(shí)候,并呈現(xiàn)出Q10高溫時(shí)較低而低溫時(shí)較高的特點(diǎn),表明在低溫時(shí)土壤呼吸對(duì)溫度的響應(yīng)變化敏感。
　　綜合多因子評(píng)價(jià)Q10函數(shù)可靠性。在大尺度上對(duì)全球碳平衡估測(cè)上主要是通過(guò)Q10模型來(lái)推算的,而許多模型對(duì)土壤呼吸的分析均使用常數(shù)Q10并沒(méi)有反映出土壤呼吸對(duì)溫度與濕度變化的適應(yīng)性,所以使得利用Q10模擬計(jì)算時(shí)會(huì)造成明顯偏差。因此,本研究認(rèn)為Q10參數(shù)值的精確化對(duì)準(zhǔn)確估計(jì)生態(tài)系統(tǒng)碳平衡顯得尤為重要