內(nèi)蒙古農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)典型草地和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳通量的研究.pdf

1、渦度相關(guān)技術(shù)是唯一能直接測(cè)定大氣與植被間CO2通量的標(biāo)準(zhǔn)方法。隨著全球變化研究的深入，人類活動(dòng)干擾下陸地生態(tài)系統(tǒng)碳通量研究越來(lái)越受到關(guān)注，對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)的研究更是備受關(guān)注。本研究選擇位于內(nèi)蒙古典型的農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)——多倫縣的典型克氏針茅草地和被開(kāi)墾的農(nóng)田為研究對(duì)象，利用渦度相關(guān)技術(shù)，結(jié)合各環(huán)境因子，在不同時(shí)間尺度上探討了控制內(nèi)蒙古草地生態(tài)系統(tǒng)碳通量可能的生理機(jī)制。利用一年多凈生態(tài)系統(tǒng)CO2氣體交換(NEE)通量的觀測(cè)，量化了這個(gè)地區(qū)草地生態(tài)

2、系統(tǒng)的碳儲(chǔ)備量，并進(jìn)一步闡明了開(kāi)墾對(duì)該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)能量流動(dòng)的影響。我們還利用Keeling同位素曲線與微氣象技術(shù)相結(jié)合的方法把生態(tài)系統(tǒng)夜間呼吸區(qū)分為自養(yǎng)呼吸和異養(yǎng)呼吸；同時(shí)利用同化箱式法，把草地生態(tài)系統(tǒng)白天群落呼吸進(jìn)行了區(qū)分，進(jìn)一步了解了不同生態(tài)過(guò)程對(duì)凈碳通量的貢獻(xiàn)。
　　 結(jié)果表明，控制該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳通量主要的環(huán)境因子是土壤含水量(VWC)和溫度。兩個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的植被葉面積指數(shù)(LAI)和生物量在非干旱季都要高于干旱季，因

3、而兩個(gè)生態(tài)系統(tǒng)在非干旱季不同環(huán)境因子的不同梯度下的NEEmax都比干旱季的要高。兩個(gè)生態(tài)系統(tǒng)NEE的最大日變幅和日最大值在非旱季與旱季十分接近，說(shuō)明即使土壤水分有所改善，但由于這個(gè)地區(qū)貧瘠的土壤限制了生態(tài)系統(tǒng)的凈碳交換量而使這兩個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力依舊不高。無(wú)論是旱季還是非旱季，草地生態(tài)系統(tǒng)呼吸的溫度敏感系數(shù)Q10都隨土壤含水量的增加而增加，這除了水分的促進(jìn)作用外，另外就是生長(zhǎng)旺季根生物量的增加。而在兩個(gè)生長(zhǎng)季里農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的Q10都隨

4、土壤含水量的變化不是很規(guī)則，這主要是因?yàn)檗r(nóng)作改變了植被類型和土壤的物理結(jié)構(gòu)從而引起生態(tài)系統(tǒng)微環(huán)境、微生物活性以及根生物量的改變，結(jié)果影響生態(tài)系統(tǒng)呼吸對(duì)溫度的敏感性。
　　 在連續(xù)兩個(gè)生長(zhǎng)季里，兩個(gè)生態(tài)系統(tǒng)碳通量隨季節(jié)的變化都有明顯的日變化，7月份的日變化最大，而且農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的NEE日變幅大于草地生態(tài)系統(tǒng)NEE的日變幅。兩個(gè)生態(tài)系統(tǒng)每個(gè)月NEE的日最大值都出現(xiàn)在上午8～9點(diǎn)左右，而生態(tài)系統(tǒng)的呼吸(RE)的日最大值都發(fā)生在下午14

5、～16點(diǎn)左右。冬季兩個(gè)生態(tài)系統(tǒng)各組分碳通量的日進(jìn)程幾乎都沒(méi)有差異，系統(tǒng)基本處于碳平衡狀態(tài)。進(jìn)入春季，幼小的植被限制了生態(tài)系統(tǒng)的碳同化。期間的耕作促進(jìn)了土壤CO2的大量釋放，同時(shí)較頻繁的降雨不僅影響植被吸收光以進(jìn)行光合固定碳，同時(shí)也進(jìn)一步加大了農(nóng)田CO2的釋放，結(jié)果農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)釋放的CO2比草地生態(tài)系統(tǒng)多。夏季，兩個(gè)生態(tài)系統(tǒng)都是吸收碳的庫(kù)，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)因較高的LAI和較低的生態(tài)系統(tǒng)呼吸溫度敏感性使其NEP遠(yuǎn)高于草地生態(tài)系統(tǒng)的NEP，是一個(gè)

6、較強(qiáng)的碳庫(kù)。秋末，草地生態(tài)系統(tǒng)幾乎處于碳平衡的狀態(tài)。農(nóng)作物的收割，使得大量含不溶性物質(zhì)較低枯葉和秸稈殘留在地里，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)呼吸釋放的碳量顯著高于同期草地釋放的碳量。通過(guò)2005～2006年對(duì)兩個(gè)生態(tài)系統(tǒng)碳通量進(jìn)行一整年的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)生態(tài)系統(tǒng)年凈固碳量相當(dāng)，草地凈固定71.3 g C m-2，農(nóng)田凈固定64.4 g C m-2。但秋季的收獲使農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)近70％的生物量被收走，降低了該系統(tǒng)的固碳能力。
　　 為進(jìn)一步了解不同生

7、態(tài)過(guò)程對(duì)凈碳通量的貢獻(xiàn)量，我們利用濃度梯度-同位素法與微氣象技術(shù)相結(jié)合的方法，初步將生態(tài)系統(tǒng)呼吸區(qū)分為自養(yǎng)呼吸和異養(yǎng)呼吸。草地生態(tài)系統(tǒng)在生長(zhǎng)旺季自養(yǎng)呼吸占總呼吸80％以上，而農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)在生長(zhǎng)季階段異養(yǎng)呼吸所占整個(gè)生態(tài)呼吸的比例從60％上升至作物成熟時(shí)的80％以上。降雨不僅顯著增加草地生態(tài)系統(tǒng)呼吸的釋放量，而且主要是顯著增加了異養(yǎng)呼吸的釋放量。此外，我們還利用同化箱式法對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)的群落呼吸進(jìn)行區(qū)分，結(jié)果顯示群落總呼吸(Re)有明顯的

8、季節(jié)變化，最高值在生長(zhǎng)季中期。凋落物分解、土壤有機(jī)質(zhì)呼吸、根呼吸和地上植被呼吸在整個(gè)生長(zhǎng)季平均分別占總生態(tài)系統(tǒng)呼吸的19.4％、37.8％、9.8％和32.9％。構(gòu)建各組分呼吸通量與溫度的指數(shù)關(guān)系，結(jié)果顯示根呼吸的溫度敏感系數(shù)最大，土壤有機(jī)質(zhì)的溫度敏感性最低。降雨后首先促進(jìn)了異養(yǎng)呼吸，隨后植物的呼吸也開(kāi)始變大，群落呼吸釋放的最高峰出現(xiàn)在雨后第二天。
　　 本研究初步分析了控制內(nèi)蒙古農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)碳通量的主要因子，量化了該