豫北平原冬小麥-夏玉米典型農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳通量的研究.pdf

1、本試驗(yàn)于2005～2007連續(xù)三年在豫北平原冬小麥-夏玉米農(nóng)田進(jìn)行，通過渦度相關(guān)通量測(cè)定系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測(cè)和土壤呼吸測(cè)定系統(tǒng)、光合作用測(cè)定系統(tǒng)等定期測(cè)定相結(jié)合的方法，研究了典型一年兩熟農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳通量規(guī)律，研究結(jié)果如下： 1.農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳通量與顯熱、潛熱通量的關(guān)系分析通過運(yùn)用生態(tài)系統(tǒng)能量平衡原理對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行能量閉合分析，顯示閉合程度十分理想；用渦度相關(guān)法和波紋比法進(jìn)行潛熱通量的數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩種方法達(dá)極顯著相關(guān)(r=0.86)，差

2、異性分析表明無差異（P=0.0723).碳通量、顯熱通量和潛熱通量的三者的3D走勢(shì)圖發(fā)現(xiàn)，玉米季節(jié)比小麥季節(jié)的峰面突起多，且Fc隨潛熱和顯熱通量的增加而相應(yīng)增加，不同的是玉米季節(jié)的峰面主要出現(xiàn)在潛熱通量4～16MJ·m-2·S-1之間，而小麥季節(jié)在4～12MJ·m-2·S-1之間，顯熱通量則都在正值區(qū)域即向熱量向大氣流動(dòng)。 2.農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)不同尺度光合與CO2通量的關(guān)系通過分析碳通量對(duì)風(fēng)向的響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)在玉米和小麥?zhǔn)⑵?，?duì)碳通量貢

3、獻(xiàn)區(qū)域主要在東北-西南走向的區(qū)域，小麥季節(jié)的西南方向區(qū)域較分散，散布于正南30°上下。以玉米農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)為對(duì)象，進(jìn)行不同生育期的單葉光合(Pn)、群體光合(CAP)、CO2通量(Fc)不同尺度的測(cè)定分析發(fā)現(xiàn)：CAP與Fc有很好的擬合，相關(guān)系數(shù)平均達(dá)0.91；從白天7:00～18:00的日累積量上看，抽穗期最大可達(dá)38.6g·m-2，之后開始降低；對(duì)Pn與LAI的乘積(Pn·LAI)和Fc進(jìn)行曲線擬合，得到一個(gè)曲線方程與實(shí)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)達(dá)

4、0.79，呈極顯著相關(guān)。 不同因素對(duì)Fc的通徑效應(yīng)分析表明：除了大氣中H2O的含量之外，Pn·LAI、PAR、CO2濃度對(duì)Fc的直接通徑效應(yīng)較大，可見光照、水分、植株的長勢(shì)都對(duì)Fc的大小有明顯的影響。 3.農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸與土壤容積含水量和土壤溫度的關(guān)系通過對(duì)農(nóng)田不同時(shí)期土壤呼吸、容積含水量和土壤溫度的測(cè)定分析表明：容積含水量30％是一個(gè)分界線，大于30％時(shí)土壤呼吸與含水量呈相反的走勢(shì)，小于30％呈一致的走勢(shì)；土壤溫

5、度方面由于測(cè)定的土層較深，在冬小麥季節(jié)土壤溫度較低時(shí)(10℃以下)，兩者走勢(shì)相反，當(dāng)土壤溫度升高后(17℃以上)走勢(shì)趨于一致；玉米季節(jié)的土壤溫度與土壤呼吸的敏感系數(shù)Q10在3左右，兩者的響應(yīng)程度較好，主要是因?yàn)橛衩准竟?jié)土壤含水量較高(在30％左右)；總之，土壤呼吸受土壤溫度和土壤含水量的綜合影響。 4.農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)CO2通量與土壤呼吸的關(guān)系從CO2通量和土壤呼吸不同時(shí)期的日變化來看，CO2通量一般在12:00左右達(dá)到負(fù)值最大即固

6、碳速率最大，小麥季節(jié)兩者走勢(shì)在9:00～12:00呈現(xiàn)出“波形”對(duì)稱，玉米季節(jié)則呈現(xiàn)出一致的走勢(shì)。從不同生育時(shí)期看，玉米季節(jié)比小麥季節(jié)的土壤呼吸最高值高3μmol·s-1·m-2左右，CO2通量最高值高-0.2mg·s-1·m-2左右，且CO2通量和土壤呼吸都是隨著作物的生長而變化，在苗期較低，隨著生長逐漸升高，之后隨之回落；具體是小麥季節(jié)在4月初開始回落，玉米季節(jié)則在8月10日至9月初開始回落。 5.農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)CO2通量累積

7、量的變化以及碳源/匯的評(píng)價(jià)CO2通量積累量在小麥季節(jié)3月28日達(dá)到最高-22.2g·m-2·d-1，之后逐漸下降；玉米季節(jié)則在9月2日達(dá)到最高-19.5g·m-2·d-1。CO2通量的積累量與干物質(zhì)積累之間關(guān)系密切，達(dá)到相互印證，小麥在生長天數(shù)221～226天時(shí)兩者的積累量達(dá)到最大，玉米季節(jié)則是一直增長的趨勢(shì)。我們將三年半的CO2通量變化進(jìn)行綜合比較發(fā)現(xiàn)，整體上在小麥、玉米兩季生長時(shí)期的CO2固定量較大，小麥季節(jié)由于生長周期長，固碳總量