（环境工程专业论文）成都平原稻油轮作系统COlt2gtNlt2gtO排放研究.pdf

耋i i i i i i 霍奋茎翟圭篓錾鲨圣 ，。! 。，耋 成都平原稻油轮作系统c 0 2 ，n 2 0 排放研究 环境工程专业硕士研究生：熊明辉 指导教师：王定勇教授 朱波研究员 摘要 簌2 0 世纪7 0 年 嚣期开始，垒球变化对黪地生态系绞鞋及社会缎济系统产生广泛蓐l 深 远的影响。全球变化研究受到科学界和政治家们的普遍重卒觅，而陆地擞态系统碳氮循环是全 球变化和全球碳氮循环的核心部分，姓预测未来大气c 0 2 、n 2 0 和其它温室气体禽量、认识 大气鬻与生褪溺憨租互 挈蠲等释学海疆懿关键。 本研究利用静态箱，气相色谱法通过野外观测与室内分析的方法，设置了常规施氮肥有植 物、常规施氮e b 无植物秽无氮肥有挺糖三种处理，在对四川省成都平原稻油轮作系统进行全 生长季c 0 2 和n 2 0 通量观测的基础上，探讨了该缝区e 侥和n 2 0 通鬣的目变化和季节变化 特征，环境因子和植物生长对排放通凝的影响。主要研究鳙果包括以下几方面： ) 壤- 家毯系统孛，表疆援节期c 0 2 曩交纯穰度较大，欤上午7 杰瓣最大蘧( 7 3 8 。5 7 r a g i n 2h 。) ，至卜午1 5 时的最小值( 3 2 5 m gm 2h 1 ) 。c 0 2 目通量与水深有显著的曲线相关。在 水稻整个生长期瞻，c 0 2 平均值为2 5 7 6 l i n g m 。h 一，而各期目均通量大小顺序是：拔节期 瓿熬期 藏熬期 抽穗期 分蘖期 返青赣。承稻c 0 2 攥援逶量静生长节变纯墨现“抛物 线”型特点，在中间，c 0 2 的通最在7 6 8 8 - 9 7 8 7 m gm 4 1 之间波动，在移栽后9 0 d 上达到 黢大篷( 1 4 4 0 6 m g m ，h “) 。 2 ) 在返青期，c 0 2 通量最低。分蘖期以后，c 0 2 通量分别与t 1 ( 地下5 e r a 温度) ，t i 和 t 2 ( 地表温度) ，t 1 、t 2 和t 3 ( 箱内温度) ，分别达极显著。挞体来看，常规施氮肥c q 通量 笼氨l 有德携羟瑾 常援麓氨艟燹植物疆瑾。永稻藿撩的c o z 净撵敬主要集中在狻节瘊帮 乳熟期；休阑期残茬的c 0 2 通量较邋青期低。 3 拔节期，水稻田n 2 0 的遥慧爨! 变化呈撵放、吸收麴波动，总体表瑗为撵放，且与逑 下5 c m 温度宵曲线极显著相关；稻翻c h 。的排放对n 2 0 排艘日通量有一定影响。n ，o 总通量 排放总体上表现为“前高后低”，在邋青期，n 2 0 排放最高峰为1 2 7 m gt 1 1 。t i ，在熬个水稻的 生妖季中，n 2 0 逯量慧撵敬毽鸯3 6 6 m g m 。h 一，乎玛篷为0 0 3 r a gr n 。h 一，楚大气o 懿谗藏 i 两南人学硕士毕业论文摘要 源之一。整个生k 期，常规水稻n 2 0 通量与气温成显著直线相关，不同处理间n ：o 通量季节 变化差异不显著。 4 ) 十壤油菜系统中，油菜地c 0 2 通鼍随植株生长的变化较明显，最大通量为1 5 8 5 4 8 r a g m 2h 一，最小通量1 8 0 6 1 m g m 。h ，平均值2 2 2 8 6 m g m 2h 一。苗期油菜c 0 2 曰均通量最小。 地下5 c m 温度、地表温度、箱内温度和气温的共同作用c 0 2 的通量影响却达到极显著，而且 在不同生长期，温度对c 0 2 通量的影响不同。三种处理f 的土壤湿度彼此间无显著差异，在 油菜苗期和莆苔期，土壤湿度不影响三种处理的c 0 2 排放。常规和无氮处理问的c 0 2 通量有 极显著著异。在莆苔期和花期，三种处理的c 0 2 通量均值大小呈常规施氮肥c 0 2 通量 无氮 肥有植物处理 常规施氮肥无植物处理。 5 ) 油菜常规施氮肥处理的n 2 0 通量在生长期绝大部分时间内是排放，平均值为0 0 4 r a g m 2h ，成为农田重要排放源。在1 月2 日的油菜常规处理有个最高峰o 5 8 m gm 。2h 。在油 菜莆苔期和花期，三种处理下的n 2 0 的排放达到了极显著差异，最主要的原因是施肥。温度、 湿度对常规处理n 2 0 的排放影响还有待进一步研究。 关键词：稻油轮作c 0 2 n 2 0 排放特征 i i 璺雀毖蝥鹜i 慧。i i 耋 舞舅鼍懋鼎鼎詈燃二 r e l e a s ef l u x e so f f 0 2 ，n 2 0f r o mr i c e r a p e r o t a t i o ns y s t e mi nc h e n g d up l a i n e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n gc a n d i d a t e ：x i o n gm i n gh u i s u p e r v i s o r ：p r o f w a n gd i n gy o n g p r o f z h u b o a b s t r a c t s i n c el a t e7 0 so f t h e2 0 t he e m u r y , t h eg l o b a lc h a n g e sh a sb r o u g h te x t e n s i v ei n f l u e n c eo nt h e t e r r e s t r i a le c o s y s t e ma n ds o c i a le c o n o m i cs y s t e m ，s oi th a sb r o u g h tr e g a r d sb ys t a t e s m e na n d s c i e n t i s t s t h ec a r b o na n dn i t r o g e nc y c l i n gi nt e r r e s t r i a le c o s y s t e mi st h eh a r d * c o r eo ft h eg l o b a l c h a n g e s - a l s oi ti st h ek e yt op r e d i c tt h ec o n t e n to fc 0 2 ，n 2 0a n do t h e rg r e e n h o u s eg a s e si n a t m o s p h e r ea n dk o w nt h er e c i p r o c i t yo f t h ea t m o s p h e r ea n db i o s p h e r ei nt h ef u t u r e b a s e do nt h eo b s e r v a t i o no fc 0 2a n dn ：oe m i s s i o nf r o ms o i l v e g e t a t i o ns y s t e m s 记c h e n g d u p l a i n ，d i u r n a la n ds e a s o n a lv a r i a t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ，i n f l u e n c ef a c t o r sw e r ed i s c u s s e di nt h i sp a p e r c 0 2a n dn 2 0e m i s s i o nw a sm e a s u r e db ys t a t i cc h a m b e r - g a sc h r o m a t o g r a p h i ct e c l x n i q u e s ( g c ) i n t h ep l e a na r e ao f c b e n g d u ，c h i n a ，镰em a i nr e s u l t sa n dc o n c l u s i o n sw e r el i s t e db e l o w 。 1 ) t h e c 0 2e m i s s i o nf r o ms o i t - r i c es y s t e mv e r i f i e dr e m a r k a b l yd a i b f r o mt h em i n v a l u e3 2 5 m gm - 2h a t3e m t ot h em a x v a l u e7 3 8 5 7m gm 。 f a t7e m r e l a t i v i t yo f q u a d r i cc o r r e l a t i o n w a sg o o db e t w e e nc 0 2e m i s s i o na n dt h ed e p t ho fw a t e r , t h ea v e r a g ev a l u eo fc 0 2e m i s s i o nw a s 2 5 7 6 1 m gm - 2h - 。a n dc 0 2e m i s s i o nf r o ms o i l - r i c ew a sd i f f e r e n tf o l l o w i n gt h es e q u e r l c e so f b e a r i n gs t a g e ：j o i n t i n gs t a g e m i l ks t a g e m a t u r es t a g e h e a d i n gs t a g e t i l l e r i n gs t a g e r e c o v e r i n gs t a g e t h ec h a r a c t e r i s t i c so fc 0 2e m i s s i o n1 mr i c es e a s o n sw a sd i s e r i b e da s t h e p r o p h a s el o w e r , t h em e t a p h a s oh i g h e r , t h ea n a p h a s el o w e r i nt h ew h o l es t a g 盎a n dc 0 2e m i s s i o n f l u c t u a t e db e t w e e n7 6 8 8 4 7 8 7 r a gm 。h i nt h em i d d l e 、 2 ) c 0 2e m i s s i o nf r o ms o i l r i c ew a st h el o w e s ti nt h er e c o v e r i n gs t a g e t h em o s ts i g n i f i c a n t r e i a t i v h ya p p e a r e dr e s p e c t i v e l yb e t w e e ne _ | 。be m i s s i o nf l u x e sa n dt h e5 c m - d e e p - s n i lt e m p e r a t u t e ， t h e5 e r a - d e e p s o i lt e m p e r a t u r ea n ds u r f a c eg r o u n dt e m p e r a t u r e ，t h e5 c ms o i lt e m p e r a t u r e ，s u r f a c e g r o u n dt a m p e r a m r ea n dt e m p e r a t u r ei n s i d et h eb o xs i n c et h et i l l e r i n gs t a g e t a k e nt o g e t h e r ，c 0 2 e m i s s i o nv a r i 醴溺饿d i f f e r e n tl a n d sw h i c hc o u l db ed e s c r i b e da sr o u t i n ef e r t i l i z e dl a n d n o n i t r o g e nf e r t i l i z e dl a n d b a r el a n d 。c 0 2n e te m i s s i o nf r o mr i c e - p l a n tc o n c e n t r a t e do nt h ej i o n t i n g s t a g ea n dm i l kr i p es t a g e ；a n di tw a sl o w e ri nf a l l o ws t a g et h a ni nr e c o v e r i n gs t a g ea f t e rt h ep l a n t w a s c u t 。 3 ) t h ed a i l yn s oe m i s s i o nf r o mr i c ef i e l df l u c t u a t e dw i t hd i s c h a r g ea n da b s o r p t i o nd u r i n gt h e j o i n t i n gs t a g e h o w e v e r , d i s c h a r g ew a st h em a i np r o c e s s 。t h ec h a n g ew a sm a i n l yc o n t r o l l e db y i l l 两南大学硕上毕业论文 摘饕 _ - ! e s ! _ _ s 目! 目_ i i l l l l l 一i i i _ 目目目! s # w a t e rr e g i m ea n dt h el a s tp l a n t sd e n s i t y t h e r ew a ss i g n i f i c a n tc o n i cr e l a t i v i t yb e t w e e nn 2 0 e m i s s i o nf l u x e sa n dt h e5 c m d e e p s o i lt e m p e r a t u r e t h ed i s c h a r g eo fm e t h a n ee x e r t e dd e f i n i t e i n f l u e n c eo nn 2 0e m i s s i o n 。t h e r ew e r et h r e ep e a k si nt h ee t a r eo f n 2 0e m i s s i o n ，t h em a x i m u m p e a ka p p e a r e di np r o p h a s ew h i l et w ol o w e rp e a ka p p e a r e di nm e t a p h a s ea n da n a p h a s e t h e m a x i m u mp e a kv a l u ew a s1 2 7 m gm “h - 1i nt h er e c o v e r i n gs t a g e i nt h ew h o l eg r o w i n gs e a s o nt h e t o t a ln 2 0e m i s s i o nv a l u ew a s3 ，6 6 m gm h 。a n dt h ea v e r a g ev a l u ew a s0 , 0 3 4 r a gm 鼙i t f o l l o w e dt h a tn r 2 0e m i s s i o nf r o mr i c ef i e l dw a so n eo f t h es o u r c e sf o ra t m o s p h e r i cn 2 0 h o w e v e f s i g n i f i c a n tr e g u l a t i o nc o u l dn o tb ef o u n di nt h ec h a n g eo f n 2 0e m i s s i o nf l t ”xw i t l lt h ev a r i a t i o no f s e a s o n s ，i nt h ew h o l eg r o w i n gs e a s o n ，t h e r ew a sas i g n i f i c a n tl i n e a rr e l a t i v i t yb e t w e e nt e m p e r a t u r e a n dt h en 2 0e m i s s i o nf r o mr o u t i n ef e r t i l i z e dr i c e ，w i t ht h ev a r i a t i o no fs e a s o nl i t t l ed i f f e r e n c e a p p e a r e da m o n gn 2 0e m i s s i o nf l u x e sf r o ml a n d st r e a t e dd i f f e r e n t l y f u r t h e r m o r e ，m u l t i p l ee f f e c t o ft e m p e r a t u r e ，f e r t i l i z a t i o na n dr i e e - p l m a tc o u l dn o tc a u s eas i g n i f i c a n td i f f e r e n c eb e t w e e n d i f f e r e n td i s p o s a l s r e l a t i v i t yb e t w e e nn 2 0e m i s s i o nf l a x e sa n dt h er i c em a s si n c l u d i n gn e tm a s s a n d w e tm a s s 。 4 ) t h e r e w a ss i g n i f i c a n t v a r i a t i o n a m o n g t h e c 0 2e m i s s i o n f l o x w i t har a n g i n g f r o m1 8 0 6 1 m g m 2h 1t o1 5 8 5 4 8 r a gm - 2h - 1w i t ha v e r a g ev a l u e2 2 2 8 6 l i n g “2h - 1w h i c hc h a n g e dw i t hg r o w t ho f v e g e t a t i o ni ns o i l - r a p es y s t e m t h ea v e r a g ed i u r n a lc 0 2e m i s s i o nf l u xf r o mr a p ew a st h el o w e s ti n t h es e e d i n gs t a g eo ft h er a p e t h er e s p e c t i v ei n f l u e n c eo ff o u rd i f f e r e n tt e m p e r a t u r eo nt h ec 0 2 e m i s s i o nf l u xw a su n e o n s p i c u o t t sw h i l et h e i rc o m p o s i t ee f f e c tw a ss i g n i f i c a n t f u r t h e r m o r e ，t h e i n f l u e n c eo ft e m p e r a t u r eo l lt h ec 0 2e m i s s i o nf l u xw a sd i f f e r e n t 喇搬v a r i a t i o no fg r o w i n gs t a g e d i f f e r e n tc h a r a c t e r i s t i c sp r e s e n t e da m o n gt h ec 0 2e m i s s i o nf l u xw i t hd i f f e r e n tt e m p e r a t u r ea t d i f f e r e n tg r o w i n gs e a s o n s t h e r ew a sn o tas i g n i f i c a n td i f f e r e n c ea m o n gs o i lh u m i d i t yu n d e rt h r e e d i f f e r e n td i s p o s a l sa n ds o i lh u m i d i t yw o u l dn o ti n f l u e n c et h ec 0 2e m i s s i o na | t h es e e d i n gs t a g e a n dt h eb o l t i n gs t a g e t h em o s ts i g n i f i c a n td i f f e r e n c ea p p e a r e db e t w e e nt h ec 0 2e m i s s i o nf l u x f r o mr o u t i n e l yt r e a t e dl a n da n di tf r o mn on i t r o g e nt r e a t e do n e a tb o l t i n gs t a g ea n db l o s s o ms t a g e ， t h eo r d e ro f a v e r a g ev a l u eo f t h ec 0 2e m i s s i o nf l u xc o u l dh ed e s c r i b e da sr o u t i n e l yt r e a t e dl a n d r i on i t r o g e nt r e a t e dl a n d b a r el a n d 5 ) t h en 2 0e m i s s i o nf l u xf r o mt h ef i e l di nt h i sa r e aw a sai m p o r t a n ts o u r c ef o ra t m o s p h e r i c n 2 0 , i te m i t t e df r o mr a p et r e a t e dr o u t i n e l yi nm o s to ft h et i m ew i t hs e v e r a lp e a kv a l u e sa n da a v e r a g ev a l u eo f0 0 4 r a gm h 1 1 ，t h em a x i m u mp e a kw a so 5 8 m gm 2h 1i n j a n2 n d t h e t e m p e r a t u r ea n ds o i lm o i s t u r ew e r en o tp r o v e dt o b es i g n i f i c a n tf a c t o r sf o rn 2 0e m i s s i o nf l u x 。 t h e r ew a sas i g n i f i c a n td i f f e r e n c ea m o n gt h en 2 0e m i s s i o nf l u xf r o mr o u t i n e l yt r e a t e dl a n d ，i t f r o mn on i t r o g e nt r e a t e do n ea n di tf r o mb a r el a n da tb o l t i n gs t a g ea n db l o s s o ms t a g e i tf o l l o w e d t h a tf e r t i l i z a t i o nw a st h em a i nf a c t o r f u r t h e rr e s e a r c hi sn e e d e df o rt h ei n f l u e n c eo fh u m i d i t yo n t h en ：oe m i s s i o nf l u xf r o mr o u t i n e l yt r e a t e dl a n d 。 k e yw o r d s ：r i c e - r a p er o t a t i o n ；c 0 2 ；n 2 0 ；c h a r a c t e r i s t i c so fe m i s s i o nf l u x ； 独创性声明 x9 3 7 5 ：1 6 学位论文题目： 盛鳌壬厦塑渔趋堡丕统垒：丛q 韭筮盟究 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得西南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文作者：篷、( ! j ! i 摒 签字日期：伽厂年彩月，口日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：回不保密， 口保密期限至年月止) 。 学位论文作者签乡：丝明摒导师签名：0 蜜黄， 签字日期：旁咖石年石月f 护日签字日期：b 年易月o 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 耋鏊耋翟：娑警_ 。黼。糕。，。，二警耋叠鲨 量皇量拦曼舅奠嘲量邕鼎穗皇蔓尊葛量舅寰圈嘲鼍嘲舞皇曼邕皇皇蔓曲矗赢凶； 第1 章文献螓述 在：渡革命后的2 0 0 a 间，地球上入圈剧增。辩学技术发展和生产规模的迅速扩大，人类 活动对环境的破坏和对气儆的影响越来越大。全球变化有气候系统变化，生态系统过程变化， 生稳辫榜两采珐髭变纯等。萼 越赫全璩舔蟪簿蘸魁捂全球气簇变他，滔豢耪帮褒弃莲磬越器迁 移( 音= 、零、气、海，生态系统释生秘多撵淫丧失( 辩转减少、_ 造甍漠纯、魏静减多、生 物入侵) 餐。2 0 世纪8 0 年代以来，逐步形a t 以研究金蛾环境变化为对象的一fj 新兴科学 全球变化科学。 1 1 全球交纯 1 1 1 全球气候变化的澈据 全球饿气候变暖在娥避l o a 中瓣存程足蟹的、可阻耀墨验遥的诞耀薅得至g 广溅躲认隧。 1 。气象露测薤掰裂爝滠瘦骨蟊气疆诗等器测鼗爨可臻攉雾出，巍进去静1 3 0 a 孛，全球 平均滠鹱蠢0 。6 c 的波动上野，整纪鼬年代爱上丹趱势显蔫。我国熬气象记录也支持。r 这 一结论( 如图1 - 1 ) 。 簧辩袋瓣：周广胜垒球碳罐邵，2 0 0 3 图1 - 1 北半球和中国大陆年漱度距警均德曲线 f i g1 - a v e r a g ec a r v e o f t h e t e m p e r a t u r e i n n o r t h e r n h e m i s p h e r ea n d c h i n e s e d i s t a n c ee v e r y y e a r 2 。泳芯记录取自南极大陆东部藏地静东方站( v o s t o k ) 诛蕊私辍舀托毅格陵兰泳箍中 央骥部戆g r i p 秘g i s p 2 冰芯是著名妁铡予。鹫l 之袭暴透避猿蕊炎辩分橱餐到蛉避去2 2 x 1 0 6 a 闯大气中c 0 2 食肇和溢度的变化照线。该盈不援羹建了过去2 2 1 0 6 a 豹渡度变他，也卡 分藏好造谗录tc 0 2 溢巍气体与温度之阚的鑫好辩疰荚系。该磷究袭鞠， 8 髓纪戳浆的谶2 2 l o 重，大气中的c 魄宙量长期波动于3 7 3 5 4 9 8 m gm 3 之间。值熙，c 0 2 含量从1 9 世纪 开妊 持续壤女b ，妥1 9 9 8 年邑经速翻7 0 6 8 m g m - 3 ，跑l = 革命蓠磺躺71 1 7 8 m g m 3 。 臻士憾髭零大学t h o m a ss t o c k e r 壤簿翡蓊究夺绥分挺了蘧藏程囊辍塔芯中静燮气气淹。 作为“欧洲南极冰芯钻探计划”的一部分，伯尼尔大学的研究人员在掰前出版的科学杂 1 西南走举硬上毕业论文第1 章文献综述 志上报告说，目前大气中的温邈气体豹含量达n - ；6 5 1 0 6 a 米的最高毯。 ：举i m i 蛔 蠢 翁 褒鹳兼添：邵壤辩擘导论俺壤耩，2 0 0 4 匿 如避去2 。2 1 0 6 a 润大气c 0 2 帮潺攘靛燮讫益线 f i g1 - 2 t h ec h a n g e dc l l r v oo f t h ea t m o s p h e r ec 0 2 a n dt e m p e r a t u r ei nt h ep a s t2 2 0t h o u s a n dy e a r s 3 树木年轮学证据辩轮年代学楚一门以树术生理学为熬础，以树本年轮生长特性为依 据，利硐宽度、密发等树轮指数的年际间变仡来重建年轮形成时周围气假要豢状况的学科( 吴 样定翻l i 鹭梅，t 9 9 3 ) 。宅戆磷宠成果魂建全球气媛变豫提裘了纛要诞据。戴癸臻究赛秘蠢舂 夫黉= 报道，如k u i v i n e n 等( 1 9 8 2 ) 对生长： 建部姆陵兰地区的撵本撼轮的势橱袭明，谯1 8 8 0 至1 8 9 5 年之间羊n1 9 2 5 至1 9 4 0 年之间该地区的气候嚣濑较为赐娥。 4 遥感溅蒙蠛感数据戒骑豫演示了1 9 9 7 年1 2 翦7 酲至1 9 9 9 年1 弼1 露霸闽藤尔懋诺 现象的羧罐和演避德程。 5 。垒球变疆趣事实还霹娃获拯髅举、譬线上嚣秘辘物迁移莓穷垂蛰瓣诞攒。 6 垒球平均潍甲面平均上升了1 4 e m ，也是垒球变暖的旁酲( 何康捧，2 0 0 4 ) 。 毛1 2 巍然涅熬散擞辍璞骚滠窒效虚 强翦大气中圭癸静溢室气俸主要整孪蓠求气、二毓托碳( c 0 2 ) 、其氧( 0 3 ) 、甲靛( c h 4 ) 、 氧化惩氮( n 2 0 ) 麸疑氟氯烃( c f c s ) 等。大量麴艰测黎j 研究袭骥，除永气以终，艇有鹫要 的湓熊气体静浓度，自从工娩革命戬采，由于人类活动的影响正往以前所束有的速麇增加， 这蒋影响地气系统的辐射和能麓收支，因此，气候系统必须嗣时进行调燕，以保持企球能量 竣支的乎簿，姨藤跨j t 全球变骧辣气鬣变诧。为了医裁自然辩漾蜜袋瘟，逮糟添叠人类潘羲 导致静滋赛气体增翱的温室效瘦，豫之为“增强淫奏效应”( e n h a n c e dg r e c n b o u s ee f f e c t ) 。 l 。1 0 弱黻套终 2 0 髓纪9 0 年代戳来，南于陆地生态系统碳循环概念豹拓展和全球变化生态学韵袋起， 2 两南大学硕士毕业论文 第1 章文献综述 探寻全球碳循环的时空格局及其对自然生态系统和人类社会的影响机制、了解驱动碳循环的 各种过程和反馈机制一直是备受关注的重大科学问题，尤其是近几十年以来，随着环境问题 的日益突出以及联合国气候变化框架公约的外交谈判对碳循环科学依据的客观需要，人类活 动对碳收支格局的定量评价、预测及其影响机制的研究已成为全球变化、生态学及地球科学 领域的前沿和热点之一( 汗业勖，赵士洞，1 9 9 8 ) 。虽然对陆地碳循环已经进行了几十年的研 究但到目前为止，一些基本问题的认识依然存在很人的不确定性。这与其研究难度有很大 关系，所以，全球范围的共同台作以及各种研究方法的协同研究是必不可少的。 为了提供国际公认的和具有权威的有关全球气候变化、气候变化对环境的可能影响、气 候与社会之间相互作用的科学信息，1 9 8 8 年成立了政府间气候变化专门委员会( i p c c ) 。1 9 9 2 年巴西里约热内卢联合国气候变化框架公约( u n f c c c ，u n i t e dn a t i o n sf r a m e w o r k c o n v e n t i o no nc l i m a t ec h a n g e ) ，该公约要求所有签约国家或地区提交一份温室气体排放量和 转化量的国家清单，1 9 9 7 年在日本京都发表的京都议定书，全球通量观测网络( f l u x n e t ) 计划，还有国际地翱生物圈计划( 1 g b p ) 、_ i j = 界气候研究计划( w c r p ) 和全球环境变化国际 人文因数计划( i h d p ) 等组织。 中国科学院启动了知识创新工程重大项目“中国陆地和近海生态系统碳收支研究 ( c b t s e c ) ”，国家科技部也启动了9 7 3 重大项目“中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制 研究( c c d m c t e ) ”，并由此来建立中国碳通量观测网络( c h i n a f l u x ) 。 1 1 4 全球碳循环研究进展 生态系统的生产力的高低是以单位面积中碳量来衡量。碳是一切生物体的最基本成分， 碳的主要循环形式是从大气c 0 2 储库开始的，碳循环是生态系统最重要的物质循环过程之一， 而且与系统的能量流动过程紧密关联，是生态系统结构和功能研究的核心。 由于陆地生态系统的复杂性和多样性，植被、土壤和气候均存在空间和时间上的极人差 异，各种不同生态系统类型的反应速度、分解速度和碳储存能力也存在较大差异( 汪业勖， 赵士洞，1 9 9 8 ) ，这些都增加了陆地碳循环研究的不确定性和必要性。 土壤碳库含有人约1 2 0 0 g t 的碳，是陆地上晟大的碳库，比地球植被中贮存的碳含量( 5 5 0 g t ) 约大1 2 倍。全球的作物农业( 不含放牧地) 面积约为1 7 x1 0 ”h a ，其土壤碳贮量为1 7 0 g t 、约 占世界土壤碳总储量的1 4 ( 周广胜，2 0 0 3 ) 。 目前，全球植被总面积为8 7 6 x1 0 8 i l a ，其中作物农业面积占1 7 ，草地面积占3 7 林地 占4 6 。农耕是世界上最大规模的人类活动，人们在大约占全球1 0 的土地上从事这种活动， 农田生态系统中的碳库是全球碳库中的最活跃部分，研究表明，目前农田土壤和农业产品的 碳嘲定，对丁全球人类经济活动产生的碳排放具有巨大的补偿潜力，而且了解农田生态系统 缓解全球c 0 2 浓度上升的潜在可能性及其对全球变化的贡献，这将为制定有关缓解全球变暖 的歧策措施提供科学依据。 1 西南大学硕l ? 毕业论立 第1 章文献综述 c 0 2 是引起全球气候变化最重要的温室气体，在由温室气体引起的全球变化中，c o ，的 权重约为5 5 ( h o u g h t o n ，1 9 9 0 ) 。而在全球c 0 2 平衡的研究中，对土壤尤其是农田r 壤碳 素平衡的研究是最缺乏，对其数量的估计也是最不准确的( 刘绍辉，1 9 9 8 ) 。在农田生态系 统中，碳储存基本上是以地下植物有机物或士壤有机质形式进行的，但目前许多农业土壤主 要是净的碳源，采用少耕、免耕或轮耕等保护性耕作活动可以减少这种趋势。因此，研究不 同农业管理措施下土壤与环境之间的c 0 2 交换，对于准确估计全球变化以及土壤在其中发挥 的作用具有十分重要的意义。在c 0 2 浓度升高对陆地生态系统的直接影响方面，已开展了大 鼍的模拟实验研究，这些工作有助于了解全球变化后植物及其他生物对c 0 2 浓度升高的响应 ( h a m ，e t a ，2 0 0 3 ) 十壤系统c 0 2 温室气体源库方面的研究绝大部分集中在自然生态系统关于农田生态系 统排放c 0 2 过程的测定只有少量工作( w e i x i n ，1 9 9 6 ：c b e n g ，1 9 9 4 ；s c h a r p e n s e e l ，1 9 9 1 ) 。 1 2 农田c 0 2 排放研究现状 人类对地球系统碳循环及其对环境影响的探索已经历了近4 0 0 a 的过程。1 7 9 9 年，是人类 对地球碳循环与生物圈和大气圈的关系认识取得突破性进展的一年。1 9 世纪t y n d a l l 测量了 c 0 2 ，水蒸气对红外线的吸收，甚至还提出冰期的到来可能与大气中c 0 2 浓度的降低有笑( 袁 道先，2 0 0 1 ) 。 人们在密切关注大气c 0 2 浓度升高及其带来的巨大影响的同时，也对陆地生态系统碳素 循环过程与特征进行着越来越深入的探讨。对全球各类碳库以及碳库间的碳交换通量估计的 不确定性是造成全球碳源汇时空格局不清和碳汇丢失的根本原冈。自从1 9 3 8 年c a l l e n d a r 首 先提出c 0 2 收支不平衡以来，6 0 多a 过去了，这个问题仍然是科学界的一大难题。 探索温室气体源汇及地域排放特征一直是全球变化研究的重点内容，气候变化与c 0 2 永 恒联系着。植物根系呼吸和土壤微生物对有机质的氧化分解是土壤空气中c 0 2 的主要来源。 土壤中c 0 2 形成后，部分c 0 2 通过土壤呼吸作用排放到大气中，部分c 0 2 则参与土壤化学反 麻或者向下扩散到地下水中( h e n d r y ，1 9 9 3 ) 。研究表明，影响土壤c 0 2 排放量的因素包括温 度( r l l s t a d ，1 9 9 8 ) 、湿度( d a v i d s o n ，1 9 9 8 ) 、植被类型( t e w a r y ，1 9 8 2 ) 、地表植被和地下 微生物种群( r a i e h ，1 9 9 2 ) 、土地利用方式变化或者外因( 比如火灾) 对土地利用方式的扰 动( w e b e r ，1 9 9 0 ) 和土壤有机碳含量( 董云社，2 0 0 0 ：耿元波，2 0 0 1 ) 。土壤c 0 2 排放是c 0 2 气体在十壤中形成后通过扩散作用向大气运移的过程，其排放通量除了受环境因子的影响之 外，同样会受到土壤c 0 2 气体浓度分布的( 梁福源，2 0 0 3 ) 。 1 2 1 光合作用对c 0 2 的源汇影响 光合作用能有效增加c 0 2 的汇，光合作用的主要原料是c 0 2 ，高效的光合作用，不仅能 人人降低大气中c 0 2 的浓度，而且能产生大量的0 2 。而限制光合作用碳固定的外部环境因素， 4 主要涉及光照、温度、水分、c 0 2 以及矿物质营养等方面。光照冈素中有光强、光质与光照 时间，都与光合作用有深刻影响，温度变化不仅影响光合过程中由酶所催化的化学反应，而 且也影响植物体内的物质扩散等过程。水分亏缺导致气孔或非气孔因素的限制，即水分不足 时气孔部分关 j j ，活度下降，致使通过气孔进入叶片的c 0 2 减少，导致光合速率降低。c o ， 浓度在一定范围内，叶片的光合速率对c 0 2 的响应与对光照的响应相似。矿质元素无论是植 物体内的大量元素还是微嚣元素，在其维持正常生命活动中均是同样重要且不可替代的。可 以说，光合作用起到了增加吸收c 0 2 的汇的作用。 1 2 2 土壤呼吸 从十壤释放到大气中的c 0 2 构成全球碳循环的一个非常重要的部分，全球碳循环的研究 表明，十壤呼吸是十壤碳库和大气碳之间碳流通的最主要的方式，据估计，全球土壤c o ，排 放量在6 8 - 1 0 0 p g ca 1 之间( r a i c h s c h l e s i n g e r ，1 9 9 2 ) ，也是大气c 0 2 的一个巨大的源。 每年由十壤呼吸向大气释放的c 0 2 ，估计为7 7 1 p g 碳( r a i c h p o t t e r ，1 9 9 5 ) ，因此，土壤 呼吸速率的微小变化就可能对火气c 0 2 含量产生非常大的影响。土壤中c 0 2 产生的过程通常 义称为“土壤呼吸”，主要包括十壤微生物呼吸、植物根系呼吸以及土壤动物呼吸等( k e u t g e n h u y s a m e r ，1 9 9 8 ) 。研究表明，土壤呼吸作用释放的c 0 2 中约3 0 - , 5 0 来自根系的活动 或自养呼吸作用。其余部分主要源于土壤微生物对有机质的分解作用，即异养呼吸作用。全 球土壤呼吸作用的碳，估计为6 8 1 0 0 g - ta - 1 ，约是输入士地表层新鲜岩屑数量的2 3 3 3 倍、 仅次于全球陆地总初级生产力( g p p ) 的估算值1 0 0 1 2 0 g ta 1 。而高于n p p 的量值5 0 - - - 6 0 g ta - 1 ， 是全球碳循环的一个主要流通途径。 十壤呼吸作用即使发生较小的变化也会等r 或越过由于土地利用改变和( 或) 矿物燃料燃 烧而进入大气的c 0 2 年输入量。所以，土壤呼吸作用的变化能显著地减缓或加剧大气中c 0 2 的增加，进而影响气候变化。尽管土壤呼吸作用的全球通最较大，但是在人类干预之前陆地 植物和土壤吸入与呼出的碳