戴万宏[1]2002年在《农田土壤空气CO_2动态和土壤——大气界面CO_2释放的研究》文中进行了进一步梳理温室效应气体的产生与释放导致气候变暖，已是当前世界最受人们关注的问题之一。其中，上壤呼吸释放CO_2是大气温室气体CO_2的重要来源，也是描述土壤生物活性和土壤肥力的重要指标。本文通过田间定位监测和室内模拟实验系统研究了黄土高原陕西关十地区不同培肥措施下农田 土的CO_2动态变化、释放状况及其影响因素，运用动力学和热力学原理探讨描述了土壤释放CO_2过程，估算了(土娄)土表面CO_2释放量，并初步研究了土壤CO_2浓度对作物生长的影响，以企揭示不同培肥措施对土壤空气质量的影响规律以及环境效应，为调控农田土壤CO_2动态和释放状况，改善大气环境质量和促使农业生产可持续发展提供理论依据。通过分析与讨论得到如下结论： 1．不同培肥措施长期实施明显地影响农田土壤含水量、温度、容重和有机质含量；土壤培肥对有机质的影响在耕层表现最为明显，随着土层加深，培肥的影响减小，45cm以下土层有机质含量几乎没有受到培肥措施的影响。 2．(土娄)土上壤空气中CO_2浓度和地面CO_2释放通量都有明显日变化和季节变化。日变化趋势为8:00-16:00呈上升趋势，16:00达日最高，16:00-20:00呈下降趋势，日变化与土壤及近地面温度日变化规律基本一致，但相对于温度变化滞后约2小时左右；研究年份中上壤CO_2浓度季节变化表现出了叁峰两谷一平台的形状，5月和9月份为全年最高，冬季最低，春季由于春寒的影响土壤CO_2浓度出现一峰一谷，夏季表现出相对较高上壤CO_2浓度长时间持续的特征；地面CO_2释放通量季节变化受温度、水分和灾害性气候因素的制约较为复杂，夏季CO_2释放量是冬季的4.37-7.42倍。土壤50cm剖面上CO_2浓度呈现上层低、下层高的特征。 3．田间监测结果发现，土壤含水量、温度和培肥措施明显影响土壤CO_2浓度和土面CO_2释放通量，叁者之间有明显的交互作用。土壤CO_2浓度或土面CO_2释放通量与温度关系最为密切，而与含水量关系次之；温度可以说明CO_2释放通量变异的27-46％，含水量只能说明＜10%的CO_2释放通量变异；培肥措施对土壤CO_2浓度的影响因季节和土壤层次而不同，施肥增加了土面CO_2释放量，有机无机配合施用增加量较大。 4．土壤CO_2浓度与含水量或温度的关系可以用二次多项式较好描述；土面CO_2释放通量与温度或水分的关系可以较好的用幂函数或二次多项式描述；利用10cm土温通过二次多项式模型可以较好预测土壤CO_2浓度。 5．CK、VP、秸杆和厩肥培肥措施下土壤CO_2浓度年平均值分别为0.5319％、0.6043％、0.5393％和0.5935％，土面CO_2年释放量分别为13569、15631、17638和16441 kgCO_2hm~(-2)y~(-1)。不同培肥措施之间差异非常明显。 6．室内土壤扰动和干湿交替处理可以导致明显激发效应和CO_2激发释放，土壤CO_2激发释放服从一级反应动力学；土壤有机质含量、容重和团聚体大小明显影响土壤CO。释放状；n： 7．短刃忖大养中土壤释放O）；过程是由＊。激发释放（一级动力学）和土壤固有呼吸（零级动力学）两个过程相互迭加组成的，可以用两库迭加模型很好的加以描述，也可以笼比川一级动力学模型描述； 8．温度。水分和培肥措施问时明显地影响土壤呼吸释放C（）；状况及其动力学参数；试验条川叫‘，土壤＊〕。释放速率和累积释放量随温度升高而增大，随含水量增大而增大。坝；L缸学拟合得出，C儿样放地。年或累积释放量与温度和含水量之问的关系可以用含有大fll项的耦合模型描述。一级动力学模型底物库A。与含水量呈工线性关系，与温度旱拎数或二次函数关系，一级速率常数k随温度升高呈指数或二次函数关系减小，随大水量增加线性降低：两库迭加模型中土壤固有CO。释放速率a和激发释放底物量八‘－。含水量呈正线性关系，与温度呈指数关系；培肥措施对土壤呼吸及其动力学模型多数影响的大小顺序为：秸杆＞厩肥＞NP＞CK。 9．因子效应分析表明，温度对土壤COC释放及其动力学模型参数的影响明显大于水分，二者只有明显交互作用：温度、水分和培肥措施对土壤＊。释放及其动力学的影响也具有复杂的叁因素交互作用。 l（）．热力个，研究表明，10OC－30℃范围内，可以用 Ar。h。nius方程和 Q；。值描述土壤呼吸的温汝7＃应；上呼吸活化能为62．30—69．94 KJmol‘，Q；。值为2．33一2．53；培肥措施和水分明显影响土壤呼吸的活化能和 Q；。值；但单独用 Q；。值或Arrhenius活化能描述旦有仲形温度效应的上壤咛吸是不太合适的，两者结合起来可以较好说明土壤呼吸的汛甩计厄，双曲线温度效应汀IXt虽然不能给出温度效应的理论解释，但能够很好地描还1八￥呼吸释放CO。过程的温fV效应，土呼吸最佳温度为52．3UC－76．3“C。 11．盆浓试验表明，上壤 CO。浓度对小麦和玉米生长的影响不同。玉米对土壤 CO；浓度变化比较敏感，尤以根系最为敏感，至少上壤CO；浓度在超过2．4y0的情况下就会明显抑制上术主长：试验条件下，土壤CO；浓度对小麦生长没有明显影响。
夏发生[2]2009年在《农田土壤空气中CO_2变异特征及移动的动力学机制》文中研究说明温室效应气体的产生与释放导致气候变暖,己是当前世界范围内最受人们关注的问题之一。其中农田土壤中碳循环是自然界碳循环系统研究的重要组成部分,受到学术界关注。此外,土壤呼吸释放CO2不只是大气温室气体中CO2的重要来源,也是维持近地层空气中碳含量平衡,保证农作物光合作用正常进行的基本条件。土壤内部空气中CO2是反映土壤生物活性和土壤肥力的重要指标。为此科学家们在不同生态系统中碳释放问题研究作了卓有成效的研究工作,取得了丰硕的研究成果,尽管如此,仍然遗留了许多亟待研究和解决的重要科学问题。目前研究各生态系统中碳释放量的工作较多,究其土壤CO2来源与分析剖面上CO2浓度梯度变异研究相对较少,尤其对旱地农田生态系统中土壤剖面上CO2基本变化规律研究工作显得很欠缺,基于这样一个背景,本论文采用碱液吸收法(饱和Ba(OH)2),以休闲土壤为对照,对黄土高原陕西关中地区冬小麦—玉米轮作农田土壤剖面C02通量、土壤—大气界面及近地层大气中CO2浓度变化过程、土壤剖面上空气压力梯度的动态变化等情况进行了连续的定位观测与研究,企图为揭示农田土壤CO2动态变化和释放规律,分析农作物对于碳循环的作用与贡献提供重要科学依据,也为改善大气环境质量和促使农业生产可持续发展提供理论依据。通过分析与研究得到如下结论:1.2007年10月到2008年10月对休闲田和作物田块两种处理土壤剖面上CO2释放通量进行定位监测,结果表明,塿土0-150cm剖面空气中CO2浓度具有明显的季节性变化和剖面层次变化。土壤CO2通量的季节变化与作物生长发育规律和外界环境因素的变化具有密切的联系,剖面上CO2通量均出现了不同程度的峰谷变化;在0-150cm剖面范围内各层土壤CO2浓度呈现出表层低-中部高-底层低的趋势,其中耕作区土壤剖面CO2通量大小、动态变化剧烈程度表现得更为明显,充分体现了影响土壤内部空气质量的因素是作物根系。进一步分析影响土壤空气中CO2含量的环境因素发现,土壤含水量和土壤温度均具有明显的影响。土壤CO2浓度与温度的关系可以用指数函数Y=aebx较好的拟合,与土壤含水量的关系可以用二次多项式Y=ax2+bx+c较好的拟合。土壤CO2浓度对温度反映要比对土壤水分含量反映敏感,耕作区的相关性明显要高于休闲区,证明农田作物起到了向土壤深层传递地表环境信息的作用。2.农田土壤剖面CO2累积释放量有着明显的季节变化规律,在农田剖面上CO2累积释放量均在在夏季最高,在空间上又以50cm处为最高,0cm处最低;春秋两季基本相当,低于夏季;而冬季CO2累积释放量最低,而此时150cm剖面深度处最高,0cm处最低。;夏季塿土剖面CO2累积释放量大约是冬季的1.34-3.91倍(耕作区)和1.18-2.16倍(休闲区)。农田土壤内部在周年始终维持着较高的CO2释放潜势,即构成了土壤向大气排放CO2的动力,事实上,农田土壤真正从土壤表层排放到大气中的CO2只是土壤内部释放潜势1/3-1/2,证明土壤具有“封存CO2作用”。二次多项式均能较好的拟合土壤剖面CO2累计释放量和平均土壤含水量的关系,在一个较长的时期内,平均土壤含水量的变化能够解释土壤CO2累计释放量变化的50-92%,平均土壤含水量与田间土壤剖面CO2累计释放量之间有极显着相关关系。土壤有机质是土壤所释放的CO2的来源之一,在表层50cm范围有机质对CO2年释放量的贡献大于底层,而碳酸盐对CO2年释放量的贡献底层大于表层。3.土壤-大气连续系统中始终存在从土壤向近地层扩散释放CO2的动力学梯度,近地层土壤空气中CO2浓度受下垫面土壤状况的影响,表现为作物田块近地层空气中CO2浓度是休闲区的2倍,而农田土壤内部空气中CO2的浓度又是近地层空气中CO2的3-4倍左右,CO2浓度梯度使得土壤成为大气CO2的“源”。土壤-大气界面CO2通量存在明显的季节差异,在夏季最高(耕作区为1.60 mmol.m-2.d-1 ,休闲区为1.12 mmol.m-2.d-1);春秋两季基本相当,低于夏季;而冬季CO2释放通量很低(耕作区为0.50 mmol.m-2.d-1 ,休闲区为0.49 mmol.m-2.d-1);夏季土壤-大气界面CO2释放通量大约是冬季的3.18(耕作区)和2.31(休闲区)倍。土壤含水量对CO2释放通量的影响没有明显的趋势,在土壤-大气界面CO2释放通量的总变异中,能够用土壤含水量变化解释的部分在10-20%之间;温度对土壤-大气界面CO2释放通量是有着明显影响,指数模型能够很好的描述温度和土壤-大气界面CO2释放通量(r2为0.5384和0.5779),土壤-大气界面CO2释放通量的总变异中,能够用温度变化解释的部分在50%以上。近地层1m大气CO2浓度季节变化有着明显的峰谷规律,垂直高度不同,CO2浓度也出现不同的变化。CO2浓度的变化剧烈程度上,耕作区更为明显,而休闲区在垂直高度上的变化较之耕作区其变化更为复杂和无规律性。4.为了探明土壤内部空气移动状况,均以大气压为参照,监测了各层次土壤空气的压力变化情况后得出,一般情况下耕作区塿土剖面空气压力梯度呈不规则的波浪型季节变化特征。而休闲区塿土剖面空气压力梯度季节变化与耕作区相似,但耕作区空气压力梯度变化的复杂性远大于休闲区。两者最大的差异在于土壤空气正压状态(即气体由土壤内向外运动)和负压状态(即气体由外向内运动)时间的长短。休闲区在整个观测期间塿土剖面空气压力梯度有较为复杂的剖面变化。耕作区塿土剖面空气压力梯度有着清晰的规律性剖面变化,塿土剖面上40-60cm土层范围存在着一个明显的压力势峰脊,构成土壤内部空气传递的“源层”。
刁一伟[3]2003年在《稻麦轮作农田小麦生长季土壤空气CO_2浓度及其主要影响因子研究》文中研究指明当前全球变暖已成为科学界关注的热点问题之一。由此引起的气候环境变化将可能对陆地生态系统产生重要的影响。但是，科学家们对于土壤温度、土壤含水量和土壤空气浓度之间确切的内在关系还不是很清楚。因此，我们需要正确理解温度和水分是如何影响土壤空气CO_2浓度的，这在预测土壤呼吸对于气候变化的响应方面特别重要。关于大气CO_2浓度升高对农田土壤空气CO_2浓度的影响研究还处于探索阶段，迄今为止，几乎没有实测数据和相关报道。 本文在无锡稻麦轮作麦田实验观测的基础上，对土壤空气CO_2浓度与土壤温度、含水量之间的关系做了详细的分析，同时利用浓度梯度法初步模拟了地表-大气界面CO_2排放通量，所得结果如下： 在实行常规农田管理条件下，华东稻麦轮作小麦生长季的土壤空气CO_2浓度与小麦生长密切相关。叁种田间处理的土壤空气CO_2浓度为：FACE＞对照＞裸地。对照和FACE的观测结果，比德国草地的观测结果高，但低于美国Kansas草原土壤的观测结果。 土壤空气CO_2浓度与土壤温度呈显着正相关性，而且深层的要明显大于浅层。在土壤含水量相对稳定的条件下，实验观测期内(春季)土壤温度在10℃左右时，土壤微生物活性和呼吸作用最为有利；但是受观测数据的限制，目前尚不能确定小麦在整个生长季中土壤空气CO_2浓度出现高值的最佳温度，有待进一步研究。 土壤温度影响土壤空气CO_2浓度的机制可以从以下两方面进行解释：(1)直接作用：土壤温度强烈影响微生物和根系活性，进而影响微生物和根系呼吸释放到土壤空气中的CO_2；(2)间接作用：温度升高促进植物根系生长，从而增加根系呼吸向土壤中释放CO。；由于裸地处理土壤距离常规处理麦田距离太近（大约 lin），麦田土壤中受根系影响的COZ水平扩散影响到裸地处理区土层的COZ浓度。 无锡地区麦田土壤空气COZ浓度与土壤含水量呈正相关性，原因可以解释为：（）无锡春夏季节，降水充足，土壤处于湿润期，这可以促进土壤呼吸，出现土壤空气COZ浓度的高峰值：（2）高土壤含水量和低孔隙度降低了土壤空气COZ扩散率从而导致土壤空气COZ聚积，浓度升高。 土壤空气 COZ浓度比地表的约高 10－20倍。在作物旺盛生长期，大气 CO。浓度升高 200 pmol mol”‘使 0～30cm土层的土壤气体 CO。浓度显着提高，高浓度的大气COZ促进了小麦的根系生长，根系分泌物增多，刺激了土壤微生物种群的增长，导致FACE区的根系呼吸和土壤微生物呼吸均强于对照区，从而导致土壤气体中的COZ浓度增高。大气CO。浓度升高所致的土壤气体COZ浓度偏高，可能将导致土壤内部的理化过程发生变化，这一点有待进一步研究。在0－30cm土层中，上层土壤气体中的CO。向上垂直扩散要比下层土壤快。本文所研究的土壤最深层为30cm，对于种植作物的农田，作物旺盛生长期的土壤气体CO。浓度在27cm～30cm处已趋于稳定，但更深层土壤气体的COZ浓度如何变化尚不清楚，有待进一步研究。 在土壤含水量较低（本文的结果为 34％～41％）的条件下，浓度梯度法能有效地模拟地表一大气界面COZ排放通量，但由于这种方法是基于土壤含水量和充气孔隙度间接地计算土壤空气扩散系 11 g数，因此不能精确地计算地表一大气表面COZ排放通量，通常模拟所得数据略低于实际值。
焦彩强[4]2008年在《集约化生产模式下耕作对土壤物理性质的影响及效应分析》文中研究说明针对现代集约化农作区土壤长期处于高度的生产负荷状态,轮作休闲、深翻晒田和有机肥施用等养地措施得不到施行,土壤质量发生了明显的变化,制约了作物根系延伸,降低了土壤的抗逆性能等问题,本研究在陕西关中头道塬上开展了不同耕作模式条件下土壤坚实度、主要根区土壤空气质量、土壤水分状况、温度变化特征以及作物根系分布特征等问题研究,意在查明长期集约化耕作模式下农田土壤物理性质演变规律及其效应的研究,为当前生产和土壤管理制度的可持续性评估提供科学依据,同时对于寻求更为科学的土壤管理和利用措施有极为重要的科学价值。获得了如下主要研究结果:1.耕作模式对于土壤CO_2释放和土壤空气中CO_2通量有着一定影响(1)旱地农田在小麦生育期间土壤CO_2释放通量过程呈现出明显阶段特征。以播种后秋季为最高、竖年4月初小麦拔节-孕穗期为第二次峰值,在小麦越冬期和成熟期为两个低谷值。旋耕和深耕对土壤CO_2释放通量的作用效应在休闲田有明显的反应。玉米生育期间土壤CO_2释放通量变异特征因耕作和作物种植制度有显着差异。(2)小麦生育期间旱地农田主要根区范围土壤剖面CO_2释放通量始终呈现出由下层向上层递减梯度特征;旱地土壤剖面CO_2通量梯度与有机物质含量梯度完全不同,证实土壤水热条件以及物理状态是左右土壤空气质量的主导因子。不同的耕作模式影响到土壤剖面上CO_2通量的变异过程。一般旋耕处理土壤内部CO_2通量比深耕处理高,其变化过程也比深耕处理相对平缓。(3)土地利用情况、耕作模式都影响到土壤CO_2的累计释放量。小麦生育期间土壤CO_2累计释放总量总是以旋耕>深翻,种植作物区>休闲,以旋耕种小麦田CO_2累计释放总量为最大,以深耕休闲处理为最低。2.耕作模式影响到作物生育期间土壤的紧实度。(1)不同的耕作模式明显地影响到作物主要根区0~40cm范围内土壤的紧实度。旋耕只能使表层0~15cm土层相对较为疏松,但15~40cm土层土壤紧实度明显的高于表层,根据前人提出有关评价指标初步认为,该层土壤紧实度已经达到了制约根系延伸的水平。旋耕使得土体紧实化的现象表现得较为明显。证实现代旋耕模式使得土壤质量具有不可持续的基本观点。在小麦整个生育期基本上都保持着深耕松土的效应。(2)土壤紧实度与质地类型(粘粒含量)、有机质含量和土壤含水量有很密切的关系。在土壤质地类型一定、土壤有机质贫乏土壤中,土壤含水量是影响紧实度主要因素。深翻和旋耕,种植作物与休闲,土壤水分状况差异是决定土壤紧实度差异的主要原因。3.土壤耕作模式影响的土壤其它物理性状。(1)土壤耕作模式影响土壤温度的变异幅度。深翻松土增加土壤温度的相对稳定性。(2)长年集约化机械耕作在土壤形成了一个紧实的犁底层,对土壤团聚体的稳定性有很大的影响,深翻耕作可以改善0~20cm耕层土壤团聚体的稳定性,对干旱地区有效利用降水有重大的作用,同时表层土壤团聚体稳定性高可以减少水土流失,对保护西北地区生态环境有重要作用。4.土壤耕作模式影响到作物根系生长长年的旋耕对土壤的物理性质的影响,对作物生长产生了不利的影响,影响了作物的水分利用效率降低。旋耕底层紧实化,使作物根系生长受到严重机械胁迫,当土壤含水量很小时更为严重,影响到根系生长的形状,使根系不能向纵深伸展,严重影响了作物的产量,这与集约化生产的目的相悖。深翻可以明显的增加作物生物产量和经济产量。
赵成义[5]2004年在《陆地不同生态系统土壤呼吸及土壤碳循环研究》文中进行了进一步梳理利用田间试验数据、地面调查数据，从干旱区典型陆地生态系统入手，研究了干旱区典型陆地生态系统CO_2源汇关系；研究了土壤呼吸及其影响因素，土壤CO_2固定与释放特征；利用遥感技术手段和GIS技术，对区域尺度NPP进行了估算，实现了区域NPP的遥感动态监测，对NPP的时空分布规律进行了详细的描述和客观地评价，为陆地不同生态系统土壤碳循环规律及对策研究提供了依据。主要结论如下：绿洲农田生态系统：各种类型的绿洲农田生态系统对的CO2固定量有一定日变化差异，在夜间的11个小时内，各农田生态系统都是碳源，即净释放CO2而白天小麦生态系统和棉花生态系统都有1个小时为碳源。研究表明玉米农田生态系统对CO2的净固定能力最强，24小时固定CO238.47g／m2。其次是小麦生态系统和棉花生态系统。从年固碳量来看，绿洲玉米生态系统为最高，达到141.66t CO2／hm2.a；其次为小麦生态系统，为122.60t CO2／hm2.a；棉花生态系统最低，为50.39t CO2／hm2.a。荒漠林地生态系统：在夜间的11个小时内，各林地生态系统都是碳源，即净释放CO2。而在白天，云杉林地生态系统有7个小时为碳源，研究表明：云杉林地生态系统对CO2的净固定能力最弱，24小时内净释放CO2 4.22g／m2。最强的是梭梭林地生态系统，24小时净固定CO218.34 g／m2。红柳林地生态系统对CO2的固定能力稍弱于梭梭林地生态系统。从各观测样地的年固碳能力来看，梭梭林地生态系统固定量最大达到了9.29t CO2／hm2.a，红柳林地生态系统次之，为2.68t CO2／hm2.a。云杉林地生态系统总体来看是一个弱的碳源，年释放量达到8.20t CO2／hm2.a，这与传统的观点相左，尚需要进一步研究。高山草地生态系统：围栏封育条件下，草地生态系统日CO2净固定量达到了12.76gCO2／m2·d，每天除18时和21时是弱的碳源外，其余时间均是碳汇。其中16时以前是碳的强汇，对CO2的净固定量达到12.02gCO2／m2，占到日总CO2净固定量的94.20％；自然放牧条件下，草地生态系统日CO2净固定量达到了11.52gCO2／m2·d，除9时、13时、14时和21时是弱的碳源外，其余时间均是碳汇。其中15～19时是碳的强汇，对CO2的净固定量达到9.46gCO2／m2，占到日CO2净固定量的82.00％。13、14时出现弱源的主要原因是由于植物的光合速率在中午有所下降即“午休”现象导致的。每年的5～9月份是牧草的生长期，对巴音布鲁克亚高山草地生态系统CO2的年固定量的初步估算结果表明：其CO2固定量达到7.14t CO2／hm2·a。叁工河流域土壤碳估算：新疆叁工河流域总碳储量约为11.18Pg，其中有机碳约为5.43Pg，占48.54％，无机碳约为5.75Pg，占51.46％。各土壤生态系统相比较，森林土壤、草甸土壤具有较大的有机碳通量和有机碳容量，但其无机碳通量和无机碳容量均明显低于其它土壤生态系统；荒漠土壤生态系统的有机碳通量、碳容量最低，但其具有较高的无机碳储量。亚高山草地生态系统碳估算：巴音布鲁克亚高山草地生态系统地上植物体碳总量约为7.20万t。其中地上部分约为3.20万t，约占44.44％；地下部分根系约为4.0万t，约占到55.56％。对巴音布鲁克亚高山草原生态系统的土壤有机碳进行了估算，结果表明：亚高山草原生态系统土壤有机碳的平均碳通量为16.80Ckg／m2，土壤有机碳总贮藏量约为3019.22万t。土壤条件对凋落物分解速率的影响：壤质土上的有机物料分解速率高于粘质土和砂质土；中等土壤湿度条件下有机物料的分解速率最高；深埋方式有机物料的分解速率高于浅埋方式；中等土壤盐分条件下，有机物料的分解速率最高；不同类型凋落物，在其它条件完全相同的条件下，分解速率也不完全相同，主要是由于其木质素含量有所差异所致。本研究是在固定了其它因子的条件下，仅对单因子逐项进行了研究，因子间的交互作用尚需要进一步研究。区域NPP的遥感估算：在AVHRR NOAA光谱数据的基础上，运用NOAA AVHRR的可见光波段、近红外波段和热红外波段来提取和反演地面参数，在地理信息系统的支持下，综合地学、生态学信息，精确估算陆地NPP，最终达到区域尺度范围内NPP动态监测的目的。
邢晓旭[6]2006年在《施肥对春玉米农田土壤呼吸CO_2释放量的影响及其变化规律研究》文中提出本文通过室内及小区试验研究潮褐土农田土壤呼吸释放CO_2随着春玉米不同的生长期、施肥条件、温湿度环境条件等变化而变化的规律,主要研究结果如下: 1 对春玉米不同生长期农地释放CO_2量测定表明,农田土壤释放CO_2的量与植株生长期紧密相关,主要是因为根系呼吸随生长期的变化及相应环境变化引起的微生物活性变化引起。农地释放CO_2量随玉米的生长而变化,在生长最旺盛中期时达到最大释放量,超过植物生长早期释放量2倍以上,而且在植株生长后期土壤释放量由于植株的影响大于生长前期,说明植株的生长活动明显影响农地的土壤CO_2释放。 2 土壤施肥后土壤释放CO_2量与氮肥和有机肥的施用量均呈明显的正相关关系。主要是因为氮肥施用促进根系生长及有机质分解,有机肥除影响作物长势外,还直接提供底物并提高了土壤微生物活性,使得土壤CO_2释放量增加。尤其是有机肥施用量的增加使CO_2释放量的增加明显,在测定中,最高释放量比最低释放量高10g/m~2·d以上。说明施肥扰动了农田土壤,加快了土壤释放CO_2的速度。室内试验表明当C/N比值处于15左右时,农田土壤释放CO_2量最大。 3 土壤呼吸释放CO_2影响因素中,CO_2释放量与气温有良好的相关性,在春玉米生长期内,随着温度的升高,土壤释放CO_2量也明显增多,在气温最高时,不同处理的农田土壤释放的CO_2量均达到7次测定的最高值,施肥量最大的处理达到了36.8g/m~2·d,在室内模拟试验得出同样的研究结果,即土壤CO_2释放量正相关于温度,说明温度是影响土壤释放CO_2的主要因素;室内及田间试验结果均表明,在一般田间含水量范围内,CO_2释放量与含水量并无良好相关关系,只在土壤过干或过湿时对释放CO_2量有明显影响。 4 室内研究还表明土壤粒径与释放CO_2量关系密切。粒径为0.15mm、0.5mm、0.8mm、1mm的四个水平,土壤释放CO_2量随着粒径的减小而降低,因为小粒径土壤通透性差,其环境不利于微生物活性及气体的交流,但本试验中在粒径过大时即达到粒径2mm时,土壤释放CO_2量也降低,仅有12.5g/m~2·d,而粒径为1mm的土壤释放量则达18.73g/m~2·d,与大粒径土粒中有机质含量低及微生物活性低有关。 5 施肥后作物产量比对照有明显的上升,并且土壤有机质全氮和速氮含量均有所上升,而不施肥的空白农地则肥力下降,说明培肥措施对保证高产同时保持土壤肥力都起到重要的作用,但试验结果也显示高施肥提高了农田的CO_2释放量,对施肥的综合效应还需进一步研究。
王迎红[7]2005年在《陆地生态系统温室气体排放观测方法研究、应用及结果比对分析》文中指出过去100多年中大气温室气体浓度升高是全球变暖重要诱因之一已成为不争的事实。大气中浓度最高、上升速度最快的两种温室气体是CO_2和CH_4,均为含碳物质,而这两种物质的收支平衡与工业发展和粮食安全问题密切相关,因此碳收支和地球碳循环成为当前全球变化研究中的核心部分。我国为农业大国,工业正处在快速发展时期,如何保证经济发展的同时减少碳排放是中国,也是全球共同关心的问题。中国生态系统复杂多样,是欧亚大陆面积最大、对全球气候变化具有重大影响的关键区域。因此中国典型陆地生态系统碳通量原位测定对碳循环研究具有重要意义。采用统一的并与国际接轨的标准观测方法是获取中国陆地生态系统第一手碳收支观测资料的前提。本文在课题组十多年研究的基础上,进一步发展和改造了气相色谱仪分析技术,结合静态采样箱,建立了一套灵敏度高、稳定性好且便于操作的静态箱采样/气相色谱分析系统; 并将所发展的方法和设备用于全国16个生态站点的联网原位观测; 采用科学的管理方式、建立统一的数据库和数据质量控制标准来对全国典型陆地生态系统碳排放进行联网观测和研究。对气相色谱仪分析系统的拓展和改造为:采用时间差进样分析技术完成同一检测通道CH_4和CO_2的分析; 结合反吹外切技术优化改造分析气路,实现N_2O的连续测定; 通过驱动气路和电路的改造,成功地把两个色谱电驱动通道扩展为四个气驱动通道; 选择适宜的色谱柱填料和柱长度以及载气流量,将分析温度调整为同一温度,从而将CH_4、CO_2和N_2O的分析系统耦合在一起。实现同一台色谱仪一次进样同时对CH_4、CO2和N2O叁种温室气体的连续检测。突破过去的实验观测在整个观测期间都采用同一高度的采样箱,采用组合分体式采样箱进行观测,大大增加了实验的灵活性和观测数据的准确度。可根据植物的生长情况适时增减延长箱,调节采样箱高度以适应不同排放通量状况下的测定,保证观测期间观测结果的可靠性。所使用的静态箱/气相色谱观测系统的排放强度检测下限低于一般陆地生态系统的实际排放强度,观测结果可靠,准确度高。观测系统的误差<10%,远小于时间和空间差异带来的测量误差。联网观测研究采用顶层设计、各站合作、资源合理调配的管理方式。从采样方法、
曲奕威[8]2008年在《豫北平原冬小麦—夏玉米典型农田生态系统碳通量的研究》文中提出本试验于2005~2007连续叁年在豫北平原冬小麦-夏玉米农田进行,通过涡度相关通量测定系统连续监测和土壤呼吸测定系统、光合作用测定系统等定期测定相结合的方法,研究了典型一年两熟农田生态系统的碳通量规律,研究结果如下:1.农田生态系统碳通量与显热、潜热通量的关系分析通过运用生态系统能量平衡原理对数据进行能量闭合分析,显示闭合程度十分理想;用涡度相关法和波纹比法进行潜热通量的数据对比,发现两种方法达极显着相关(r=0.86),差异性分析表明无差异(P=0.0723)。碳通量、显热通量和潜热通量的叁者的3D走势图发现,玉米季节比小麦季节的峰面突起多,且Fc随潜热和显热通量的增加而相应增加,不同的是玉米季节的峰面主要出现在潜热通量4~16MJ·m~(-2)·S~(-1)之间,而小麦季节在4~12MJ·m~(-2)·S~(-1)之间,显热通量则都在正值区域即向热量向大气流动。2.农田生态系统不同尺度光合与CO_2通量的关系通过分析碳通量对风向的响应,发现在玉米和小麦盛期,对碳通量贡献区域主要在东北-西南走向的区域,小麦季节的西南方向区域较分散,散布于正南30°上下。以玉米农田生态系统为对象,进行不同生育期的单叶光合(Pn)、群体光合(CAP)、CO_2通量(Fc )不同尺度的测定分析发现:CAP与Fc有很好的拟合,相关系数平均达0.91;从白天7:00~18:00的日累积量上看,抽穗期最大可达38.6g·m~(-2),之后开始降低;对Pn与LAI的乘积(Pn·LAI)和Fc进行曲线拟合,得到一个曲线方程与实测值的相关系数达0.79,呈极显着相关。不同因素对Fc的通径效应分析表明:除了大气中H2O的含量之外,Pn·LAI、PAR、CO_2浓度对Fc的直接通径效应较大,可见光照、水分、植株的长势都对Fc的大小有明显的影响。3.农田生态系统土壤呼吸与土壤容积含水量和土壤温度的关系通过对农田不同时期土壤呼吸、容积含水量和土壤温度的测定分析表明:容积含水量30%是一个分界线,大于30%时土壤呼吸与含水量呈相反的走势,小于30%呈一致的走势;土壤温度方面由于测定的土层较深,在冬小麦季节土壤温度较低时(10℃以下),两者走势相反,当土壤温度升高后(17℃以上)走势趋于一致;玉米季节的土壤温度与土壤呼吸的敏感系数Q10在3左右,两者的响应程度较好,主要是因为玉米季节土壤含水量较高(在30%左右);总之,土壤呼吸受土壤温度和土壤含水量的综合影响。4.农田生态系统CO_2通量与土壤呼吸的关系从CO_2通量和土壤呼吸不同时期的日变化来看,CO_2通量一般在12:00左右达到负值最大即固碳速率最大,小麦季节两者走势在9:00~12:00呈现出“波形”对称,玉米季节则呈现出一致的走势。从不同生育时期看,玉米季节比小麦季节的土壤呼吸最高值高3μmol·s~(-1)·m~(-2)左右,CO_2通量最高值高-0.2mg·s~(-1)·m~(-2)左右,且CO_2通量和土壤呼吸都是随着作物的生长而变化,在苗期较低,随着生长逐渐升高,之后随之回落;具体是小麦季节在4月初开始回落,玉米季节则在8月10日至9月初开始回落。5.农田生态系统CO_2通量累积量的变化以及碳源/汇的评价CO_2通量积累量在小麦季节3月28日达到最高~(-2)2.2g·m~(-2)·d~(-1),之后逐渐下降;玉米季节则在9月2日达到最高-19.5g·m~(-2)·d~(-1)。CO_2通量的积累量与干物质积累之间关系密切,达到相互印证,小麦在生长天数221~226天时两者的积累量达到最大,玉米季节则是一直增长的趋势。我们将叁年半的CO_2通量变化进行综合比较发现,整体上在小麦、玉米两季生长时期的CO_2固定量较大,小麦季节由于生长周期长,固碳总量较大平均在1318.1g·m~(-2),玉米则相比较少平均在756.9g·m~(-2);并且从不同年份间的同种作物来看,固碳量和PAR总量以及产量成一定的正比例关系;在两作物的间隔期是CO_2释放的主要时期。综合全年来说,农田主要作为固碳的碳汇存在,平均每年净固定CO_2量在1600~2100g·m~(-2)之间。
赵加瑞[9]2008年在《灌溉水质对土壤质量的影响》文中认为灌溉对于保证农业稳产与丰收的作用是无需置疑的,但是,由于灌溉水资源严重不足,水资源的地域分布不均衡,成为发展灌溉事业的严重障碍。我国是一个淡水资源相对缺乏的国家,随着城市规模化发展,生活和生产污水排放,程度不同地污染了自然水体,给安全灌溉带来了极大风险。在我国水资源紧缺情况下,城市污水已经成为了一个巨大的灌溉水水源。灌溉水质对于农作物安全生产、以及土壤质量的影响已经成为土壤科学、农田水利以及环境科学关注的焦点。长期以来在灌溉水质问题的研究方面大多集中在水体中重金属的污染程度和所带来的危害等方面,而对于水体中有机物质的污染却没有给予足够的重视。虽然已有研究得出,污水中含有植物所要的营养元素和有机物质,有助于改善土壤营养状况和改善土壤物理性质及生物学性状等。但是,有关长期用污染的水体进行灌溉对于土壤质量的影响研究还是非常欠缺的。针对以上情况,本研究在长期采用污水程度较重的渭河水灌溉的交口灌区内,采集了土壤剖面样品,并在与其具有近似气候条件、土壤条件、耕作习惯,但长期以井水灌溉的大荔县域内采取土壤剖面样品,作为对照进行分析与对比,测定了土壤有机碳含量及剖面分布、活性有机碳含量、腐殖质组成,土壤有效养分含量、土壤剖面碳酸盐的含量等,在室内用不同水质进行灌溉,模拟监测了土壤空气中CO_2释放量等,研究结果如下:1.用污染的水体长期进行农田灌溉不仅增加了土壤中有机碳总含量,也改变了土壤有机碳的组成。与对照灌区相比,交口灌区在0~100cm范围内土壤有机碳均有不同程度的差异,尤其是在耕层0-20cm以上呈极显着增加,0~(-1)0cm和10-20cm土层分别比对照增加73%和59%;受土壤吸附与截留作用的影响,20cm以下土层有机碳含量虽然有差异,但未达到显着水平;交口灌区耕层土壤总有机碳平均增加2.48g·kg~(-1),其中土壤中活性有机碳增加2.44g·kg~(-1),达极显着水平,即就是说,土壤总有机碳增加部分主要是活性有机碳,而非活性有机碳含量基本上没有变化;腐殖质组分中,胡敏酸(HA)和富啡酸(FA)含量呈极显着增加,分别增加0.56g·kg~(-1)和0.47g·kg~(-1),而胡敏素增加1.31g·kg~(-1),达显着水平。土壤HA/FA有略微增大。证实利用渭河水灌溉显着提高了土壤有机碳储量,且主要提高了活性有机碳部分,使得褐腐酸和黄腐酸的绝对量增加,但比值变化较小。2.用污染的水体长期进行灌溉可以增加土壤氮磷等养分含量。交口灌区土壤耕层土壤中全氮含量、碱解氮含量以及有效磷含量分别达到了1.16 g·kg~(-1)、57.04 mg·kg~(-1)和50.08 mg·kg~(-1),与对照灌区相比分别增加0.40 g·kg~(-1)、24.15 mg·kg~(-1)和32.54 mg·kg~(-1),均达到极显着水平。土壤有效钾含量基本没有差异,证实渭河水中含有丰富的氮素和磷素,而钾素含量甚微,用其灌溉能够增加土壤肥力,为作物生长改善了土壤的养分条件。长期用污染的水体进行灌溉使得土壤碳氮比略微有所降低,使土壤能够提供更多的氮素供应作物生长和土壤微生物活动,增加土壤生物活性。3.用污染的水体进行灌溉时明显地增加了土壤空气中CO_2的浓度。通过室内模拟实验,用污水灌溉土壤空气中CO_2释放量总是高于用自来水灌溉土壤,试验时间范围每千克污染水灌溉的土壤CO_2累积释放量大到13.31mmol,比用自来水灌溉高4.21mmol。水体有机污染不仅增加了土壤有机物质含量,激活了土壤生物活性,有机物质在土壤中进行矿化过程中必然会增加了土壤空气中CO_2的浓度,这种作用灌后短时间里尤为明显,并可能因为土壤空气质量改变而影响作物根系的正常呼吸作用。4.长期用污染水灌溉,促进了土壤剖面上碳酸盐的移动和分化。相对于对照灌区,在0~(-1)0cm、10-20cm、20-30cm土层中,交口灌区平均碳酸盐总量分别增加了49%、50%、43%,而40cm以下却低于对照灌区,充分证实了长期污水灌溉促进了土壤中碳酸盐的溶解和移动,在有限灌溉量的条件下,土壤蒸发量高,水分入渗深度也有限,使得碳酸盐的表聚作用非常明显,这种作用往往使得土壤表层变得坚硬和紧实,影响土壤通透性能。总体说来,污水灌溉给土壤带来丰富养分,提高了土壤生物活性,增加了土壤有机碳含量,且主要增加了活性有机碳成分,对土壤结构及理化性质的改善、肥力的提高以及保证作物增产有着重要的作用,除此之外,还为污水的排放提供了一条廉价且有效的排放途径,从而在一定程度上减缓了农业缺水和城市缺水问题,但同时也要对其带来的次生环境污染有一定的防范意识。
贾宏涛[10]2004年在《干旱地区陆地生态系统碳循环规律研究》文中进行了进一步梳理本试验是在典型干旱区—新疆叁工河流域（草地生态系统选择在巴音布鲁克草原）进行的，主要依托中国科学院新疆生态地理研究所阜康荒漠生态试验站，以干旱区典型陆地生态系统为研究对象，对干旱区典型陆地生态系统 CO2源汇关系进行了系统研究，并对叁工河流域及巴音布鲁克亚高山草地生态系统进行了碳估算，为评价不同生态系统的环境效应提供理论依据。取得了如下主要结论：1. 绿洲农田生态系统 各种类型的绿洲农田生态系统对的 CO2固定量有一定日变化差异，在夜间的 11 个小时内，各农田生态系统都是碳源，即净释放 CO2。而白天小麦生态系统和棉花生态系统都有 1 个小时为碳源。研究表明玉米农田生态系统对 CO2的净固定能力最强，24 小时固定 CO238.47g/m2。其次是小麦生态系统和棉花生态系统。从年固碳量来看，绿洲玉米生态系统为最高，达到 141.66 t CO2/hm2·a；其次为小麦生态系统，为 122.60 tCO2/hm2·a；棉花生态系统最低，为 50.39 t CO2/hm2·a。2. 荒漠林地生态系统 在夜间的 11 个小时内，各林地生态系统都是碳源，即净释放 CO2。而在白天，云杉林地生态系统有 7 个小时为碳源，研究表明：云杉林地生态系统对 CO2的净固定能力最弱，24 小时内净释放 CO2 4.22g/m2。最强的是梭梭林地生态系统，24 小时净固定CO218.34 g/m2。红柳林地生态系统对 CO2 的固定能力稍弱于梭梭林地生态系统。从各观测样地的年固碳能力来看，梭梭林地生态系统固定量最大达到了 9.29 t CO2/hm2·a，红柳林地生态系统次之，为 2.68 t CO2/hm2·a。云杉林地生态系统总体来看是一个弱的碳源，年释放量达到 8.20 t CO2/hm2，这与传统的观点相左，尚需要进一步研究。3. 亚高山草地生态系统 围栏封育条件下，草地生态系统日 CO2净固定量达到了 12.76gCO2/m2·d，每天除18 时和 21 时是弱的碳源外，其余时间均是碳汇。其中 16 时以前是碳的强汇，对 CO2的净固定量达到 12.02gCO2/m2，占到日总 CO2净固定量的 94.20%；自然放牧条件下，草地生态系统日 CO2净固定量达到了 11.52gCO2/m2·d，除 9 时、13 时、14 时和 21 时是弱的碳源外，其余时间均是碳汇。其中 15～19 时是碳的强汇，对 CO2的净固定量达到 9.46gCO2/m2，占到日 CO2净固定量的 82.00%。13、14 时出现弱源的主要原因是由于植物的光合速率在中午有所下降即“午休”现象导致的。每年的 5~9 月份是牧草的生长期，对巴音布鲁克亚高山草地生态系统 CO2的年固定量的初步估算结果表明：其 CO2固定量达到 7.14 t CO2/hm2·a。4. 碳估算<WP=6>4.1 叁工河流域土壤碳估算 新疆叁工河流域总碳储量约为 11.18Pg，其中有机碳约为 5.43 Pg，占 48.54%，无机碳约为 5.75Pg，占 51.46%。 各土壤生态系统相比较，森林土壤、草甸土壤具有较大的有机碳通量和有机碳容量，但其无机碳通量和无机碳容量均明显低于其它土壤生态系统；荒漠土壤生态系统的有机碳通量、碳容量最低，但其具有较高的无机碳储量。4.2 巴音布鲁克亚高山草地生态系统碳估算 巴音布鲁克亚高山草地生态系统地上植物体碳总量约为 7.20 万 t。其中地上部分约为 3.20 万 t，约占 44.44%；地下部分根系约为 4.0 万 t，约占到 55.56%。 对巴音布鲁克亚高山草原生态系统的土壤有机碳进行了估算，结果表明：亚高山草原生态系统土壤有机碳的平均碳通量为 16.80Ckg/m2，土壤有机碳总贮藏量约为 3019.22万 t。5. 土壤条件对凋落物分解速率的影响 壤质土上的有机物料分解速率高于粘质土和砂质土；中等土壤湿度条件下有机物料的分解速率最高；深埋方式有机物料的分解速率高于浅埋方式；中等土壤盐分条件下，有机物料的分解速率最高；不同类型凋落物，在其它条件完全相同的条件下，分解速率也不完全相同，主要是由于其木质素含量有所差异所致。本研究是在固定了其它因子的条件下，仅对单因子逐项进行了研究，因子间的交互作用尚需要进一步研究。
参考文献：
[1]. 农田土壤空气CO_2动态和土壤——大气界面CO_2释放的研究[D]. 戴万宏. 西北农林科技大学. 2002
[2]. 农田土壤空气中CO_2变异特征及移动的动力学机制[D]. 夏发生. 西北农林科技大学. 2009
[3]. 稻麦轮作农田小麦生长季土壤空气CO_2浓度及其主要影响因子研究[D]. 刁一伟. 南京气象学院. 2003
[4]. 集约化生产模式下耕作对土壤物理性质的影响及效应分析[D]. 焦彩强. 西北农林科技大学. 2008
[5]. 陆地不同生态系统土壤呼吸及土壤碳循环研究[D]. 赵成义. 中国农业科学院. 2004
[6]. 施肥对春玉米农田土壤呼吸CO_2释放量的影响及其变化规律研究[D]. 邢晓旭. 河北农业大学. 2006
[7]. 陆地生态系统温室气体排放观测方法研究、应用及结果比对分析[D]. 王迎红. 中国科学院研究生院（大气物理研究所）. 2005
[8]. 豫北平原冬小麦—夏玉米典型农田生态系统碳通量的研究[D]. 曲奕威. 河南农业大学. 2008
[9]. 灌溉水质对土壤质量的影响[D]. 赵加瑞. 西北农林科技大学. 2008
[10]. 干旱地区陆地生态系统碳循环规律研究[D]. 贾宏涛. 西北农林科技大学. 2004
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