松嫩平原苜蓿生长期CO2通量日变化特征的初 步 研 究

尤海洋, 高海娟, 刘泽东

(黑龙江省畜牧研究所，黑龙江齐齐哈尔 161005)

碳循环研究是21世纪全球变化研究的焦点之一，当前气候变化也多集中在对大气温室气体尤其是CO2的研究，草地是陆地生态系统中极其重要的碳汇，在全球碳循环中具有重要的研究意义〔1〕。我国关于碳通量的研究在20世纪90年代以后开始，但大多是基于天然草地的碳通量研究，栽培草地的碳通量研究报道较少〔2、3〕。近年来，随着天然草地退化和畜牧业生产的快速发展要求，栽培草地种植面积逐渐增大，而紫花苜蓿是其中最重要的栽培牧草〔3〕，黑龙江省在2012年提出了苜蓿产业“十二五”发展规划，大力推进苜蓿产业发展。所以探讨苜蓿栽培草地的碳通量对于了解栽培草地生态系统对全球碳循环的作用具有重要意义，同时为苜蓿栽培草地的科学管理提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

研究样地位于半干旱半湿润的黑龙江省西部大庆市红岗区采油五厂作业区内，地处N46°16′，E124°47′，该区气候寒冷干燥，8级以上风日数18～22d，十年九旱，年均温4℃，年日照2900h，年降水400mm。土壤为黑钙土。

1.2 试验方法

试验样地选取三年生苜蓿地，CO2通量的观测分别是在苜蓿现蕾期、开花期、成熟期，利用静态箱法对不同草地进行通量日变化观测。植物生长期暗箱进行重复对比试验，箱体大小为40cm×40cm×40cm。气体样品采集选择晴朗天气中3∶00，6∶00，9∶00，12∶00，15∶00，18∶00，21∶00，0∶00进行通量观测，采集都为3次重复。分别在0min、10min时用50ml医用注射器采集箱内气体200ml注入采样气袋内，每次采样同时，记录观测点气温，地表温度。

1.3 分析方法

采集到的气体带回实验室,气体样品采用气相色谱仪进行检测，根据公式计算气体样品中CO2含量。CO2的通量根据下式计算:

F=Δm/(A·Δt)=(ρ·V·ΔC)/(A·Δt)=ρ·h·(ΔC/Δt)

式中,F为气体通量(Flux),ρ为试验时温度下的气体密度，Δm和ΔC分别是Δt时间内的采集箱中变化的气体质量和混合比浓度，h、A、V分别为箱高、底面积和体积。气体通量(F)为负值时表示被观测系统从大气中吸收该气体,正值时表示被观测系统向大气排放该气体〔4、5〕。试验数据相关性分析采用DPS软件进行。

2 结果与分析

2.1 苜蓿生长不同时期CO2通量日变化特征

在苜蓿现蕾期，CO2释放日变化表现为单峰型(见图1)，排放峰值出现在上午9∶00，为74.46mg.hm-2，而在清晨、中午、午后和傍晚则表现为吸收CO2，吸收量最大值是463.32mg.hm-2，在下午15∶00左右。通过计算日CO2通量为-1239.47mg.hm-2.d-1。

在苜蓿开花期，CO2释放日变化表现为单峰型(见图1)，排放峰值出现在上午9∶00，为198.65mg.hm-2。清晨、午后和傍晚时段都为吸收CO2，吸收量最大值为545.47mg.hm-2，在正午12∶00左右。计算日CO2通量为-714.62mg.hm-2.d-1。

在苜蓿成熟期，CO2释放日变化表现为明显的双峰型(图1)，排放峰值在正午12∶00，为553.15mg.hm-2，而以吸收为主的则是在一天中清晨、午后和傍晚时段，吸收量最大值为1223.58mg.hm-2，表示植物从大气中吸收CO2，起到了碳汇的作用。日CO2通量为-1352.89mg.m-2.d-1。

图1 不同生长期苜蓿草地CO2通量日变化

2.2 苜蓿草地CO2通量日变化与温度之间的相关性分析

从温度测量结果看(表1)，该地昼夜温差较大，将苜蓿草地不同时段CO2通量与地表温度和气温之间的关系进行相关分析发现，CO2通量与气温呈正相关，相关系数为0.54，原因是该地区气温日变化显著(昼夜温差大)。而与地温相关性差，分析原因是由于地温的日变化幅度较小。

表1 苜蓿草地CO2通量日变化与地温、气温的相关分析

3 讨论与结论

苜蓿CO2的日通量变化因不同的物候期而各异。在现蕾期、开花期，CO2排放高峰值主要出现在上午时段，在9∶00左右；而成熟期CO2排放高峰值则在正午12∶00，且峰值高于现蕾期与开花期，原因是苜蓿成熟期生理代谢过程活跃，同化与异化作用(即光合作用与呼吸作用)强，表现较强的吸收和排放CO2现象，这与杜睿〔6、7、8〕等人的研究结果一致。通过计算CO2通量日总量可知，苜蓿不同生育期CO2通量结果都为负值，表明苜蓿的主要是从空气中吸收CO2，起到了碳汇作用。通过CO2通量与温度相关分析得出，在苜蓿草地生长期内，CO2通量与气温具有显著的正相关，而与地温相关性较差。