松嫩平原苜蓿生長期CO2通量日變化特征的初 步 研 究

尤海洋, 高海娟, 劉澤東

(黑龍江省畜牧研究所，黑龍江齊齊哈爾 161005)

碳循環(huán)研究是21世紀全球變化研究的焦點之一，當前氣候變化也多集中在對大氣溫室氣體尤其是CO2的研究，草地是陸地生態(tài)系統(tǒng)中極其重要的碳匯，在全球碳循環(huán)中具有重要的研究意義〔1〕。我國關于碳通量的研究在20世紀90年代以后開始，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報道較少〔2、3〕。近年來，隨著天然草地退化和畜牧業(yè)生產的快速發(fā)展要求，栽培草地種植面積逐漸增大，而紫花苜蓿是其中最重要的栽培牧草〔3〕，黑龍江省在2012年提出了苜蓿產業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃，大力推進苜蓿產業(yè)發(fā)展。所以探討苜蓿栽培草地的碳通量對于了解栽培草地生態(tài)系統(tǒng)對全球碳循環(huán)的作用具有重要意義，同時為苜蓿栽培草地的科學管理提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

研究樣地位于半干旱半濕潤的黑龍江省西部大慶市紅崗區(qū)采油五廠作業(yè)區(qū)內，地處N46°16′，E124°47′，該區(qū)氣候寒冷干燥，8級以上風日數18～22d，十年九旱，年均溫4℃，年日照2900h，年降水400mm。土壤為黑鈣土。

1.2 試驗方法

試驗樣地選取三年生苜蓿地，CO2通量的觀測分別是在苜?，F蕾期、開花期、成熟期，利用靜態(tài)箱法對不同草地進行通量日變化觀測。植物生長期暗箱進行重復對比試驗，箱體大小為40cm×40cm×40cm。氣體樣品采集選擇晴朗天氣中3∶00，6∶00，9∶00，12∶00，15∶00，18∶00，21∶00，0∶00進行通量觀測，采集都為3次重復。分別在0min、10min時用50ml醫(yī)用注射器采集箱內氣體200ml注入采樣氣袋內，每次采樣同時，記錄觀測點氣溫，地表溫度。

1.3 分析方法

采集到的氣體帶回實驗室,氣體樣品采用氣相色譜儀進行檢測，根據公式計算氣體樣品中CO2含量。CO2的通量根據下式計算:

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

式中,F為氣體通量(Flux),ρ為試驗時溫度下的氣體密度，Δm和ΔC分別是Δt時間內的采集箱中變化的氣體質量和混合比濃度，h、A、V分別為箱高、底面積和體積。氣體通量(F)為負值時表示被觀測系統(tǒng)從大氣中吸收該氣體,正值時表示被觀測系統(tǒng)向大氣排放該氣體〔4、5〕。試驗數據相關性分析采用DPS軟件進行。

2 結果與分析

2.1 苜蓿生長不同時期CO2通量日變化特征

在苜?，F蕾期，CO2釋放日變化表現為單峰型(見圖1)，排放峰值出現在上午9∶00，為74.46mg.hm-2，而在清晨、中午、午后和傍晚則表現為吸收CO2，吸收量最大值是463.32mg.hm-2，在下午15∶00左右。通過計算日CO2通量為-1239.47mg.hm-2.d-1。

在苜蓿開花期，CO2釋放日變化表現為單峰型(見圖1)，排放峰值出現在上午9∶00，為198.65mg.hm-2。清晨、午后和傍晚時段都為吸收CO2，吸收量最大值為545.47mg.hm-2，在正午12∶00左右。計算日CO2通量為-714.62mg.hm-2.d-1。

在苜蓿成熟期，CO2釋放日變化表現為明顯的雙峰型(圖1)，排放峰值在正午12∶00，為553.15mg.hm-2，而以吸收為主的則是在一天中清晨、午后和傍晚時段，吸收量最大值為1223.58mg.hm-2，表示植物從大氣中吸收CO2，起到了碳匯的作用。日CO2通量為-1352.89mg.m-2.d-1。

圖1 不同生長期苜蓿草地CO2通量日變化

2.2 苜蓿草地CO2通量日變化與溫度之間的相關性分析

從溫度測量結果看(表1)，該地晝夜溫差較大，將苜蓿草地不同時段CO2通量與地表溫度和氣溫之間的關系進行相關分析發(fā)現，CO2通量與氣溫呈正相關，相關系數為0.54，原因是該地區(qū)氣溫日變化顯著(晝夜溫差大)。而與地溫相關性差，分析原因是由于地溫的日變化幅度較小。

表1 苜蓿草地CO2通量日變化與地溫、氣溫的相關分析

3 討論與結論

苜蓿CO2的日通量變化因不同的物候期而各異。在現蕾期、開花期，CO2排放高峰值主要出現在上午時段，在9∶00左右；而成熟期CO2排放高峰值則在正午12∶00，且峰值高于現蕾期與開花期，原因是苜蓿成熟期生理代謝過程活躍，同化與異化作用(即光合作用與呼吸作用)強，表現較強的吸收和排放CO2現象，這與杜?！?、7、8〕等人的研究結果一致。通過計算CO2通量日總量可知，苜蓿不同生育期CO2通量結果都為負值，表明苜蓿的主要是從空氣中吸收CO2，起到了碳匯作用。通過CO2通量與溫度相關分析得出，在苜蓿草地生長期內，CO2通量與氣溫具有顯著的正相關，而與地溫相關性較差。