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，草地是陸地生態系統中極其重要的碳匯，在全球碳循環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生產的快速發展要求，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“十二五”發展規劃，大力推進苜蓿產業發展。所以探討苜蓿栽培草地的碳通量對于了解栽培草地生態系統對全球碳循環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采油五廠作業區內，地處N46°16′，E124°47′，該區氣候寒冷干燥，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蓿現蕾期、開花期、成熟期，利用靜態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從大氣中吸收該氣體,正值時表示被觀測系統向大氣排放該氣體〔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

在苜蓿現蕾期，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現，CO2通量與氣溫呈正相關，相關系數為0.54，原因是該地區氣溫日變化顯著(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，這與杜睿〔6、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。