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(jì)全球變化研究的焦點(diǎn)之一，當(dāng)前氣候變化也多集中在對(duì)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(guó)關(guān)于碳通量的研究在20世紀(jì)90年代以后開(kāi)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(bào)道較少〔2、3〕。近年來(lái)，隨著天然草地退化和畜牧業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃，大力推進(jìn)苜蓿產(chǎn)業(yè)發(fā)展。所以探討苜蓿栽培草地的碳通量對(duì)于了解栽培草地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球碳循環(huán)的作用具有重要意義，同時(shí)為苜蓿栽培草地的科學(xué)管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

研究樣地位于半干旱半濕潤(rùn)的黑龍江省西部大慶市紅崗區(qū)采油五廠作業(yè)區(qū)內(nèi)，地處N46°16′，E124°47′，該區(qū)氣候寒冷干燥，8級(jí)以上風(fēng)日數(shù)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(yàn)方法

試驗(yàn)樣地選取三年生苜蓿地，CO2通量的觀測(cè)分別是在苜?，F(xiàn)蕾期、開(kāi)花期、成熟期，利用靜態(tài)箱法對(duì)不同草地進(jìn)行通量日變化觀測(cè)。植物生長(zhǎng)期暗箱進(jìn)行重復(fù)對(duì)比試驗(yàn)，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(jìn)行通量觀測(cè)，采集都為3次重復(fù)。分別在0min、10min時(shí)用50ml醫(yī)用注射器采集箱內(nèi)氣體200ml注入采樣氣袋內(nèi)，每次采樣同時(shí)，記錄觀測(cè)點(diǎn)氣溫，地表溫度。

1.3 分析方法

采集到的氣體帶回實(shí)驗(yàn)室,氣體樣品采用氣相色譜儀進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)公式計(jì)算氣體樣品中CO2含量。CO2的通量根據(jù)下式計(jì)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(yàn)時(shí)溫度下的氣體密度，Δm和ΔC分別是Δt時(shí)間內(nèi)的采集箱中變化的氣體質(zhì)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(fù)值時(shí)表示被觀測(cè)系統(tǒng)從大氣中吸收該氣體,正值時(shí)表示被觀測(cè)系統(tǒng)向大氣排放該氣體〔4、5〕。試驗(yàn)數(shù)據(jù)相關(guān)性分析采用DPS軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 苜蓿生長(zhǎng)不同時(shí)期CO2通量日變化特征

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

在苜蓿開(kāi)花期，CO2釋放日變化表現(xiàn)為單峰型(見(jiàn)圖1)，排放峰值出現(xiàn)在上午9∶00，為198.65mg.hm-2。清晨、午后和傍晚時(shí)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(jì)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(xiàn)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(shí)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(zhǎng)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(guān)性分析

從溫度測(cè)量結(jié)果看(表1)，該地晝夜溫差較大，將苜蓿草地不同時(shí)段CO2通量與地表溫度和氣溫之間的關(guān)系進(jìn)行相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，CO2通量與氣溫呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)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(guān)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(guān)分析

3 討論與結(jié)論

苜蓿CO2的日通量變化因不同的物候期而各異。在現(xiàn)蕾期、開(kāi)花期，CO2排放高峰值主要出現(xiàn)在上午時(shí)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(xiàn)蕾期與開(kāi)花期，原因是苜蓿成熟期生理代謝過(guò)程活躍，同化與異化作用(即光合作用與呼吸作用)強(qiáng)，表現(xiàn)較強(qiáng)的吸收和排放CO2現(xiàn)象，這與杜睿〔6、7、8〕等人的研究結(jié)果一致。通過(guò)計(jì)算CO2通量日總量可知，苜蓿不同生育期CO2通量結(jié)果都為負(fù)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(guò)CO2通量與溫度相關(guān)分析得出，在苜蓿草地生長(zhǎng)期內(nèi)，CO2通量與氣溫具有顯著的正相關(guān)，而與地溫相關(guān)性較差。