科尔沁沙地农田生态系统碳通量特征及其对耕作措施的响应

在全球气候变暖背景下，如何准确观测陆地生态系统与大气间CO2净交换量, 分析其时空分布格局, 成为当前的一个重大科学问题。本项目以科尔沁沙地实施传统耕作和免耕措施的玉米农田生态系统为研究对象，应用涡度相关技术测定系统CO2净交换量的日变化、季节变化和年际变化特征，结合作物生物量、土壤表面CO2通量、凋落物分解的测定，分析生态系统碳通量及其不同组分与植物生长、环境因子之间的动态关系，分析碳通量对不同耕作措施的响应机理。通过测定作物不同组织的干物质量和碳含量，以及土壤碳储量，分析生态系统碳库的分配格局。应用基于涡度技术和生物量动态数据估算的净生态系统生产力，结合收获移出生态系统的碳量和从灌溉水中释放的碳量，分析系统的碳源/汇功能的年际变化特征。通过本研究，以期为深入开展科尔沁沙地农田生态系统碳循环及碳收支研究提供科学依据，同时为我国陆地生态系统碳通量观测补充更多"点"上的数据。

减缓大气CO2浓度升高的方式之一是通过增加陆地生态系统的碳吸收。农田占全球陆地面积的12%。当自然生态系统转变为农田后净生态系统生产力表现为大于或等于其转换前的状态。因此，如何量化农田生态系统的碳截存是当前的一个关键科学问题。本项目以地处我国北方农牧交错带东端的科尔沁沙地典型玉米农田生态系统为研究对象，基于全年运行的涡动相关系统和土壤呼吸、植物生物量以及凋落物分解的测定，评估了不同时间尺度上土壤碳通量及生态系统碳通量的变化。结果表明：1）科尔沁沙地典型玉米农田土壤呼吸速率日动态呈单峰曲线，具有明显的昼夜变化特征，最大值一般出现在14:00~18:00，最小值一般出现在2:00~6:00；土壤呼吸速率的日平均变化范围为1.49~12.69 μmolCO2·m-2·s-1，生长季均值为5.08 μmolCO2·m-2·s-1；2）生长季土壤呼吸速率最大值均出现在玉米生长旺盛期7月，最小值均出现在玉米幼苗期5月；3）土壤呼吸速率的日动态和季节动态变化与大气温度和土壤温度变化的一致性较高；4）生物因子对土壤呼吸的季节变化起着重要作用，地下根系生物量与土壤呼吸速率变化显著相关；5）生长季土壤自养呼吸速率最大值出现在玉米生长旺盛期，占土壤总呼吸的百分比范围为1%~66%，而土壤异养呼吸速率最大值出现在玉米幼苗期，占土壤总呼吸速率的百分比范围为34%~99%；6）土壤呼吸影响因子主成分分析表明农田土壤呼吸速率是由多种因子共同作用决定的，而温度和水分是影响土壤呼吸速率的主导因子；7）基于两种方法得到的生长季农田生态系统净生产力变化范围为560~793 gC/m2，表明科尔沁沙地农田生态系统是一个较强的碳汇；8）采取免耕措施后农田生态系统的净生产力低于传统耕作方式，二者差值为233gC/m2。