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《南京气象学院》 2003年
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稻麦轮作农田小麦生长季土壤空气CO_2浓度及其主要影响因子研究

刁一伟  
【摘要】: 当前全球变暖已成为科学界关注的热点问题之一。由此引起的气候环境变化将可能对陆地生态系统产生重要的影响。但是,科学家们对于土壤温度、土壤含水量和土壤空气浓度之间确切的内在关系还不是很清楚。因此,我们需要正确理解温度和水分是如何影响土壤空气CO_2浓度的,这在预测土壤呼吸对于气候变化的响应方面特别重要。关于大气CO_2浓度升高对农田土壤空气CO_2浓度的影响研究还处于探索阶段,迄今为止,几乎没有实测数据和相关报道。 本文在无锡稻麦轮作麦田实验观测的基础上,对土壤空气CO_2浓度与土壤温度、含水量之间的关系做了详细的分析,同时利用浓度梯度法初步模拟了地表-大气界面CO_2排放通量,所得结果如下: 在实行常规农田管理条件下,华东稻麦轮作小麦生长季的土壤空气CO_2浓度与小麦生长密切相关。三种田间处理的土壤空气CO_2浓度为:FACE>对照>裸地。对照和FACE的观测结果,比德国草地的观测结果高,但低于美国Kansas草原土壤的观测结果。 土壤空气CO_2浓度与土壤温度呈显著正相关性,而且深层的要明显大于浅层。在土壤含水量相对稳定的条件下,实验观测期内(春季)土壤温度在10℃左右时,土壤微生物活性和呼吸作用最为有利;但是受观测数据的限制,目前尚不能确定小麦在整个生长季中土壤空气CO_2浓度出现高值的最佳温度,有待进一步研究。 土壤温度影响土壤空气CO_2浓度的机制可以从以下两方面进行解释:(1)直接作用:土壤温度强烈影响微生物和根系活性,进而影响微生物和根系呼吸释放到土壤空气中的CO_2;(2)间接作用: 温度升高促进植物根系生长,从而增加根系呼吸向土壤中释放 CO。;由于裸地处理土壤距离常规处理麦田距离太近(大约 lin), 麦田土壤中受根系影响的COZ水平扩散影响到裸地处理区土层的 COZ浓度。 无锡地区麦田土壤空气COZ浓度与土壤含水量呈正相关性,原 因可以解释为:()无锡春夏季节,降水充足,土壤处于湿润期, 这可以促进土壤呼吸,出现土壤空气COZ浓度的高峰值:(2)高土 壤含水量和低孔隙度降低了土壤空气COZ扩散率从而导致土壤空 气COZ聚积,浓度升高。 土壤空气 COZ浓度比地表的约高 10-20倍。在作物旺盛生长期, 大气 CO。浓度升高 200 pmol mol”‘使 0~30cm土层的土壤气体 CO。 浓度显著提高,高浓度的大气COZ促进了小麦的根系生长,根系 分泌物增多,刺激了土壤微生物种群的增长,导致FACE区的根系 呼吸和土壤微生物呼吸均强于对照区,从而导致土壤气体中的COZ 浓度增高。大气CO。浓度升高所致的土壤气体COZ浓度偏高,可 能将导致土壤内部的理化过程发生变化,这一点有待进一步研究。 在0-30cm土层中,上层土壤气体中的CO。向上垂直扩散要比下层 土壤快。本文所研究的土壤最深层为30cm,对于种植作物的农田, 作物旺盛生长期的土壤气体CO。浓度在27cm~30cm处已趋于稳定, 但更深层土壤气体的COZ浓度如何变化尚不清楚,有待进一步研 究。 在土壤含水量较低(本文的结果为 34%~41%)的条件下,浓 度梯度法能有效地模拟地表一大气界面COZ排放通量,但由于这种 方法是基于土壤含水量和充气孔隙度间接地计算土壤空气扩散系 11 g 数,因此不能精确地计算地表一大气表面COZ排放通量,通常模拟 所得数据略低于实际值。
【学位授予单位】:南京气象学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:S512.1

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