农田CO2通量研究的实验与方法.doc

农田CO2通量研究的实验与方法 摘要 由于人类的活动而引发的“温室效应”已成为影响全球气候变化的一个重要而不可忽视的因素，估计到21世纪中叶，大气中的CO2浓度将比工业化前增加一倍，而农业生产活动已成为加速全球变暖不容忽视的人类活动之一，农业碳循环的研究得到了发展和重视。农田CO2通量农田CO2通量CO2通量CO2通量的研究属于热门学科，各位学者对此关注都较大。这种现在是现实需要的体现。因为当今社会，人们对环保与温室效应等这些当前热门话题都非常关注。因此，谁能更好地研究这一领域才更有可能对社会做出贡献。 在过去的30年间农业管理以及杂交育种取得了显著的进步，许多农田管理措施用却不能使净生态系统交换量(NEE)达到最优。Suyker认为生长季节灌溉可以增加生物量的累积，但是也会使微生物和根呼吸有变大的趋势[]。目前所排放的CO2有约25%来自土地利用的变化由于90年代初全球土地面积近乎40%转化为耕地或永久牧场，从而导致生态系统的退化，使其CO2的大幅度减弱，而土壤呼吸CO2却，成为了新的CO2的排放源。农田生态系统是碳循环的一个重要组成部分，李克让[]等对中国主要农作物类型变化CO2引起的净排放进行了较为系统的论述。但相对于森林生态系统来说[~5]，Baldocch发现在通量观测网络中对农田生态系统CO2通量研究相对较少通常对农田的CO2通量测定是在有作物的季节测定，在休闲时期CO2的排放观测较少[]。可行的温室气体减源增汇的农业对策主要包括3个方面：减少化肥用量、增加有机肥；作物品种的选育与推广；退耕还林还草和农业新技术推广。有研究表明[]：与施化肥的农田相比，不施化肥农田的温室气体综合排放效应下降15.99%，少施化肥则下降5.9%，不施化肥或少施化肥是减少温室气体排放的最佳措施。通过选育高产的优良作物品种，贮备和培育一批高产、优质、抗病虫害的作物品种，提高碳利用率，减少碳损失，进而实现减少温室气体排放的目的。试验布设在中国科学院长武农业生态试验站。此站位于黄土高原中南部，陕甘交界处的陕西省长武县洪家镇王东村。设在中国科学院长武农业生态试验站气候属暖温带半湿润偏旱大陆性季风气候。设在中国科学院长武农业生态试验站年日照时数2226.5小时，日照百分率51％，年总辐射483700J/cm3。设在中国科学院长武农业生态试验站年平均气温9.1℃，1月份平均气温-5.0℃，极端最低温度-24.9℃，7月份平均气温22.1℃，极端最高温36.9℃。塬面全年≥0℃活动积温3688℃，≥10℃活动积温3029℃，多年平均无霜期171天。设在中国科学院长武农业生态试验站多年平均降水量为584.1mm，2003年为特大降雨年，降雨量超过800mm农田CO2通量CO2浓度的脉动量等，就可能要用到三维超声波风速温度计(ultra-sonic anemometer-thermometer. 1210R3,Gill Instruments, Ltd., UK)、红外开路CO2/H2O气体分析仪(infrared CO2/H2O gas analyzer.Li-7500,Li-cor,USA)和气压计(barometer)等。而所获得的湍流数据又必须依靠其它仪器帮助传输。例如湍流数据经传输到达控制室，需通过高速采集器（CR5000,Campbell Scientific,Inc.,USA）进行数据采集和存储，以计算获得CO2通量数值。又为了尽量减小通量塔对开路涡度相关系统空气动力学干涉作用，必须将超声风温仪和CO2/H2O安装在1m长的支臂上，并尽可能垂直于长武站盛行风的方向[8]。由此不难发现，进行农田CO2通量测定生态系统碳通量的方法主要有箱法和微气象学方法。目前普遍认为微气象学方法是长期测定生态系统碳通量的最可靠和切实可行的办法，广泛应用于地表通量研究的仪器还有波文比和闪烁通量仪。1 微气象法 微气象法所测气体通量值是较大范围内的平均值，减少了密闭采样系统采样时带来的误差，同时大大改善了观测结果的代表性，实验装置及观测活动不会干扰被测区域的自然环境状况，观测持续时间较长，能得到被测区域微气象要素的时间变化，进而获得被测气体交换特征的时间变化。微气象法主要有涡度相关法、质量平衡法、能量平衡法、空气动力学法[]，在中国微气象法仍处于研究阶段。 涡度相关技术(Eddy Covariance Technique)是通过测定垂直风速和CO2密度脉动而直接获得植被/大气间的CO2通量，被认为是当前最好的微气象学方法，因为它不要求有涡度扩散系数和大气稳定性校正或假定风速的垂直廓线形状等。为研究农田生态系统CO2净交换(NEE)提供了一种可靠的方法[]。涡度相关技术的优点就是能通过测量各种属性的湍流脉动值来直接测量它们通量，和其它方法相比，它是一种直接测量