[科普中國(guó)]-[原創(chuàng)]青海湖黃玉農(nóng)場(chǎng)土壤CO2濃度變化研究

大氣CO2濃度變化與氣候變暖是當(dāng)今熱點(diǎn)的環(huán)境問(wèn)題之一。其不僅對(duì)全球氣候和人類(lèi)環(huán)境產(chǎn)生重大影響，還影響植物生長(zhǎng)生理過(guò)程，為此從上世紀(jì)80年代初開(kāi)始的CO2濃度升高對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)影響的研究成為全球氣候變化研究的熱點(diǎn)。草地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究是目前全球氣候變化背景下重要的研究領(lǐng)域，土壤呼吸是土壤碳庫(kù)的主要輸出途徑和大氣CO2重要的源。目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)土壤呼吸的大量研究就集中在森林和草地生態(tài)系統(tǒng)，針對(duì)農(nóng)田系統(tǒng)土壤排放CO2的研究偏少，研究認(rèn)為全球農(nóng)田系統(tǒng)的土壤呼吸達(dá)640g?m-2?a-1，高于草地系統(tǒng)土壤呼吸的排放量，故研究CO2濃度升高對(duì)環(huán)湖地區(qū)農(nóng)牧業(yè)生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸影響顯得極其重要和緊迫。1 研究區(qū)概況與研究方法剛察縣是青海省海北藏族自治州轄縣，是藏區(qū)人口較多、地域遼闊、畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)比重較大的一個(gè)縣，位于青海湖北岸。泉吉鄉(xiāng)位于縣境西南部，距縣府25km。人口0.53萬(wàn)，以藏族為主的少數(shù)民族占人口總數(shù)90%，主要從事牧業(yè)。屬高原大陸性氣候，年均溫-0.6℃，年降水量約370mm，多集中在6～9月。晝夜溫差大，年均氣溫-0.6℃。黃玉農(nóng)場(chǎng)是本地較大的國(guó)營(yíng)農(nóng)場(chǎng)之一，國(guó)道西莎(G315)線經(jīng)過(guò)。海拔約3300m。草地類(lèi)型主要為山地干草原、草甸草原等。采用野外調(diào)查和室內(nèi)分析相結(jié)合的方法，于2016年8月間在黃玉農(nóng)場(chǎng)選取具有代表性的茂密高草地和裸地作為采樣點(diǎn)，利用輕型人力鉆打出不同深度的鉆孔，利用紅外CO2檢測(cè)儀進(jìn)行不同深度土壤CO2濃度以及地上CO2濃度的測(cè)定，并記錄樣地主要生境特點(diǎn)。采集數(shù)據(jù)后，返回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。利用SPSS軟件進(jìn)行相關(guān)分析和差異性檢驗(yàn)，并進(jìn)行逐步回歸分析并出圖。2 CO2濃度測(cè)定結(jié)果、分析2.1茂密高草地土壤CO2濃度日變化在農(nóng)場(chǎng)的某處茂密高草觀測(cè)點(diǎn)地進(jìn)行了土壤CO2濃度的測(cè)定。當(dāng)時(shí)天氣晴朗。此處土層較薄，分別鉆取45cm深度、25cm深度兩孔進(jìn)行CO2濃度的測(cè)定，并測(cè)定地上100cm處的大氣CO2濃度作為對(duì)比。2.1.1高草地45cm深處土壤CO2濃度日變化由圖1可之，黃玉農(nóng)場(chǎng)高草地土壤CO2濃度的變化范圍為0.020～0.042%之間，小時(shí)平均濃度為0.032。在12:10最高；16:10值最低。在9:10～12:10間，CO2濃度持續(xù)上升，曲線整體上呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。2.2.2高草地土壤25cm深處CO2濃度日變化高草地25cm深度處CO2濃度變化范圍在0.022～0.042之間，平均小時(shí)濃度為0.032。在9:10～12:10期間，CO2濃度持續(xù)上升，在0.032～0.042%之間。在12:10～17:10期間，CO2濃度波動(dòng)下降，在0.022～0.042%之間。CO2濃度變化曲線整體上呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。2.2.3高草地上空100cm高度CO2濃度日變化茂密高草地附近土壤地上100cm處大氣CO2濃度變化范圍在0.020～0.037%之間，平均小時(shí)濃度為0.028。在9:10～12:10，CO2濃度持續(xù)上升，變化范圍在0.023～0.037%之間。之后波動(dòng)下降，變化范圍在0.020～0.028之間。大氣CO2濃度變化曲線整體上呈現(xiàn)先升高再降低的變化趨勢(shì)。如圖3所示。2.2.4高草地土壤不同高度處CO2濃度的日變化對(duì)比通過(guò)圖4可看出，高草地附近不同高度處CO2濃度變化趨勢(shì)基本一致。地下45cm、25cm深度處的CO2濃度基本相同。地上100cm高度處的CO2平均小時(shí)濃度最低。三處CO2濃度變化曲線均呈現(xiàn)先升高再降低的變化趨勢(shì)。3環(huán)境因子與土壤CO2濃度土壤CO2濃度日變化受到多種生境因素影響。當(dāng)?shù)氐臍庀髿夂驐l件、土壤理化性質(zhì)、植被類(lèi)型及蓋度、人類(lèi)活動(dòng)都會(huì)波及土壤CO2濃度。3.1溫度與土壤CO2濃度的關(guān)系溫度升高時(shí)，植物呼吸作用加強(qiáng)；細(xì)菌等分解者活躍度更強(qiáng)等因素都使得CO2濃度升高增加，反之則少。本試驗(yàn)的結(jié)果也揭示出在正午時(shí)CO2濃度最高。該地土層淺薄、土體粒度較粗，氣溫可以很快傳遞到土壤下層，即土體溫度滯后的過(guò)程不太明顯。CO2濃度在正午時(shí)分左右達(dá)到極值。3.2植被對(duì)土壤CO2濃度的影響植被及其蓋度對(duì)土壤CO2釋放的影響很大；不同的植被下土壤有機(jī)質(zhì)含量、pH值、溫度、濕度等因素也大不相同，土壤呼吸也隨著發(fā)生變化。植被覆蓋度越高，土層有機(jī)物越多，土壤CO2濃度越大。據(jù)研究，有60%的CO2是微生物分解有機(jī)物產(chǎn)生的。同時(shí)有機(jī)質(zhì)使土層疏松多孔，也會(huì)增加CO2濃度。不同條件下CO2濃度及其變化各異。通過(guò)對(duì)比高草地地下和地上的CO2濃度，高草地地下土壤CO2 濃度明顯高于大氣CO2 濃度，高草地地下45cm和25cm深度的小時(shí)平均濃度一樣，這主要是由于地層薄、粒徑粗的緣故；濃度變化曲線基本重合。地下小時(shí)平均濃度為地上100cm處的1.14倍。4 結(jié)論通過(guò)實(shí)地實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析，可以得出如下結(jié)論：（1）黃玉農(nóng)場(chǎng)土壤CO2濃度的日變化整體上呈現(xiàn)先升高再降低的變化趨勢(shì)。與大氣溫度的變化趨勢(shì)一致，但并不完全同步。（2）通過(guò)對(duì)比同一植被（高草地）點(diǎn)的地下和地上CO2濃度，地下土壤CO2 濃度明顯高于大氣CO2 濃度；高草地地下45cm和25cm深度的小時(shí)平均濃度一致，濃度變化曲線基本吻合。地下小時(shí)平均濃度為地上100cm處的1.14倍。（3）溫度是影響微生物活動(dòng)的主要因素，進(jìn)而也會(huì)影響土壤CO2濃度變化。該地土層淺薄、土體粒度較粗，土體溫度滯后的過(guò)程不太明顯。CO2濃度在正午時(shí)分左右達(dá)到極值。CO2濃度與溫度呈正相關(guān)關(guān)系。隨著全球變暖，土壤CO2濃度還會(huì)增大。編輯：李敏