土壤环境因子对克氏针茅草原生态系统碳通量变化的影响

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1、土壤环境因子对克氏针茅草原生态系统碳通量变化的影响基金项目：干旱气象科学研究基金项目（编号：IAM200919）资助。作者简介：薛红喜（1978.12-），男(汉族)，山西河津人，博士，高工，主要研究方向为大气探测、农业气象。E-mail:xue-hongxi@163.com通讯作者：李琪，讲师，主要研究方向农业气象、生态系统碳循环。E-mail:liqix123@sina.com薛红喜1，李琪2,3，黄瑜2,3，王云龙2,3，吴东丽1（1.中国气象局气象探测中心，北京100081，2.南京信息工程大学江苏省大气环境监测与污染控制高技术研究重点实验室，江苏南京　210044；

2、3.南京信息工程大学环境科学与工程学院，江苏南京210044）摘要：本文利用涡度相关法对对2008年至2010年期间克氏针茅草原生态系统的生态系统初级生产力（GEP）、生态系统呼吸（Reco）和净生态系统碳交换（NEE）的变化进行观测，探讨了三者的日尺度变化规律及土壤环境因子（土壤温度、土壤水分）对GEP、Reco、NEE的影响。结果显示：土壤环境因子是克氏针茅草原生态系统碳通量的重要驱动因子；2008至2010年各生长季内，土壤环境因子对克氏针茅草原生态系统年尺度内的GEP呈现极显著相关性；土壤环境因子也与2008至2010年土壤环境因子对克氏针茅草原生态系统Reco、NE

3、E呈现极显著相关性；土壤温度的升高或者土壤水分的增加都能提高克氏针茅草原生态系统的初级生产力及呼吸作用及净碳通量。其中，土壤温度对这三者的作用更为明显。关键词：土壤环境因子；碳通量；涡度相关法；草原生态系统1绪论碳循环是生态系统最重要的循环过程之一。作为陆地生态系统重要的组成部分，草地生态系统是世界上分布最广的植被类型之一，它覆盖了几乎20%的陆地面积，净初级生产力约占全球陆地生物区净初级生产力的1/3[1]。草原在地球碳循环过程中有非常重要的作用。比较其它陆地生态系统，草原的年际间总生产力变化幅度更大，以致于难以确定草原生态系统是碳源或者汇。所以，研究草原生态系统碳循环的过

4、程和作用机理对研究碳循环至关重要。土壤是影响生态系统碳通量变化最直接的因素，土壤呼吸与生物光合作用、呼吸作用积累的生物量直接导致生态系统碳通量的变化。土壤是CO2重要的源和汇，土壤呼吸是生态系统碳通量的重要组成部分和流通过程。土壤是影响生态系统碳通量变化最直接的因素。因此研究土壤温度和水分对草原生态系统碳通量变化的影响，找出两者之间的联系对研究草原生态系统碳通量的特征、研究全球碳通量及碳通量对气候变化的影响有着重要的意义。本文研究内容为土壤环境因子对克氏针茅草原生态系统碳通量变化的影响。通过整理分析2008-2010年内蒙古克氏针茅草原日尺度上的净生态系统碳交换（NEE）的变

5、化特征和土壤环境因子的特征，对克氏针茅草原生态系统碳通量变化进行研究，找出其特点。并分别对日尺度土壤环境因子变化对比分析，找出土壤环境因子和克氏针茅草原生态系统碳通量的联系，为准确认识克氏针茅草原生态系统碳通量的环境控制机制提供科学依据。2研究区域概况和研究方法2.1研究区域概况研究区位于内蒙古自治区锡林浩特市东北24km处(44°08′31"N，116°18′45"E)。此处海拔高度大概1000m，下垫面开阔平坦。该区11处于内蒙古典型的克氏针茅草原区，群落里以克氏针茅和羊草为优势草种，伴生有糙隐子草、冰草等禾本科草类以及菊科的冷蒿等。这片草原位于北半球中纬度地区，接近内陆

6、，属温带半干旱草原气候，年平均气温为2.6℃，1月-22.0℃，7月均温18.3℃。日照充足，年均日照总时数约为2600小时。春秋冬三季干燥少雨，降水主要集中在夏天6至9月，年降水量约为290毫米。土壤为典型的栗钙土。2.2观测系统本研究使用涡度相关法观测克氏针茅草原生态系统碳通量。2003年8月装配的开路式涡度相关系统由三维超声风速仪、CR5000数据采集器及开路式LI-7500CO2/H2O分析仪构成，高度为2米。使用热电偶温度传感器Model105T测定10cm土壤处的土壤温度；10cm深处的土壤水分含量则利用土壤水分时域反射仪ModelCS615进行测量。通量采集频率

7、为0.1Hz，土壤环境要素采样频率均为2Hz，由数据采集器CR23X按30min步长计算并存储平均值。2.3数据处理方法选取了克氏针茅草原生态系统2008年至2010年3年的碳通量观测数据，进行坐标旋转、WPL校正等处理，并对由系统故障、供电、下雨或检修等因素造成的数据丢失进行了剔除。采用查表法和日平均变化法(对缺失气象数据而无法用查表法以及非线性回归法的插补，采用日平均变化法)对通量数据进行插补按30min步长计算平均值，再分别计算日统计数据[24]。利用Excel和SPSS等软件探讨土壤环境因子和克