河西走廊绿洲玉米农田生态系统呼吸特征及温度响应

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1、第30卷第10期自然资源学报Vol.30No.102015年10月JOURNALOFNATURALRESOURCESOct.,2015河西走廊绿洲玉米农田生态系统呼吸特征及温度响应1,21,3*3陈国鹏，赵文智，吉喜斌（1.甘肃农业大学林学院，兰州730070；2.甘肃省白龙江林业管理局林业科学研究所，兰州730070；3.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所中国生态系统研究网络临泽内陆河流域研究站/中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室，兰州730000）摘要：准确评估农田生态系统碳排放对评价陆地生

2、态系统碳平衡具有重要意义。研究利用中国生态系统研究网络临泽内陆河流域研究站玉米农田生态系统涡度相关和微气象监测数据，分析了2009年生态呼吸速率（RE）和呼吸敏感性指数（Q10）的季节变化规律，探讨了环境因子对RE的影响，比较了不同模型估算生态系统碳排放量的差异。结果表明，河西走廊荒漠绿洲玉米农田生态系统夜间平均呼吸速率表现为单峰型的季节动态，平均最大呼吸速率12.54μmolCO-2-12·m·s；空气温度（Ta）比土壤温度（Ts）更明显地影响着玉米农田生态系统呼吸，且影响过程表现出明显的季节差异

3、；基于Q10模型拟合的4—10月各月的参考呼吸速率RE10和敏感性指数Q10也表现出单峰型的季节变化模式，最大值先后出现在6月和8月，其值分别为2.68μmolCO-2-12·m·s和2.62。Logistic模型能较好地反映RE与Ta的关系，可以解释半小时呼吸速率55.9%的变异，但在高温情况下的预测值偏低；Q10、Quadratic、Lloyd&Taylor和Logistic模型模拟的玉米农田生态系统呼吸速率的平均日变化和季节动态差异明显，估算的河西走廊荒漠绿洲玉米农田生态系统年呼吸碳排放量介于

4、1122~1252gC·m-2·a-1。关键词：荒漠绿洲；玉米农田；生态系统呼吸；呼吸敏感性中图分类号：Q148；S181文献标志码：A文章编号：1000-3037(2015)10-1617-11DOI：10.11849/zrzyxb.2015.10.002生态系统呼吸是陆地生态系统中碳以CO2形式返回到大气的主要途径，是全球碳循-1[1]环的重要过程。全球每年由生态系统呼吸作用向大气排放的碳量约103PgC·a，远-1[2]高于化石燃料的排放，是仅次于全球陆地生态系统总初级生产力（123PgC·a

5、）的第二大碳通量。因而，准确估算生态系统呼吸是评估全球碳收支的关键，理解生态系统呼吸的控制因素是寻求陆地生态系统减排增汇途径的必需。[1,3-4]研究表明，温度是影响生态系统呼吸的主要环境因素，但究竟采用何种温度为标[5-7][4,8]准进行生态系统呼吸的估算并没有统一，土壤温度、空气温度、土壤温度和空气温[9]度的加权平均等指标都在实践中得到应用。学者们也提出了不同形式的模型来表征呼吸[8,10][1,6][11][12]速率和温度的关系，如Lloyd&Taylor模型、Q10模型、抛物线模型和L

6、ogistic模型[1]等。其中，Q10模型在模拟时段的温度敏感性指数Q10为常数，Lloyd&Taylor模型、抛[4,13]物线模型等的Q10值随温度的升高而降低。不同模型在不同区域的森林、草地、湿地的应用取得良好的拟合效果，但对农田生态系统，尤其是荒漠绿洲农田生态系统的关注收稿日期：2014-10-15；修订日期：2015-04-16。基金项目：国家杰出青年科学基金(41125002)。第一作者简介：陈国鹏（1986-），男，博士，研究方向为生态系统碳水循环。E-mail:chgp1986@g

7、mail.com*通信作者，E-mail:zhaowzh@lzb.ac.cn1618自然资源学报30卷较少。[14]荒漠绿洲是干旱区特有的生态系统类型，在荒漠被开垦为农田后，通过呼吸作用[15][16]的碳排放过程将被改变。如荒漠开垦为农田后，通过土壤呼吸的碳排放将显著增加，土壤呼吸日变化的峰型由单峰变为双峰、季节变化的峰值出现时间滞后、对温度响应的[17][18]敏感性增强。但绿洲农田生态系统呼吸的研究仅见生长季的呼吸特征和生态系统呼[6]吸动态变化的报道，对生态系统呼吸影响机制、模拟模型选择、碳

8、排放量评估等研究还不够全面。本研究选择甘肃河西走廊荒漠绿洲玉米农田为对象，基于中国生态系统研究网络临泽内陆河研究站农田观测场2009年涡度相关通量和微气象监测数据，分析玉米农田生态系统呼吸动态变化及其环境因子控制。主要目标有：1）明确河西走廊荒漠绿洲玉米农田生态系统呼吸的季节变化特征并量化碳排放量；2）了解影响河西走廊荒漠绿洲玉米农田生态系统呼吸的环境控制因子；3）确定河西走廊荒漠绿洲玉米农田生态系统呼吸模拟的最佳模型。1研究区概况和研究方法1.1研究区概况本研究在中