华北平原农田生态系统碳交换及其环境调控机制

在华北平原冬小麦/夏玉米轮作田采用涡度相关法进行了连续两年的碳通量观测,研究农田生态系统碳通量的构成及其变化特征,并分析碳交换对主要环境因子的响应.结果显示夜间净碳交换量(NEE)与0～10 cm地温呈明显的指数关系,两年度(2002年11月～2003年10月和2003年11月～2004年10月)的Q10分别为2.94和2.40.通过模拟计算得到总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸(Rec).冬小麦、夏玉米GPP的光响应曲线均符合直角双曲线方程.玉米季平均最大光合速率(Amax)与表观初始光能利用率(α)大于麦季.冬小麦α值随LAI增加而增大.作物主要生长季农田NEE的日变化明显白天吸收、夜晚释放CO2.其他月份农田以碳排放为主,NEE的日变化不显著.农田NEE日较差4～5月和8～9月较大,其它月份较小.农田NEE,GPP和Rec呈明显的季节变化.2003年和2004年玉米田最大日平均碳吸收量分别为-10.20和-12.50 gC·m-2·d-1;麦田最大日平均碳吸收量分别为-8.19和-9.50 gC·m-2·d-1.麦田和玉米田的最大碳吸收量分别出现在4～5月和8月中旬,和GPP最大值出现时间一致.冬小麦和夏玉米主要生长季(3～5月和8～9月)的NEE由GPP支配.GPP主要受PAR和LAI影响.温度对GPP的影响在早春较为明显.7月Rec达到全年最大,Rec和GPP对NEE的贡献相当.其余月份NEE以Rec为主,温度成为NEE的主要控制因子.从生长季NEE总量看,两年度的麦季分别为-77.6和-152.2 gC·m-2·a-1,玉米季分别为-120.1和-165.6 gC·m-2·a-1,玉米季均大于麦季.两年度冬小麦/夏玉米轮作田的年均NEE分别为-197.6和-317.9 gC·m-2·a-1,表明华北平原农田是大气CO2的汇.若考虑收获籽粒的碳,则农田由碳汇变为碳源两年度分别为340.5和107.5 gC·m-2·a-1.受温度、降水等气候因子及施肥、耕作等农田管理措施影响,农田碳交换的年际变化很大.实行免耕和一年一熟制是减少土壤碳排放、增加作物碳吸收的有效途径.