内蒙古典型草原N2O研究刍议

利用中国科学院内蒙古草原生态定位研究站（ＩＭＧＥＲＳ）的气候、土壤、植被、土地利用方式和家畜等方面的资料,根据目前国际上Ｎ２Ｏ的研究进展,分析了内蒙古典型草原区影响Ｎ２Ｏ收支作用的可能控制因子,认为：（１）作为Ｎ２Ｏ主要来源的土壤,其理化性状,尤其是土壤温度、水分状况、土壤有机质和土壤结构等,是影响该地区Ｎ２Ｏ收支平衡的主要控制因子;（２）土地利用方式的改变对Ｎ２Ｏ的释放的影响还不十分清楚。草场农用与一定的耕作管理措施以及对天然草场的人为影响（割草、放牧等）是对Ｎ２Ｏ收支平衡影响的主要方面;（３）家畜排泄物,无论作为本地区的主要燃料,还是作为肥料,在典型草原区Ｎ２Ｏ的释放中起着不可忽视的作用。     

漂浮通量箱法和扩散模型法测定内陆水体CH_4和N_2O排放通量的初步比较研究

采用漂浮通量箱法和扩散模型法同步地观测了模拟内陆水体在不同条件下的CH4和N2O的水-气交换通量,旨在比较两类方法取得结果的异同。结果显示:这两类方法所测得的绝大多数CH4排放通量都与水中溶解氧呈显著线性负相关(显著性系数P0.001)。同时N2O排放通量与表层水温及水中铵态氮、硝态氮、溶解碳和溶解氧的关系可用包含所有上述水环境因素的Arrhenius动力学方程来表达,这些因素可以共同解释86%~90%的N2O通量变化(P0.0001),且不同方法测定的N2O通量的表观活化能和对表层水温的敏感系数分别介于47~59 kJ mol-1和1.92~2.27之间;扩散模型法所获得的CH4和N2O通量分别是箱法测定值的13%~175%和15%~240%,差异程度因模型而异;不同模型取得通量间相差20%~1200%,平均相差2.3倍。上述结果表明:仅用一种模型方法来取得CH4或N2O排放通量易形成较大偏差;不同扩散模型法和箱法测定的通量在反映CH4和N2O排放的内在规律方面具有一致性,但它们对真实气体通量的测量是否都存在不同程度的系统误差,尚需进一步研究。     

华东稻田CH4和N2O排放

稻田CH4和N2O排放的季节变化规律完全不同，两者的排放通量随土壤水分条件变化而互为消长，但它们的日变化形式则比较一致。晴天时的CH4和N2O排放日变化规律明显，主要表现为下午单峰模态，有时CH4排放夜间出现一个次峰。CH4和N2O排放总量因肥料类型而不同，堆肥加尿素处理比NH4HCO3处理少排放N2O 30%，多排放CH4 12%。     

放牧强度对内蒙古半干旱草原地气间能量和物质交换的影响

利用涡度相关技术, 于2006年7月27日至8月10日在内蒙古半干旱草原三种放牧强度的下垫面进行微气象观测。本文分析了放牧强度对内蒙古半干旱草原地气间能量和物质交换的影响, 发现: (1)放牧降低植被覆盖率, 使地表反射率增大。(2)放牧使潜热通量减小。而放牧强度最大的锡林河河道潜热通量最大,表明土壤水分状况是半干旱草原地表能量收支的决定性因素。(3)羊草和冬季放牧观测点日平均CO2通量分别为-1.92 g?m-2?d-1和0.73 g?m-2?d-1, 表明放牧可以使草地由CO2的汇转变为源。锡林河河道为CO2的汇, 日平均CO2通量-3.35 g?m-2?d-1, 与羊草比较, 锡林河河道吸收CO2更多, 表明土壤湿度是影响半干旱草原CO2通量交换的重要因素。(4) 放牧通过减小叶面积指数, 减弱植被的光合作用能力。     

华东地区稻麦轮作农田生态系统N2O排放的模拟研究

利用DNDC（DeNitrification and DeComposition）模式,对华东地区典型稻麦轮作农田生态系统的N2O排放特征进行了模拟研究。结果表明：该模式能模拟出轮作周期中N2O的主要排放峰值和排放趋势,但与实测值相比,模拟结果普遍有些偏小。相对而言,该模式对旱地阶段的模拟结果比较理想,尤其是对春季小麦返青至成熟期的模拟最好。因此,我们就该阶段影响N2O排放的主要因子进行了敏感性研究。结果指出,对这一阶段N2O排放影响最大的是化肥的施用,其他比较重要的影响因子还包括犁地方式、有机肥、降水量、降水中的N含量以及温度等。     

华东地区稻麦轮作农田生态系统N2O5排放的模拟研究

利用ＤＮＤＣ（ＤｅＮｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ＤｅＣｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）模式,对华东地区典型稻麦轮作农田生态系统的Ｎ２Ｏ排放特征进行了模拟研究。结果表明：该模式能模拟出轮作周期中Ｎ２Ｏ的主要排放峰值和排放趋势,但与实测值相比,模拟结果普遍有些偏小。相对而言,该模式对旱地阶段的模拟结果比较理想,尤其是对春季小麦返青至成熟期的模拟最好。因此,我们就该阶段影响Ｎ２Ｏ排放的主要因子进行了敏感性研     

种植不同作物对农田N2O和CH4排放的影响及其驱动因子

以种植玉米(Zea mays)、大豆(Glycine max)和水稻(Oryza sativa)的农田生态系统为研究对象,于2003年6~10月系统观测了N2O和CH4的排放、土壤温度和湿度以及相关的生物学因子。玉米和水稻分别施化肥氮300 kg.hm-2,大豆未施氮肥。研究结果表明,作物类型对农田N2O和CH4排放具有显著的影响。土壤-玉米系统、土壤-大豆系统和土壤-水稻系统的N2O季节性平均排放通量分别为620.5±57.6、338.0±7.5和238.8±13.6μg.m-2.h-1(N2O)。种植作物促进了农田生态系统的N2O排放,玉米地土壤和裸地土壤的N2O平均排放通量分别为364.2±11.7和163.7±10.5μg.m-2.h-1(N2O)。土壤-玉米系统、土壤-水稻系统、玉米地土壤和裸地土壤N2O排放受土壤温度的影响,与土壤湿度无显著统计相关,但受土壤温度和水分的综合影响。土壤-大豆系统N2O排放随作物绿叶干重的增加而指数增加,与土壤温度和水分条件无统计相关,由大豆作物自身氮代谢所产生的N2O-N季节总量约为6.2 kg.hm-2(N)。土壤-水稻系统CH4平均排放通量为1.7±0.1 mg.m-2.h-1(CH4),烤田抑制了稻田CH4的排放。烤田前影响稻田CH4排放的主要因素是水稻生物量,烤田后的浅水灌溉及湿润灌溉阶段的CH4排放与土壤温度和水稻生物量无关。本研究未观测到旱作农田有吸收CH4的现象。     

半干旱区农田和草地与大气间二氧化碳和水热通量的模拟研究

集成生物圈模型(IBIS)是目前最复杂的基于动态植被模型的陆面生物物理模型之一。通过应用该模型对国际协调强化观测计划(CEOP)半干旱区基准站之一的吉林通榆观测站(44°25′N,122°52′E)草地和农田生态系统2003年全年的CO2和水、热通量变化进行模拟,并将结果与涡度相关法测定的观测值进行了对比分析,以检验IBIS模型在半干旱区的模拟能力。对比结果表明:除CO2通量模拟结果不够理想外,IBIS模型较好地模拟了通榆观测站的感热通量和潜热通量。模拟与观测比较的相关系数均通过了0.05以上显著性水平的信度检验。总体上看,模型对农田生态系统模拟的偏差小于对退化草地的模拟。     

基于淮河流域农田生态系统观测资料的通量研究

运用寿县国家气候观象台(代表淮河流域农田生态系统)2007年7月至2008年6月通量观测系统的观测资料,分析研究淮河流域农田生态系统的陆气相互作用,统计梯度和涡度数据缺测率,采用空气动力学(梯度)法和涡度相关法,验证通量观测系统观测数据的可靠性,分析CO2通量、潜热通量、感热通量的季节变化与日变化特征及其与下垫面的关系,计算出地表平均反照率、能量闭合率、动量输送系数等。结果表明:通量观测仪器测得的数据可靠,原始资料具有客观性、可用性;CO2等通量存在明显的季节变化,与下垫面状况有密切的关系,日变化均为单峰型分布,由通量观测系统的观测资料计算得到地表平均反照率为0.18,平均能量闭合率为0.92,平均动量输送系数为0.0092。     

华东稻麦轮作农田CH4、N2O和NO排放特征

利用同步自动观测系统对华东稻麦轮作农田的CH4、N2O和NO排放进行了长期连续观测,分析了这3种气体排放的季节特征及决定因素,结果表明,华东稻麦轮作农田的CH4、N2O和NO排放具有完全不同的季节变化形式。CH4的排放发生在水稻生长期,其他阶段排放不明显,土壤水分状况是决定整个轮作周期内CH4排放变化的主要因素。N2O排放具有"冬季无,水田少,旱地多"的季节变化特点,尤其以旱地阶段的排放为主,土壤水分状况和温度共同决定着N2O排放的季节变化形式。NO排放具有"冬季无,水田很少,春季旱地多于秋季旱地"的季节分布特点,轮作周期内97.3%±0.6%的NO排放都发生在除冬季以外的旱地阶段,NO排放的季节变化形式由土壤水分状况和温度共同决定。大多数情况下稻田CH4和N2O排放呈互为消长的关系,但在烤田期间,二者却有时甚至同时出现高排放。在N2O日平均排放通量小于5 mg.m-2.h-1时,稻麦轮作农田的N2O和NO排放呈明显的互为消长关系,但大于5 mg.m-2.h-1时,N2O排放很强,同时NO排放也很强。     

不同施肥处理下双季稻田CH4和N2O排放的全年观测研究

选取湖南典型红壤双季稻田为研究对象,采用静态箱—气相色谱法对不施肥对照(CK)、常规施化肥(NPK)、新鲜稻草与化肥配施(RS+ NPK1)、菌渣与化肥配施(MR+ NPK1)、新鲜牛粪与化肥配施(CD+NPK2)和沼渣与化肥配施(BD+NPK2)等6个处理的CH4和N2O排放通量进行为期一年的观测(早稻、晚稻和休闲期...     

土壤含水量与温度对羊草、大针茅典型草原土壤—植物系统温室气体收支影响的初步研究

本研究首次以我国内蒙古典型草原生态系统为研究对象,以密闭箱法对土壤－植物系统与大气间Ｎ２Ｏ和ＣＨ４气体交换进行了原位观测研究,通过结合实验室模拟实验研究表明,土壤含水量和温度对草原土壤－植物系统温室气体（Ｎ２Ｏ和ＣＨ４）排放通量有着重要的影响。在一定范围内,土壤含水量增加促进草原生态系统Ｎ２Ｏ排放和ＣＨ４吸收作用。温度升高促进草原生态系统Ｎ２Ｏ排放,但对ＣＨ４吸收的影响作用不明显。     

利用HALOE资料分析中层大气中水汽和甲烷的分布特征

利用1991年12月至2004年5月的HALOE资料，分析了中层大气中微量气体水汽和甲烷的垂直和水平分布特征。垂直分布特征是:水汽混合比在对流层顶和平流层底达到极小值（此极小值区被称为湿层顶），平流层里水汽混合比随高度增加，在平流层上层和中间层低层混合比出现明显的扰动，在中间层顶再次达到极小值，向上混合比又随高度增加。甲烷混合比从100 hPa附近向上混合比一直减少。经向分布特征主要表现为:平流层中下层水汽混合比低值区在热带地区上拱，水汽混合比自低纬向高纬递增；而该气层甲烷混合比则是高值区在热带地区上拱，甲烷混合比自低纬向高纬递减。在低平流层副热带20°S～30°S（20°N～30°N）附近二者混合比水平梯度相对偏大。平流层中上层二者等值线在北半球夏季变成双峰形势，北半球冬季仍是单峰形势。中间层二者都主要表现为冬、夏季分布形势相反。在北半球夏季30°N，平流层中下层水汽和甲烷混合比纬向梯度很小，对流层上层以及中间层二者混合比纬向梯度明显。     

生长旺盛期呼伦贝尔草甸草原生态系统呼吸与CH_4吸收通量的日变化研究

利用静态箱法于2011年结实期和2012年开花期与结实期分别对不同人类活动(自由放牧和刈割)影响下的呼伦贝尔草甸草原及相应的封育草原的CH4通量和植物土壤系统呼吸作用排放的CO2通量进行野外定位观测研究。结果表明:呼伦贝尔草甸草原(放牧和刈割及其对应的封育样地)均表现为CH4的汇,3个观测时期汇强的变化范围为:-23.98±6.40~-95.96±28.57μg Cm-2 h-1。呼伦贝尔草甸草原CH4通量的日变化对温度的响应较为复杂。不同时期呼伦贝尔草甸草原的植物土壤系统呼吸速率的日变化存在差异,水分和温度的共同影响造成2012年结实期日均CO2排放量低于2011年结实期。放牧对呼伦贝尔草甸草原CH4吸收通量的日变化模式的影响较小,但在2011年结实期和2012年开花期促进了CH4日均通量(促进幅度12.05%~93.35%),2012年结实期放牧降低了CH4日均通量(降低幅度23.32%~30.43%);刈割降低CH4吸收日均通量11.55%~60.62%。呼伦贝尔草甸草原日均累计碳排放量中CH4所占比例为0.35%~2.62%,而放牧和刈割行为对呼伦贝尔草甸草原的日均累计碳排放的影响结果在不同物候期以及不同植被群落类型均有不同。     

Modeling N2O Emissions from Agricultural Fields in Southeast China

DNDC, a rainfall-driven and process-oriented model of soil carbon and nitrogen biogeochemistry, is applied to simulate the nitrous oxide emissions from agricultural ecosystem in Southeast China. We simulated the soil N₂O emission during a whole rice-wheat rotation cycle (from Nov. 1, 1996 to Oct. 31, 1997) under three different conditions, which are A) no fertilizer, B) both chemical fertilizer and manure and, C) chemical fertilizer only. The processes of N₂O emission were discussed in detail by comparing the model outputs with the results from field measurement. The comparison shows that the model is good at simulating most of the N₂O emission pulses and trends. Although the simulated N₂O emission fluxes are generally less than the measured ones, the model outputs during the dryland period, especially during the wheat reviving and maturing stages in spring, are much better than those during the paddy field period. Some sensitive experiments were made by simulating the N₂O emissions in spring, when there is a smallest gap between the simulated fluxes and the measured ones. Meanwhile, the effects of some important regulating factors, such as the rainfall, N deposition by rainfall, temperature, tillage, nitrogen fertilizer and manure application on N₂O emission during this period were analyzed. From the analysis, we draw a conclusion that soil moisture and fertilization are the most important regulating factors while the N₂O emission is sensitive to some other factors, such as temperature, manure, tillage and the wet deposition of atmospheric nitrate.     

内蒙古半干旱草原能量物质交换的微气象方法估算

根据1998年5～8月和1999年8月在中国科学院内蒙古草原生态系统定位试验站进行微气象观测的资料,作者分析了该地区能量平衡及其各分量的基本特征.结果表明:(1)净辐射通量的转化形式有明显的季节性变化,5～6月份,净辐射能大部分用于感热交换,而后期则多用于潜热交换,5～8月份的日波文比值分别为1.26,1.42,0 41和0.20.(2)观测期间,波文比的日变化特征表现为,早晚变化大不稳定,而白天则相对稳定.(3)用涡度相关方法观测的感热和潜热通量之和与同期的净辐射相比较,前者的结果偏小1 5%左右,两种方法观测到的潜热通量的差异达平均35%左右.(4)半干旱草原CO2通量有明显的日变化,在生长旺期,白天CO2通量强度可达到1.5 mg s-1m-2以上,但在生长后期,1998年和1999年8月份的白天CO2通量强度分别为0.38 mg s-1m-2和0.2 mg s-1m-2左右;其差异与草地土壤水分和植物长势有关.