科尔沁沙丘-草甸梯级生态系统CO2,CH4和N2O通量特征

摘要

为了明确科尔沁沙丘—草甸梯级生态系统中不同生态系统生育期内温室气体通量变化规律及其影响因素,采用静态箱—气相色谱法,于2017年5—10月对呈梯级分布的半流动沙丘、半固定沙丘、人工林地、农田(玉米)和草甸湿地CO2,CH4和N2O通量进行了原位观测,并同步测量取样点的土壤温度、土壤含水量、土壤总有机质含量、总磷含量和总氮含量。对温室气体通量及其影响因子之间进行了相关分析,结果表明:科尔沁沙丘—草甸梯级生态系统上温室气体通量均具有明显的季节性变化,温室气体通量受到土壤含水量和土壤温度的显著影响,二者共同作用促进了温室气体通量的吸收或排放。在干旱半干旱地区,土壤含水量显著影响着土壤温室气体通量对土壤温度的敏感性,土壤温室气体通量随着温度的增加而增大,同时土壤含水量超过田间持水率时,土壤温室气体通量又会随着土壤含水量的增大而降低,从而影响土壤温室气体通量对土壤温度的响应。CO2通量的温度敏感性(Q10)表现为:农田(4.18)>草甸湿地(2.87)>人工林地(2.51)>半固定沙丘(2.41)>半流动沙丘(2.36)。CO2排放峰值出现在水热条件较好的7月、8月,其中8月22日附近的排放峰值明显高于7月21日附近的排放峰值。3种温室气体通量均值呈现出梯级变化(换算为CO2):半流动沙丘[181.65 mg/(m2·h)]<半固定沙丘[242.16 mg/(m2·h)]<人工林地[348.33 mg/(m2·h)]<农田[405.72 mg/(m2·h)]<草甸湿地[(487.63 mg/(m2·h)]。试验区土壤总有机质含量、总磷含量也呈现出相同的梯级变化,生育期CO2通量与土壤中总有机质含量和总磷含量呈极显著正相关(p<0.01)。生育期内N2O通量的变异对土壤温度的响应更强烈。