[科普中国]-[原创]青海湖黄玉农场土壤CO2浓度变化研究

大气CO2浓度变化与气候变暖是当今热点的环境问题之一。其不仅对全球气候和人类环境产生重大影响，还影响植物生长生理过程，为此从上世纪80年代初开始的CO2浓度升高对陆地生态系统影响的研究成为全球气候变化研究的热点。草地生态系统碳循环研究是目前全球气候变化背景下重要的研究领域，土壤呼吸是土壤碳库的主要输出途径和大气CO2重要的源。目前国内外针对土壤呼吸的大量研究就集中在森林和草地生态系统，针对农田系统土壤排放CO2的研究偏少，研究认为全球农田系统的土壤呼吸达640g•m-2•a-1，高于草地系统土壤呼吸的排放量，故研究CO2浓度升高对环湖地区农牧业生态系统土壤呼吸影响显得极其重要和紧迫。1 研究区概况与研究方法刚察县是青海省海北藏族自治州辖县，是藏区人口较多、地域辽阔、畜牧业经济比重较大的一个县，位于青海湖北岸。泉吉乡位于县境西南部，距县府25km。人口0.53万，以藏族为主的少数民族占人口总数90%，主要从事牧业。属高原大陆性气候，年均温-0.6℃，年降水量约370mm，多集中在6～9月。昼夜温差大，年均气温-0.6℃。黄玉农场是本地较大的国营农场之一，国道西莎(G315)线经过。海拔约3300m。草地类型主要为山地干草原、草甸草原等。采用野外调查和室内分析相结合的方法，于2016年8月间在黄玉农场选取具有代表性的茂密高草地和裸地作为采样点，利用轻型人力钻打出不同深度的钻孔，利用红外CO2检测仪进行不同深度土壤CO2浓度以及地上CO2浓度的测定，并记录样地主要生境特点。采集数据后，返回实验室进行统计分析。利用SPSS软件进行相关分析和差异性检验，并进行逐步回归分析并出图。2 CO2浓度测定结果、分析2.1茂密高草地土壤CO2浓度日变化在农场的某处茂密高草观测点地进行了土壤CO2浓度的测定。当时天气晴朗。此处土层较薄，分别钻取45cm深度、25cm深度两孔进行CO2浓度的测定，并测定地上100cm处的大气CO2浓度作为对比。2.1.1高草地45cm深处土壤CO2浓度日变化由图1可之，黄玉农场高草地土壤CO2浓度的变化范围为0.020～0.042%之间，小时平均浓度为0.032。在12:10最高；16:10值最低。在9:10～12:10间，CO2浓度持续上升，曲线整体上呈现先上升后下降的趋势。2.2.2高草地土壤25cm深处CO2浓度日变化高草地25cm深度处CO2浓度变化范围在0.022～0.042之间，平均小时浓度为0.032。在9:10～12:10期间，CO2浓度持续上升，在0.032～0.042%之间。在12:10～17:10期间，CO2浓度波动下降，在0.022～0.042%之间。CO2浓度变化曲线整体上呈现先上升后下降的趋势。2.2.3高草地上空100cm高度CO2浓度日变化茂密高草地附近土壤地上100cm处大气CO2浓度变化范围在0.020～0.037%之间，平均小时浓度为0.028。在9:10～12:10，CO2浓度持续上升，变化范围在0.023～0.037%之间。之后波动下降，变化范围在0.020～0.028之间。大气CO2浓度变化曲线整体上呈现先升高再降低的变化趋势。如图3所示。2.2.4高草地土壤不同高度处CO2浓度的日变化对比通过图4可看出，高草地附近不同高度处CO2浓度变化趋势基本一致。地下45cm、25cm深度处的CO2浓度基本相同。地上100cm高度处的CO2平均小时浓度最低。三处CO2浓度变化曲线均呈现先升高再降低的变化趋势。3环境因子与土壤CO2浓度土壤CO2浓度日变化受到多种生境因素影响。当地的气象气候条件、土壤理化性质、植被类型及盖度、人类活动都会波及土壤CO2浓度。3.1温度与土壤CO2浓度的关系温度升高时，植物呼吸作用加强；细菌等分解者活跃度更强等因素都使得CO2浓度升高增加，反之则少。本试验的结果也揭示出在正午时CO2浓度最高。该地土层浅薄、土体粒度较粗，气温可以很快传递到土壤下层，即土体温度滞后的过程不太明显。CO2浓度在正午时分左右达到极值。3.2植被对土壤CO2浓度的影响植被及其盖度对土壤CO2释放的影响很大；不同的植被下土壤有机质含量、pH值、温度、湿度等因素也大不相同，土壤呼吸也随着发生变化。植被覆盖度越高，土层有机物越多，土壤CO2浓度越大。据研究，有60%的CO2是微生物分解有机物产生的。同时有机质使土层疏松多孔，也会增加CO2浓度。不同条件下CO2浓度及其变化各异。通过对比高草地地下和地上的CO2浓度，高草地地下土壤CO2 浓度明显高于大气CO2 浓度，高草地地下45cm和25cm深度的小时平均浓度一样，这主要是由于地层薄、粒径粗的缘故；浓度变化曲线基本重合。地下小时平均浓度为地上100cm处的1.14倍。4 结论通过实地实验及数据分析，可以得出如下结论：（1）黄玉农场土壤CO2浓度的日变化整体上呈现先升高再降低的变化趋势。与大气温度的变化趋势一致，但并不完全同步。（2）通过对比同一植被（高草地）点的地下和地上CO2浓度，地下土壤CO2 浓度明显高于大气CO2 浓度；高草地地下45cm和25cm深度的小时平均浓度一致，浓度变化曲线基本吻合。地下小时平均浓度为地上100cm处的1.14倍。（3）温度是影响微生物活动的主要因素，进而也会影响土壤CO2浓度变化。该地土层浅薄、土体粒度较粗，土体温度滞后的过程不太明显。CO2浓度在正午时分左右达到极值。CO2浓度与温度呈正相关关系。随着全球变暖，土壤CO2浓度还会增大。编辑：李敏