淮河流域稻麦轮作系统CH4通量模拟及减排研究

为研究气候变化下不同管理措施对淮河流域稻麦轮作农田生态系统CH_(4)通量的影响,通过参数率定后的DNDC(DeNitrification-DeComposition)模型,估算了淮河流域历史时期(2000—2020年)及未来(2021—2049年)RCP4.5(中等排放强度情景)和RCP8.5(高排放强度情景)两种情景下稻麦轮作农田CH_(4)通量时空分布特征,评估了未来气候变化下多种田间管理措施对流域CH_(4)的减排能力。结果表明:淮河流域历史时期区域CH_(4)通量平均排放强度为125.3 kg·hm^(-2),未来两种情景(RCP4.5和RCP8.5)下区域CH_(4)通量平均排放强度分别为140.5 kg·hm^(-2)和150.5 kg·hm^(-2),总体均呈显著上升趋势(P<0.01)。空间上,未来两种情景下CH_(4)通量空间分布特征相似,均呈现南部和西北部地区CH_(4)通量高,东北部和中西部地区CH_(4)通量低的特征。与基础措施相比,不同施肥量措施均减少了CH_(4)排放,但不同秸秆还田措施提高了CH_(4)排放水平。研究表明,在仅考虑控制淮河流域CH_(4)通量的情况下,秸秆不还田+减量施肥20%是未来气候变化情景下最佳田间管理措施。

西南喀斯特地区灌丛林土壤CO2、CH4通量研究

灌丛林生态系统是西南喀斯特地区广泛分布的生态系统类型,在区域生态系统碳循环和碳平衡中有重要作用。为估算亚热带喀斯特地区CO2和CH4源汇现状,评价灌丛林生态系统对温室效应的影响,以贵阳市开阳县灌丛林为研究对象,采用静态箱-气相色谱法观测CO2和CH4通量的季节变化。对2010年12月到2012年1月的观测结果分析表明,灌丛林地土壤表现为CO2的释放源和CH4的吸收汇,CO2通量的变化范围为33.20～1106.75 mg/(m2.h),年平均通量为342.98 mg/(m2.h);CH4通量的变化范围为–206.14～–59.85μg/(m2.h),年平均通量为–103.22μg/(m2.h)。CO2排放通量和CH4吸收通量均表现出明显的季节变化规律,两者最高值均出现在夏季,不同的是CO2排放通量最低值出现在12月,而CH4吸收通量最高值则出现在11月。土壤温度和土壤湿度是影响灌丛林土壤CO2通量的主要因子,双因素模型(F=αeβTWγ)较好拟合了土壤温度和土壤湿度对土壤呼吸的影响,两者共同解释了CO2通量变化的81.4%。土壤CH4吸收通量与温度存在显著正相关关系,其中5 cm土壤温度同CH4吸收通量相关性最好,但温度超过一定阈值时,两者相关性降低。土壤CH4吸收通量与土壤湿度呈显著负相关关系表明,水分是土壤氧化CH4的重要限制因子。

鼎湖山主要森林生态系统地表CH_4通量

利用静态箱-气相色谱法对鼎湖山3种处于演替不同阶段的森林类型-季风常绿阔叶林、针阔叶混交林和马尾松林-的地表CH4通量进行了为期一年的原位观测和研究,结果表明:3种林型地表吸收CH4通量按从大到小的顺序为:季风林>混交林>松林,不同林型间的CH4通量差异与森林土壤的性质有密切关系,即土壤容重越小、有机质含量与土壤温度和湿度都没有明显的相关性,但在旱季土壤温度成为控制地表CH4通量的主要因子。

内蒙古羊草草原不同物候期CH_4通量日变化特征与日通量比较

利用静态暗箱法对内蒙古半干旱羊草草原不同物候期原状群落与土壤CH4 通量的日变化进行了野外定位试验研究 ,结果表明 :羊草草原土壤为大气CH4 的吸收汇 ,不同观测日CH4 通量的日变化特征存在较大差异 ;气温及表层地温与CH4 吸收通量除果后营养期呈显著或极显著正相关外 ,其余观测日两者的相关性不明显 ;原状群落与土壤CH4 吸收通量间除2 0 0 2年果后营养期以及 2 0 0 3年开花期两者差异分别达到 0 10与 0 0 5的显著性水平外 ,两者在其余观测日差异均不显著 ;不同物候期间CH4 日平均通量除原状群落开花期与结实后期间 ,开花期与 2 0 0 1年果后营养期以及结实后期与 2 0 0 2年果后营养期间差异显著外 ,其它不同物候期之间CH4

鼎湖山针阔叶混交林地表CH_4通量

用静态箱-气相色谱法对鼎湖山针阔叶混交林的地表CH4通量进行了为期一年的原位观测和研究。结果表明,该林型土壤总体为大气CH4的吸收汇,通量年变化范围60～-120μg·m-2·h-1,在雨季向旱季过渡的9、10月份,土壤对CH4的吸收较为强烈,而在冬季的1月份,吸收通量最小;凋落物层对该林型地表CH4的吸收没有明显的阻隔作用;多元回归分析发现CH4通量与地下5cm温度显著相关,尤其是在土壤湿度变化不大的旱季,土壤表层温度为影响CH4通量的主导因子。

华北低山丘陵区土壤CH_4通量对脉冲降雨的响应

基于箱式—激光法的CH4通量自动观测系统(SF-3000)研究脉冲降雨对华北低山丘陵区刺槐人工林土壤CH4通量连续变化的影响。同步观测试验点地表以下5 cm深度处土壤温度(T5)及其土壤含水量(S5)、林内大气温度(Ta)和相对湿度(HR)以及总辐射(Ra)等气象因子。结果表明:降雨显著抑制了土壤CH4通量,这种抑制作用一般能维持几天左右。在降雨前,刺槐人工林土壤CH4通量的日变化表现出"V"型结构;而在降雨后,却较复杂,呈"W"和"V"型两种结构。在不同降雨强度影响下,土壤CH4通量在不同时期的差异显著,但各气象要素在不同时期差异显著不同。

黄土台塬不同土地利用方式土壤CH_4通量特征及主控因子分析

土地利用转变会导致土壤微环境及生理生化过程发生改变,继而影响土壤温室气体的产生和排放。目前关于土地利用转变对温室气体通量的研究主要集中于CO_2,而对CH_4研究甚少。本文以黄土台塬为研究区,重点分析不同土地利用方式的土壤CH_4通量特征与其影响因素的关系,并明确其关键影响因子,为预测整个黄土台塬土地利用方式转变对温室效应的贡献提供基础数据。以陕西省永寿县马莲滩林场为研究对象,于2015年4月—2016年3月,采用静态箱-气相色谱法,对耕地、天然草地、灌木林地、乔灌混交林地、乔木林地和果园的CH_4通量特征进行研究,并分析土壤CH_4通量与土壤温度、地表温度、含水量及全氮的关系。不同土地利用方式土壤CH_4平均通量差异显著(P<0.05),但表现相似的季节变化,呈现夏秋季高于冬春季特征。林地、园地、耕地土壤均为CH_4吸收汇,其吸收能力(平均值)为乔灌混交林(51.24μg·m^(-2)·h^(-1))>乔木林(44.80μg·m^(-2)·h^(-1))>灌木林(31.52μg·m^(-2)·h^(-1))>草地(25.89μg·m^(-2)·h^(-1))>果园(18.97μg·m^(-2)·h^(-1))>耕地(14.89μg·m^(-2)·h^(-1))。不同土地利用方式土壤CH_4吸收与土壤温度、全氮和地表大气温度均呈正相关;与土壤含水量呈负相关。其土壤表层(0~20 cm)温度是6种土地利用方式土壤CH_4吸收的主要影响因素。总之,自然条件下的土壤CH_4吸收率明显高于农业土壤CH_4吸收率,耕地转变为林地后土壤的CH_4吸收能力增强,土壤对减缓温室效应的贡献增大。

华北低山丘陵区人工林土壤CH_4通量测定代表性时段研究

在日尺度上选取合适的时间段测定土壤CH_4通量,取其均值代表日均值,可使短时间内土壤CH_4通量观测数据有效反映长时间尺度上土壤CH_4通量。为此,于2014年11月─2015年10月利用土壤CH_4自动观测系统对华北低山丘陵区刺槐(Robinia pseudoacacia L)人工林的土壤CH_4通量进行昼夜连续性观测,共取得140 d完整连续数据,其中,生长季(2015年5月─2015年10月)共82 d,非生长季(2014年11月─2015年4月)共58 d。分析各月土壤CH_4通量的日均值变化特征,计算各月的代表时段与日平均的相对差异百分率,选取相对差异百分率在±10%以内作为代表性时段。各月观测代表性时段选定后,对各月代表性时刻土壤CH_4通量的平均值与日平均值进行拟合,并对其在年尺度上的有效性进行检验评估。结果表明:(1)2014年11月─2015年10月各月份的日均值变化幅度分别为-0.74^-1.16、-0.58^-0.79、-0.48^-0.67、-0.55^-0.86、-0.59^-1.49、-0.60^-0.72、-0.70^-0.80、-0.50^-0.66、-0.54^-0.71、-0.71^-0.85和-0.84^-1.09 nmol·m^(-2)·s^(-1),日较差分别为0.42、0.21、0.19、0.31、0.90、0.12、0.10、0.16、0.17、0.15、和0.24 nmol·m-2·s-1;(2)选取8:00─9:00作为生长季(2015年5月─2015年10月)土壤CH_4通量的代表性时段;选择9:00─10:00作为非生长季(2014年11月─2015年4月)的代表性时段;(3)各月的代表性时段内土壤CH_4通量平均值与24 h日平均值的相对差异分别为5.71%(正向)、4.50%(正向)、-1.98%(负向)、3.11%(正向)、6.34%(正向)、-7.37%(负向)、-1.23%(负向)、-9.03%(负向)、-4.43%(负向)、-0.71%(负向)、4.97%(正向),均在±10%以内;(4)对各月代表性时刻土壤CH_4通量的平均值与日平均值进行拟合,发现各月代表性时段土壤CH_4通量平均值与24 h日平均值数据差异最小出现在9月,最大出现在7月;(5)将选择的代表性时段内土壤CH_4通量累加至年尺度上,表明选取的代表性时段可代表研究区的全年土壤CH_4通量(r^2=0.885,P=0.000)。

华南丘陵区针叶林和果园地表CH4通量的日变化

利用静态箱-气相色谱法对华南丘陵区典型土地利用类型（针叶林：马尾松Pinus massoniana；果园：龙眼Dimocarpus longan Lour）地表CH4通量日变化进行了原位观测。结果表明，针叶林和果园土壤总体来说为大气CH4的吸收汇。地表CH4通量日变化波动较大，规律不明显。吸收较强的月份为10-11月，较弱的月份为6-9月。针叶林地表CH4吸收通量日平均值变化幅度为-0.093-0.066mg·m^-2·h-1，果园为-0.098-0.146mg·m^-2·h^-1。地温和气温对地表CH4通量无明显影响。降雨对地表CH4通量有较大的影响，早季（10-3月）地表CH4吸收通量大于雨季（4-9月）。凋落物和植被类型对CH4通量没有明显影响。

水热条件对不同坡位兴安落叶松林土壤CH_4通量的影响

兴安落叶松林是我国北方最大的针叶林,在我国具有重要的碳汇地位,对我国以及全球的气候变化具有重要影响。由于独特的高寒高湿和多年冻土的特殊生态环境,兴安落叶松林土壤中CH4的吸收与释放的规律与众不同。因此,开展对土壤CH4动态及其与环境关系的研究,对揭示兴安落叶松林碳汇能力的形成、碳释放动态以及兴安落叶松林对气候变化的作用具有重要的理论和实践意义。作者于2011年5月到9月间在内蒙古根河国家生态站,在不同坡位的4种典型兴安落叶松林群落中布设样地,采用静态箱-红外气体分析仪收集气体并分析CH4通量的变化,同时测定不同深度的土壤温度,测定土壤含水率。借助SAS方差分析、相关性分析等统计方法,对兴安落叶松林土壤CH4通量的季节变化进行研究,同时分析土壤温度及含水率对CH4通量的影响。结果表明,CH4的季节动态变化规律:坡顶CH4通量为春季释放,夏季吸收,秋季释放,吸收大于释放,通量的平均值为-68.12μg·m-2·h-1;坡上部CH4通量为春夏秋3季均吸收,通量的平均值为-342.49μg·m-2·h-1;坡下部CH4通量为春季释放,夏季吸收,秋季释放,释放大于吸收,通量的平均值为67.8μg·m-2·h-1;坡脚CH4通量为春夏秋3季均释放,通量的平均值为263μg·m-2·h-1。总的来说,在生长季兴安落叶松林土壤甲烷通量吸收大于释放,说明地处寒温带的大兴安岭是CH4的汇。观测期间CH4通量与温度及土壤含水率均有一定的相关性,二者从不同角度影响CH4通量的变化,而随着坡位的变化土壤水热条件也随之改变,这同样是影响CH4通量的一个重要因素。

华南地区4种典型人工林土壤CO_2和CH_4通量研究

采用静态箱/气相色谱分析技术对中国科学院鹤山丘陵综合开放试验站尾叶桉纯林(Eucalyptus urophylla,EUp)、厚荚相思纯林(Acacia crassicarpa,ACp)、10个树种混交林(Tp)和30个树种混交林(THp)4种林型的土壤CO2和CH4排放通量进行了原位测定,研究纯林和混交林对土壤温室气体排放的影响。结果表明:4种林型土壤都是CO2的源,但对CH4而言,可能是源,也可能是汇。CO2和CH4排放通量季节波动幅度较大;4种林型土壤CO2和CH4通量在湿季均维持较高水平;峰值均出现在湿季,旱季则趋于降低,且相对稳定。由于EUp和ACp纯林土壤微生物碳(Microbial Biomass Carbon,MBC)比混交林高,导致Eup(130.67 mg.m-2.h-1)和Acp(134.65 mg.m-2.h-1)土壤CO2通量显著高于Tp(111.39 mg.m-2.h-1)和THp(108.53 mg.m-2.h-1)。在4种林型中,尾叶桉和厚荚相思对土壤NO3-N和NH4-N快速吸收,土壤CH4排放通量较低。土壤温度、湿度、MBC、NO3-N和NH4-N都是影响土壤CO2和CH4通量的重要因子。

春季人工草地土壤CO_2和CH_4通量日变化研究

采用最新的土壤温室气体通量监测系统,对人工草地春季土壤CO_2和CH_4通量进行测定,研究植物复苏期人工草地土壤CO_2和CH_4通量的日变化及其与环境因素的关系。结果表明:春季人工草地土壤CO_2通量有明显日变化特征,通量变化范围为-6.47~3.75μmol/(m^2·s),最大值出现在10∶00~12∶00之间,最小值出现在16∶00~17∶00之间,土壤5 cm温度是草地土壤CO_2通量日变化的主要影响因子;人工草地CH_4通量也有明显的昼夜变化规律,白天的波动性要大于夜晚,全天的波动范围为-16.31~13.13nmol/(m^2·s),在16∶00~18∶00之间出现最大值,在10∶00~11∶00之间降到最小值,土壤10 cm温度是草地土壤CH_4通量的主要影响因子。

广西英罗港不同红树林群落土壤CO_2和CH_4通量对气温变化的响应

采用WEST-1011便携式土壤通量测量仪对广西北海英罗港自然保护区不同红树植物群落土壤的CO2和CH4排放通量特征以及其与气温的关系进行研究。结果表明,各群落土壤CH4通量的值都较小,在-2~3μmol.m-2.s-1之间;红海榄Rhizophora stylosa群落、木榄Brugiera gymmonhiza群落一天的CO2通量变化很小,秋茄Kandelia candel群落一天的CO2通量变化比较明显,最大值出现在19：00,为5.001μmol.m-2.s-1,桐花树Aegiceras corniculatum群落一天的CO2通量变化明显,最大值出现在11：00,为8.325μmol.m-2.s-1。排放通量与气温做相关性研究发现,气温与红海榄群落、木榄群落土壤CH4通量与气温呈不显著的正相关关系,与秋茄群落呈现极其显著的负相关关系,与桐花树群落呈显著的负相关关系;气温与红海榄群落、木榄群落、秋茄群落、桐花树群落的土壤CO2通量均呈不显著的负相关关系。

寒温带大兴安岭渐伐林森林土壤CH_4通量的研究

利用静态箱-气相色谱法对寒温带大兴安岭兴安落叶松渐伐林生长盛季的地表CH4通量进行原位观测和研究。结果表明:在生长盛季该地区森林土壤总体表现为大气CH4的吸收汇,CH4日平均通量为(Mean±SE)-0.05±0.01 mg.m-2.h-1,且峰值出现在0:00和16:00左右。在生长盛季整体上原状林地土壤和无凋落物覆盖不同处理对土壤CH4通量的影响无显著差异,但在变化幅度和时间分布上有一定差异,无凋落物处理下土壤的CH4吸收通量变化幅度大于原状林地土壤。观测期间土壤CH4通量与温度具有一定的正相关关系,但线性相关系数较小,而与湿度相关性不显著,表明该地区在生长盛季土壤温度在控制土壤CH4通量中表现出重要性。

模拟增温条件下翻耕免耕农田土壤CH_4通量响应

为研究未来气候变暖下我国华北翻耕、免耕农田CH4通量响应,评估该地农田碳汇/源情况,使用远红外辐射增温仪模拟气候变暖,设计翻耕增温(CTW)、翻耕不增温(CTN)、免耕增温(NTW)、免耕不增温(NTN)4个处理。研究表明,2013—2015年小麦-玉米季,增温分别显著提高翻耕、免耕农田10 cm土壤温度1.5℃和1.4℃(P<0.05);但对两种耕作农田土壤水分的影响并不显著(P>0.05)。各处理土壤CH4通量无明显季节变化,但累积CH4吸收具有显著年际差异。2013—2014年小麦季,CTW和NTW相比CTN和NTN处理,累积CH4吸收分别显著增加35.8%和108.8%(P<0.01);但在2014—2015年,CTW处理显著降低17.7%(P<0.05)。两年玉米季,处理间累积CH4吸收无显著差异(P>0.05)。各处理土壤微生物生物量碳(MBC)含量与CH4存在显著正相关关系。未来气候变暖条件下,翻耕农田MBC含量减小将可能减缓华北农田CH4吸收。

基于涡度相关法的黄河小浪底人工混交林CH4通量平均周期的确定

【目的】随着涡度相关法长期连续观测CH4通量的研究在国际上日渐增加,准确计算CH4通量成为相关研究人员关注的热点问题之一。根据研究区实际情况,探究涡度相关数据在实际应用中适宜的采样频率和平均计算周期,为准确计算CH4通量提供理论依据。【方法】采用不同的平均周期(15~720 min)对黄河小浪底人工混交林生态系统2016年7−8月CH4通量原始数据(采样频率10 Hz)进行计算,以30 min为准标准,比较不同平均周期计算的CH4通量日变化特征,分析不同平均周期对CH4通量计算的影响。【结果】不同平均周期导致计算的CH4通量结果发生变化。15、60、120、240、360和720 min平均周期与30 min计算的CH4通量日变化特征趋势差异正午前后较大,而在早晨或傍晚差别较小;平均周期小于120 min时,其计算CH4通量日变化趋势与30 min一致,CH4的通量值随平均周期的增加而增大,当平均周期大于240 min,通量计算出现明显误差。结合Ogive函数计算分析,当平均周期小于15 min时,Ogive函数逐渐增大,当平均周期为60 min时,ogive函数逐渐平稳。【结论】不同计算周期对CH4的计算结果有一定的影响,在本研究区下垫面情况下,计算月及其以上尺度的CH4通量采用60 min的平均周期,而研究日及其以下尺度的CH4通量变化特征时采用平均计算周期为15 min。

太湖流域农田稻季CH4通量特征及影响因子

开展太湖流域农田稻季CH4排放研究,深入了解稻田CH4排放规律,为稻田CH4减排、制定合理稻田管理措施提供科学依据。以太湖流域稻麦轮作农田为研究区域,运用涡度相关法观测其稻季CH4通量变化,分析其通量变化特征及影响因子。结果表明:太湖流域典型稻麦轮作区稻季为CH4的源,CH4排放总量为28.95 g/m^2,稻季CH4通量日变化表现为无规则型与单峰型两种模式;稻季CH4排放整体集中在水稻生长前期(81.61%)及中期(16.16%)、后期排放相对较弱(2.23%),返青期排放量较低(日均0.102μmol m^-2 s^-1),分蘖期较强(日均0.451μmol m^-2 s^-1),成熟期最低(日均0.006μmol m^-2 s^-1);模型所模拟的累计CH4排放通量比累计测量CH4通量低6.69%,较好地模拟了太湖流域稻田CH4的排放,土壤温度、土壤水分、土壤电导率、摩擦风速可确认为太湖流域农田稻季CH4排放的主要驱动因子。

典型岩溶丘陵区生长季土壤CO_2、CH_4通量研究

我国西南岩溶丘陵区生长季漫长,而土壤表面CO_2、CH_4通量受地表植被覆盖的影响较大。为探究岩溶丘陵区生长季有植被覆盖(有草)和无植被覆盖(无草)的土壤表面CO_2、CH_4通量及其日变化特征,采用静态箱-气相色谱法对重庆市南川岩溶丘陵区土壤表面CO_2、CH_4通量进行观测,结合土壤温、湿度进行研究。结果表明:岩溶丘陵区土壤表面在生长季表现为CO_2源、CH_4汇,有草的土壤表面CO_2通量明显高于无草土壤表面CO_2通量,CH_4通量则无明显差别,说明在生长季地表植被覆盖是影响土壤CO_2通量的重要因素,而植被覆盖对土壤CH_4通量无显著影响,土壤表面有草和无草的CO_2通量分别为552、352 mg/m2·h,CH_4通量分别为-80、-75μg/m2·h(生长季6个月平均值)。在生长季日变化尺度上,土壤也表现为CO_2源、CH_4汇,有草土壤表面的CO_2通量明显高于无草土壤表面CO_2通量,且二者的变化特征一致,CH_4通量受到植被覆盖的影响较小;生长季土壤CO_2、CH_4通量受土壤温、湿度的共同影响,其中土壤CO_2通量与土壤温度呈正相关关系,即土壤温度升高会促进土壤CO_2通量的提高,而土壤CH_4通量与土壤温度无相关关系,即土壤温度对土壤CH_4通量无显著影响;由于生长季土壤湿度变化较土壤温度小,因此土壤湿度对土壤CO_2、CH_4通量的影响较土壤温度小。