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本文选取华南丘陵区典型土地利用类型(稻田、人工林和果园)为观测点,采样静态箱—气相色谱法对这三种不同土地利用类型地表主要温室气体CO2、CH4和N2O的排放、动态规律及其影响因素进行了为期两年的观测研究。主要研究结果如下:
1.稻田温室气体的排放
水稻田设置了有植株和无植株两种处理方式。在水稻生长的不同季节,水稻田CO2、CH4和N2O排放的日变化格型有所不同。在稻田有植株参与的生长季节中,CO2排放均为白天出现排放高值,夜间出现排放低值。有植株参与稻田CO2昼夜排放平均值显著高于无植株参与稻田(P<0.05)。地下5cm土壤温度、地表温度和气温是植株生长期间稻田CO2排放昼夜变化的主要影响因素。仅在8月有植株参与稻田的N2O排放昼夜变化与地表温度和气温呈显著正相关关系(P<0.05)。无植株参与下的早稻稻田以及无水冬闲稻田CO2排放动态变化与地下5cm土壤温度、地表温度、气温呈显著正相关关系(P<0.05)。晚稻有植株参与稻田CH4季节排放与地下5cm温度呈显著正相关关系(P<0.05)。
在有植株参与下,早稻田CO2、CH4和N2O的平均排放通量(包括收割后)分别为:316.30±23.74mg.m-2.h-1、0.85±0.28mg.m-2.h-1和118.07±51.07μg.m-2·h-1;晚稻稻田平均排放通量分别为:622.40±57.67mg·m-2·h-1、1.16±0.38mg·m-2.h-1和42.33±20.00μg·h-1;无水冬闲稻田平均排放通量分别为:180.69±21.21mg·m-2·h-1、-0.04±0.01mg·1m-2·h-1和21.62±19.31μg·m-2.h-1。经方差分析与Tamhanes多重比较,CO2的平均排放通量顺序为:晚稻>早稻>冬闲稻田,且两两之间差异显著(P<0.01);早稻和晚稻稻田CH4排放通量都显著大于冬闲稻田(P<0.05),而早稻和晚稻之间差异不明显(P>0.05);N2O在三个时期两两之间差异都不明显(P>0.05)。分别以早稻、晚稻以及冬闲稻田的平均排放通量和三个时期的天数来估计不同时期的排放量,最后得出CO2、CH4和N2O的年排放量分别为2.95kg.m-2.·yr-1、4.91g.m-2·yr-1和495mg·m-2.yr-1。而无植株参与的稻田CO2.CH4和N2O在测定期的平均排放通量分别为:150.75±11.11mg.m-2·h-1、0.10±0.05mg·m-2·h-1和41.90±10.74μg·m-2·h-1,据此算出其年排放通量分别为:1.32kg·m-2.yr-1、0.85g·m-2·yr-1和367mg·m-2·yr-1。结果表明有植株稻田三种温室气体的排放量都要高于无植株参与稻田。
2.针叶林和果园地表CO2通量
针叶林和果园设置有凋落物覆盖和清除凋落物两种处理。针叶林和果园含凋落物地表年均CO2通量分别为1.84±0.08kg·m·2.yr-1和4.84±0.23kg·m-2·yr-1;不含凋落物地表年均CO2通量分别为1.62±0.06kg·m-2.yr-1和3.25±0.13kg·m-2.y-1。果园地表CO2通量年均值大于针叶林。针叶林和果园地表CO2通量都有相似的季节变化模式,即雨季较高而旱季较低。不同土地利用类型不同处理地表CO2通量均与地下5cm土壤温度、地表温度和气温呈显著指数相关(P<0.01)。利用Q10模型计算出针叶林和果园地表CO2通量Q10值变化范围在1.55~2.58之间。土壤含水量与地表CO2通量的相关分析表明,地表CO2通量与土壤含水量呈显著正相关关系(P<0.01)。温度和含水量能部分解释针叶林和果园地表CO2通量的季节变化。据两年CO2通量平均值,针叶林和果园凋落物对地表CO2通量的贡献率分别为11.99%和32.82%。
3.针叶林和果园地表CH4通量
在两年的测定中针叶林和果园含凋落物地表年均CH4通量分别为-1.66±0.43kgCH4·ha-1.yr-1和-3.00±0.46kgCH4±ha-1.yr.1;不含凋落物地表年均CH4通量分别为-1.93±0.46kgCH4.ha-1±yr-1和-0.80±0.49kgCH4·ha-1.yr-l。针叶林和果园土壤对CH4的吸收没有显著差异。果园土壤对CH4的吸收在旱季较高而雨季较低。针叶林土壤在有凋落物覆盖下对CH4的吸收在次年与果园一致,有凋落物覆盖下土壤在第一年和清除凋落物土壤两年对CH4的吸收都是雨旱季接近。不同土地利用类型不同处理地表CH4通量受温度影响较小,与地下5cm土壤温度、地表温度和气温无明显相关关系。地表CH4通量仅在次年针叶林有凋落物覆盖的情况下与土壤含水量呈明显正相关关系(P<0.05)。针叶林有、无凋落物覆盖地表CH4通量无显著差异,果园凋落物的存在增加了土壤对CH4的吸收。
4.针叶林和果园地表N2O通量
无论有、无凋落物覆盖,果园地表N2O通量都高于针叶林,根据两年N2O通量年平均值换算得出针叶林和果园含凋落物地表年均N2O通量分别为4.01±0.27kgN20-N·ha-1.yr-1和7.66±+0.50kgN2O-N·ha-1.yr-1;不含凋落物地表年均N2O通量分别为2.79±0.17kgN2O-N·ha-1.yr-1和5.75±0.40kgN2O-N.ha-1·yr-1。针叶林和果园地表N2O通量在雨季较高而旱季较低。地表N2O通量存在明显的降雨驱动效应,影响针叶林和果园地表N2O通量的关键因子是土壤含水量。温度与地表N2O通量有一定的相关性,但在不同的处理下及不同年份有所不同。次年针叶林和果园凋落物对N2O排放的贡献率分别为36.92%和34.10%。
综述以上结果,华南丘陵区无水冬闲稻田为大气CO2和N2O的源,CH4的汇,但从全年来看,稻田为大气CH4和N20的源(由于缺少水稻生物量资料,因而不能对CO2源汇作出判断);针叶林和果园土壤为大气CO2和N2O的源,为CH4的汇。