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土壤表面CO2通量作为导致全球气候变化的关键生态过程,已经成为全球碳循环研究的核心问题,其动态变化将对全球碳平衡产生深远的影响。因此研究不同类型陆地生态系统土壤CO2通量的源汇特征及其主要影响因素对于深入理解全球气候变化和解释当今大气中“失踪汇”等科学难题具有极为重要的科学意义。
本研究采用LI-8100自动土壤CO2通量系统观测了阜康原始盐生荒漠和绿洲农田的土壤CO2通量。结果表明:在2005年整个生长季节(05~10月)内,农田平均土壤CO2通量为3.19μmolCO2·m-1·s-1,盐生荒漠为0.08μmolCO2·m-2s-1,农田是盐生荒漠的近40倍;农田土壤CO2通量的日过程呈单峰型,峰值出现在当地时间12:00前后,盐生荒漠则呈双峰型,第一峰值出现在09:00前后,第二峰值在17:00前后;在整个生长季内,农田土壤CO2通量远高于盐生荒漠,盐生荒漠夜间的土壤CO2通量均为负值;农田和盐生荒漠土壤CO2通量的月均最高值分别出现在7月(4.67μmolCO2·m-1·s-1)和6月(0.17μmolCO2·m-1·s-1),从9月起,盐生荒漠土壤CO2通量的月均值降为负值。农田和盐生荒漠的土壤CO2通量与土温的相关性都随土壤深度增加而减小,与气温的关系最密切,而且回归系数表明农田土壤CO2通量对温度变化更敏感;湿润事件(灌溉或降雨)对农田和盐生荒漠的土壤CO2通量具有促进作用。盐生荒漠开垦为农田后土壤CO2通量发生了显著变化,不仅改变了土壤CO2通量的量级,甚至改变了通量的方向。
由于在2005年观测过程中,发现盐生荒漠夜间的土壤CO2通量呈向下的负值,表现为CO2吸收。为了确定盐碱土CO2的纯吸收通量,2006年比较观测了盐生荒漠、弃耕地和绿洲农田测点灭菌与未灭菌土壤的CO2通量,证实了盐土对大气CO2的吸收是一个单向的无机过程。对盐土CO2通量影响因素的分析表明,盐土的CO2通量分别与0~5 cm、5~10 cm、10~15 cm的土壤电导率(EC)、土壤pH值之间呈显著线性负相关(P<0.0001),且随不同土壤深度呈规律性的变化;灭菌前后土壤的日均CO2通量与气温、2 cm土温、5 cm土温表现为正相关关系,且相关性随土壤深度增加而降低;灭菌后盐土的CO2通量与土壤含水量呈显著线性正相关关系(P<0.0001)。同时证实了碱土也具有和盐土同样的CO2吸收现象,两者吸收强度基本相同。综合考虑各种影响因素确定了盐碱土的日均CO2吸收通量约为0.1~0.5μmol m-2·s-1,结合全球盐碱土的总面积,最后估测出全球7.00亿hm2盐碱土的CO2吸收值约为0.44×1015~4.4×1015g,其数量级与全球碳循环中的“失踪汇”相同,进一步证实了盐碱土是大气CO2的一个重要的汇。这对全球碳收支的准确计算以及全球变化趋势的探讨具有重要的科学意义。