城市森林土壤表面CO_2通量
城市森林土壤表面C O 2通量
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林文鹏,赵 敏,柳云龙,刘冬燕,高 峻
(上海师范大学城市生态与环境研究中心,上海200234)
摘要:为了揭示城市不同植被类型的土壤表面C O 2通量的日动态(R s )、季节动态及其对气温变化的响应,利用土壤呼吸自动测定系统(L i-8100)对上海不同植被类型R s 进行了连续一年的定位观测研究。结果表明:常绿林、灌木林、落叶林的R s
分别为2.7μmol/(m 2?s )、2.18μmol/(m 2?s )、1.54μmol/(m 2?s ),不同植被类型的R s 差异显著。城市不同植被类型的R s 日动态和季节动态均表现为一个单峰型的模式,与温度日和季节动态变化模式基本同步,表明温度是影响土壤呼吸比较重要的因子。指数模型能够较好地揭示不同植被类型对温度变化的响应模式。不同植被类型的Q 10值介于2.05～2.39之间,说明植被类型会影响到R s 对温度变化的敏感程度。
关键词:城市森林;土壤地表;二氧化碳通量;土壤呼吸动态;Q 10值
中图分类号:X17,S718.55 文献标识码:A 文章编号:(K )08088(原1002-1264)(2008)01-0001-04
So il Surface CO 2Flux of Urban Forest
L IN W en 2peng,ZHAO M in,L IU Yun 2l ong,L IU Dong 2yan,G AO Jun
(U rban Ecol ogy and Envir on ment Research Centre,Shanghai Nor mal University,Shanghai 200234,China )
Abstract:Soil surface CO 2flux (Soil res p irati on,R s )was measured in situ utilizing the aut omated s oil efflux syste m (L i-8100)in order t o know the daily and seas onal dyna m ics and the res ponse of s oil res p irati on t o air te mperature .The results showed that R s rates of the evergreen forest,brush forest and hardwood f orest were 2.7μmol/(m 2?s ),2.18μmol/(m 2?s ),and 1.54μmol/(m 2?s )res pectively,and the R s of different vegetati ons were significantly different .The daily and seas onal dyna m ics of R s of urban forests in urban regi on were both peak models .The variati on of s oil res p irati on was r oughly consistent with that of te mperature,which showed that te mperature was an i m portant fact or in influencing s oil res p irati on .The relati onshi p bet w een s oil res p irati on and te mperature could be exp ressed as exponential curve .The te mperature sensitivity coefficients of s oil res p irati on (Q 10value )were different a mong different vegetati ons and were bet w een 2.05～2.39,which showed that vegetati on types influence the sensitivity of s oil res p irati on t o the variati on of te mperature .Key words:urban f orest;s oil surface;CO 2flux;dyna m ic of s oil res p irati on;Q 10value
土壤表面C O 2通量(R s ),也称土壤呼吸,主要包括土壤微生物呼吸、根系呼吸、土壤动物呼吸和含碳
矿物质的化学氧化作用[1]
。土壤呼吸是陆地生态系统碳循环中重要的环节之一,通过土壤呼吸排放到大气中的CO 2(以C 计68Pg/a )仅次于陆地植被所固
定的碳量(GPP )(以C 计100～120Pg/a )[2]
。每年由土壤呼吸排放到大气中的CO 2是化石燃料燃烧释
放CO 2的10倍之多[3]
。由于土壤中巨大的碳储量,土壤呼吸作用即使发生较小的变化也会显著影响大气中CO 2的浓度,进而影响全球气候变化。因此研究土壤呼吸是全球变化和陆地生态系统碳循环研究的一个重要内容。目前对土壤呼吸的研究有
很多,主要涉及到森林生态系统[4]
、草地生态系统[5]、湿地生态系统[6]、农田生态系统[7]。尽管对
土壤呼吸的研究有很多,大多是关于自然生态系统
或农田生态系统的研究,然而对于城市森林生态系统土壤呼吸还没有见报道,对于城市森林土壤呼吸的环境控制因子及其机理还不清楚。另外,城市森林生态系统作为城市生态系统中一个重要的组成部分,开展对该区域土壤呼吸的研究为陆地生态系统中土壤呼吸研究的必要补充,同时为有效管理城市森林提供理论依据。 本文选择上海城市森林中3种典型的植物群落类型:1)以香樟、广玉兰为优势种的植物群落(常绿林),2)以桂花、紫荆为优势种植物群落(灌木林),3)以三角槭、五角槭、樟叶槭等为优势种的植物群落(落叶林)。以此为研究对象,探讨上海城市森林土壤呼吸的日、季节动态变化特征,分析其与
1
第21卷1期2008年2月
城市环境与城市生态
URBAN ENV I RONME NT &URBAN ECOLOGY Vol .21No .1
Feb .2008
3基金项目:上海市青年科技启明星资助项目(05QMX1443);上海市教委项目(05DZ31);上海市教委重点学科项目(J50402)共同资助
收稿日期:2007-06-04;修订日期:2007-11-07 通讯作者:赵敏,副教授
温度之间的关系,比较不同城市植被类型的土壤呼吸对温度的敏感程度,确定影响城市不同植被类型土壤呼吸的模型。
1 实验地概况
本实验区域在上海师范大学植物园内进行,属于亚热带季风气候。冬冷夏热,四季分明,光照充足,雨热同季,降水充沛,年平均气温为15.2℃,年平均降水量为1100mm。该植物园建于1954年,植物种类代表了上海城市森林的主要植被类型。本文根据上海市常见的植物群落,选择了3种典型的植物群落,每种群落类型设置3个20m×20m的固定样地,进行土壤呼吸测定。表1给出了3种植物群落类型的主要植被组成,该植物群落中乔木平均树高有9m,平均胸径为16c m左右,平均林龄为25年;灌木平均高度为4m左右,郁闭度为75%。0～10c m土壤性质为:土壤pH值为5.6,为弱酸性土壤,土壤有机质含量为30g/kg左右,土壤容重为1.3 g/c m3,土壤全氮、全磷、全钾含量分别为1.18g/kg、0.37g/kg、12.3g/kg。
表1 样地的植被组成
生态系统类型
植被组成
乔木(优势种)下木(优势种)
常绿乔木林1、2、3、45、6、7、8、9、10、11、12、13灌木林14、15、16、17、18、1920、21、22、23、24、25、26落叶乔木林27、28、29、30、3132、33、34、11
注:1香樟C innam o m um cam phora2女贞L igustrum lucidum3广玉兰M agnolia grandiflora 4柳杉C rypto m eria fortunei Hooibrenk 5珊瑚树V iburnum aw abuki6八角金盘Fatsia japonica 7卫矛Euon2 ym us alatus 8中华常春藤Hedera nepaiensis 9贯众Cyrto m ium fortu2 nei 10渐尖毛蕨Cyclosorus acum inatus 11斑叶大吴风草Farfugium japonica cv.aureo-m aculatum 12鸭趾草Tradescantia albiflora13火棘Pyracantha fortuneana 14桂花O s m anthus fragrans 15石榴Photinia serrulata 16红叶李P runus cerasifera17贴梗海棠M alus halliana 18枸骨llex cornuta 19紫荆Cercis chinensis 20萱草H. fulva L. 21诸葛菜O rychophrap m us violaceus 22乌蔹莓Cayratia ja2 ponica 23紫花地丁V iola philippica Cav.24日本晚樱Prunus lan2 nesiana 25月季Rosa chinensis 26八仙花Hydrangea m acrophylla 27三角槭Acer buergerianum 28五角槭Acer m ono 29桑树M orus alba L. 30金银木L oniceram aackii31樟叶槭Acer cinnam o m ifoli2 um32棕榈Trachycarpus fortunei 33小叶黄杨B uxussincia 34肉花卫矛Eunym us carnosus He m sl
2 研究方法
在2006年5月到2007年4月利用美国L i-cor 公司生产的L i-8100土壤呼吸自动测定系统进行土壤呼吸的测定。本文利用的土壤呼吸短期叶室快速测定土壤CO
2
排放通量,该仪器能够得到多个位置的实验数据,实现空间变异较强的准确测量。在每个样地内随机放置3个土壤隔离环(400c m2),每月进行一次土壤呼吸的测量,每次从早晨8:00到晚上20:00每2h测定1次。每一个植物群落类型内的每个样方每次用2m in测定1个通量,中间间隔3m in,测定下个样方,每个植物群落用13m in完成该类型土壤呼吸的测定。然后进行另外植物群落土壤呼吸的测定。为了减小安放土壤隔离圈对土壤呼吸速率的影响,在进行土壤呼吸测定的前一周将土壤隔离圈嵌入土壤大约6c m左右,并在每次测定前1天,将测定点土壤隔离圈内的地表植被自土壤表层剪掉,但尽量不破坏土壤,以减少土壤扰动及根系损伤对测定结果的影响。在土壤呼吸测定的同时,利用数字测温仪测定地面以上15c m处的温度。
3 结果与分析
3.1 土壤呼吸的日变化特征
城市森林生态系统的许多过程主要受到太阳辐射的影响,与气温和生物活动密切相关的土壤呼吸也不例外。在土壤呼吸的日动态变化中,由于太阳辐射变化引起了气温、根系、土壤生物活动等都发生明显的变化,从而使土壤呼吸速率也变现出日变化。但是不同植被,由于植被状况、经营管理模式等的差异,使土壤呼吸的变化也有一定的不同。本文在研究土壤呼吸的日动态变化过程,以每个植物群落类型监测区内的3个重复点的土壤碳通量和距地表15c m处的气温的均值为该植被类型的土壤碳通量和地表温度。其中12月、1月、2月为冬季,3月、4月、5月为春季,6月、7月、8月为夏季,9月、10月、11月为秋季。以上每3个月份的土壤碳通量和气温的日动态取均值作图(图1-图3),其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表每个冬、春、夏、秋4个季度的土壤呼吸和空气温度的日动态曲线,每个季度的日动态曲线是以每个季度3个月份从上午8点到晚上20点每2h测定1次的相同时间点的平均值,作为该季度该时刻的土壤呼吸和空气温度。一天共7个值表示该季度的日动态变化。
从图1-图3可以看出,城市不同植被类型土壤呼吸变化范围虽不尽相同,但日动态比较一致
,
图1 城市常绿乔木林土壤呼吸日变化
2 城市环境与城市生态 21卷1期 2008年
图2
城市灌木林土壤呼吸日变化
图3 城市落叶阔叶林土壤呼吸日变化
基本表现为一个单峰模式。这种变化模式与近地
表气温的变化模式一致,早晨8点左右比较低,到中午14点前后土壤呼吸的值不断增加,然后再逐渐降低。土壤呼吸的这种变化模式主要是受温度的影响,即随着温度的升高,土壤微生物活动旺盛,分解作用增强,所以土壤呼吸作用不断增加。本研究区域的土壤呼吸变化规律与国内外关于森林土
壤呼吸的研究类似[5,8]
。在整个观测时段内,土壤呼吸的日变化范围不同的植被类型有所差异。其中以桂花、紫荆等灌木为优势种的植物群落土壤呼吸变异系数较大,约64.1%;以槭树科植物为优势种的植物群落土壤呼吸变异系数较小,约为46.8%,可能与植被类型的盖度、生活型等特征有关。3.2 土壤呼吸的季节动态
3种不同植被类型的平均土壤呼吸为2.16μmol/(m 2?s )(约0.34g/(m 2?h )),比热带雨林(0.46g/(m 2?h ))要小[9],而比温带阔叶林(0.26
g/(m 2?h ))的土壤呼吸要大[10]
。本研究中3种不同植被类型土壤呼吸各不相同,其中以香樟为优势种的城市植被类型土壤呼吸最大(2.7±1.88μmol/(m 2?s )),约是灌木林的1.75倍(1.54±
0.98
μmol/(m 2?s ))。不同的生态系统类型土壤呼吸的季节动态基本上呈现一致的单峰曲线(图4-图6),这与气温的季节变化基本上一致(图1-图3)。在春季(3-5月份)这3种植被类型土壤呼吸
均较小,在0.6～2.45
μmol/(m 2?s )之间。随着温度的升高,土壤呼吸逐渐增大,到7月份达到峰值,在
5.65～
6.94
μmol/(m 2?s )之间。然后,土壤呼吸逐渐下降;到冬季植物生长相对比较缓慢,土壤呼吸
也不断下降,1月份土壤呼吸达到最低值,在0.38～
0.54
μmol/(m 2?s )之间。本研究结果与在瑞典松类林[11]
、加拿大北部森林[12]
、加利福尼亚北部的美国
黄松林等区域的土壤呼吸研究相类似[8]
,即是土壤呼吸的最小值出现在冬季和春季,最大值出现在夏季
。
图4
城市常绿乔木林土壤呼吸的季节变化
图5
城市灌木林土壤呼吸的季节变化
图6 城市不同植被类型土壤呼吸的季节变化
为了检验不同植被类型的土壤呼吸是否存在
显著差异,运用SPSS 统计软件进行单因素方差分析,结果表明,3种植被类型土壤呼吸存在显著的差异(F =10.64,P <0.01)。为了了解具体哪两种植被类型间土壤呼吸存在差异,本研究使用单因素方差分析中的最小显著差数法进行检验。结果表明,在P <0.05的显著水平上,3种植被类型的土壤呼吸间均存在显著差异,但在P <0.01的显著水平上,城市常绿林的土壤呼吸与灌木林和落叶林的土壤呼吸存在极显著的差异。3.3 土壤呼吸对气温变化的响应
土壤呼吸与温度之间有明显的相关关系,主要
有线形关系、二次方程关系、指数关系等[13]
,其中指
数关系是用比较多的函数关系[3]
。在本实验所监测的不同植被类型土壤呼吸的数据与气温的相关分析(图7-图9)表明,指数式模型也能够较好的反映城市植被类型土壤呼吸与温度之间的关系
3
林文鹏,等 城市森林土壤表面CO 2通量
(R 2=0.86～0.93,P <0.001),其中以灌木的土壤呼
吸与地表气温的回归关系模式的相关系数最高(R 2=0.93)。同时图7-图9也表明,土壤呼吸随温度变化的指数关系模型在温度低于20℃时曲线拟合的较好
。
图7
城市常绿乔木林土壤呼吸与近地表气温的关系
图8
城市灌木林土壤呼吸与近地表气温的关系
图9 城市落叶阔叶林土壤呼吸与近地表气温的关系
指数模型Q 10值通常被用来说明土壤呼吸随温
度的变化情况,它是衡量土壤呼吸对温度变化响应
敏感程度的一个重要的也是比较方便的指标[6]
。不同的植被类型,土壤呼吸的Q 10值明显不同,变化范围在1.3～5.6之间[2]
。本研究所涉及的上海城市3种不同的城市植被类型的Q 10值依次为:常绿乔木为2.39、灌木为2.36、落叶乔木为2.05,说明在距地表15c m 附近的气温每上升10℃,该区植被的土壤呼吸速率会增加大概2.27倍。全球尺度下Q 10值为2.4,本研究所涉及的植物群落类型的土壤呼吸约等于世界平均水平。
4 结论
城市不同的植被类型土壤呼吸有显著的差异
(P <0.05),其中常绿林土壤呼吸与落叶林和灌木林的土壤呼吸达到极显著水平(P <0.01),常绿林、灌
木林、落叶林的土壤呼吸分别为2.7
μmol/(m 2
?s )、2.18μmol/(m 2?s )、1.54
μmol/(m 2?s )。 城市不同植被类型的日动态和季节动态均表
现为一个单峰型的模式,各植被类型土壤呼吸的动态与温度的变化基本同步,主要是因为温度能够影响凋落物的分解、土壤微生物的活动及根系的活动等。温度是影响土壤呼吸比较重要的因子,某种程度上能够用来解释土壤呼吸的动态变化。指数模型能够较好地揭示不同植被类型对温度变化的响应,且温度较低(<20℃)时模型的拟合效果更好。不同植被类型的Q 10值介于2.05～2.39之间,说明不同的植被类型会影响到土壤呼吸对温度变化的敏感程度。 城市森林的组成和结构比较复杂,很多环境要素综合影响植被的土壤呼吸。本研究只是选择了植物园的植被为研究对象,且只对影响土壤呼吸的温度要素做了分析。在今后的工作中,将对其他区域城市植被的土壤呼吸和影响土壤呼吸的多种环境要素进行监测分析,会对揭示城市植被土壤呼吸的特征机理有一定的参考价值。参考文献
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作者简介:林文鹏(1973-),男,福建漳浦人,博士,讲师,主要从事生
态环境遥感、城市生态学研究,发表论文10余篇。
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城市环境与城市生态 21卷1期 2008年
土壤微生物量碳测定方法
土壤微生物量碳测定方法及应用 土壤微生物量碳（Soil microbial biomass）不仅对土壤有机质和养分的循环起着主要作用，同时是一个重要活性养分库，直接调控着土壤养分（如氮、磷和硫等）的保持和释放及其植物有效性。近40年来，土壤微生物生物量的研究已成为土壤学研究热点之一。由于土壤微生物的碳含量通常是恒定的，因此采用土壤微生物碳(Microbial biomass carbon, Bc)来表示土壤微生物生物量的大小。测定土壤微生物碳的主要方法为熏蒸培养法（Fumigation-incubation, FI）和熏蒸提取法（Fumigation-extraction, FE）。 熏蒸提取法（FE法） 由于熏蒸培养法测定土壤微生物量碳不仅需要较长的时间而且不适合于强酸性土壤、加 入新鲜有机底物的土壤以及水田土壤。Voroney (1983)发现熏蒸土壤用0.5mol·L-1K 2SO 4 提取 液提取的碳量与生物微生物量有很好的相关性。Vance等(1987)建立了熏蒸提取法测定土壤 微生物碳的基本方法：该方法用0.5mol·L-1K 2SO 4 提取剂（水土比1：4）直接提取熏蒸和不熏 蒸土壤，提取液中有机碳含量用重铬酸钾氧化法测定；以熏蒸与不熏蒸土壤提取的有机碳增 加量除以转换系数K EC (取值0.38)来计算土壤微生物碳。 Wu等（1990）通过采用熏蒸培养法和熏蒸提取法比较研究，建立了熏蒸提取——碳自动一起法测定土壤微生物碳。该方法大幅度提高提取液中有机碳的测定速度和测定结果的准确度。 林启美等（1999）对熏蒸提取-重铬酸钾氧化法中提取液的水土比以及氧化剂进行了改进，以提高该方法的测定结果的重复性和准确性。 对于熏蒸提取法测定土壤微生物生物碳的转换系数K EC 的取值，有很多研究进行了大量的 研究。测定K EC 值的实验方法有：直接法（加入培养微生物、用14C底物标记土壤微生物）和间接法（与熏蒸培养法、显微镜观测法、ATP法及底物诱导呼吸法比较）。提取液中有机碳的 测定方法不同（如氧化法和仪器法），那么转换系数K EC 取值也不同，如采用氧化法和一起法 K EC 值分别为0.38（Vance等，1987）和0.45（Wu等，1990）。不同类型土壤（表层）的K EC 值有较大不同，其值变化为0.20-0.50（Sparling等，1988，1990；Bremer等，1990）。Dictor 等（1998）研究表明同一土壤剖面中不同浓度土层土壤的转换系数K EC 有较大的差异，从表层 0-20cm土壤的K EC 为0.41，逐步降低到180-220cm土壤的K EC 为0.31。 一、基本原理 熏蒸提取法测定微生物碳的基本原理是：氯仿熏蒸土壤时由于微生物的细胞膜被氯仿破 坏而杀死，微生物中部分组分成分特别是细胞质在酶的作用下自溶和转化为K 2SO 4 溶液可提取 成分（Joergensen,1996）。采用重铬酸钾氧化法或碳-自动分析仪器法测定提取液中的碳含量，以熏蒸与不熏蒸土壤中提取碳增量除以转换系数K EC 来估计土壤微生物碳。 二、试剂配制 （1）硫酸钾提取剂（0.5mol·L-1）：取871.25g分析纯硫酸钾溶解于蒸馏水中，定溶至10L。 由于硫酸钾较难溶解，配制时可用20L塑料桶密闭后置于苗床上（60-100rev·min-1）12小时即可完全溶解。 （2） 0.2 mol·L-1（1/6K 2Cr 2 O 7 ）标准溶液：称取130℃烘2-3小时的K 2 Cr 2 O 7 （分析纯）9.806g 于1L大烧杯中，加去离子水使其溶解，定溶至1L。K 2Cr 2 O 7 较难溶解，可加热加快其溶 解。 （3） 0.1000 mol·L-1（1/6K 2Cr 2 O 7 ）标准溶液：取经130℃烘2-3小时的分析纯重铬酸钾4.903g， 用蒸馏水溶解并定溶至1L。
中国土壤有机碳库及空间分布特征分析
收稿日期:2000205215;修订日期:2000207210 基金项目:中国科学院“九五”重大A 类项目(KZ 95T 203202204)及国家重点科技攻关专题项目(962911201201) [Foundation Ite m :T he Key P ro ject of Ch inese A cadem y of Science ,N o .KZ 95T 203202204;and the Key P ro ject of State Science T echnique ,N o .962911201201] 作者简介:王绍强(19722),男,博士,湖北襄樊市人。1997年在北京师范大学资源与环境科学系获得硕士学位, 2000年在中国科学院地理科学与资源研究所获得博士学位。主要从事全球变化、地理信息系统和遥感的 应用研究,在Int .J .of R emo te Sensing 等刊物发表论文8篇。E 2m ail :w sqlxf @2631net 文章编号:037525444(2000)0520533212 中国土壤有机碳库及空间分布特征分析 王绍强1,周成虎1,李克让1,朱松丽2,黄方红1 (11中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室,北京 100101; 21北京师范大学环境科学研究所,北京 100875) 摘要:土壤有机碳库是陆地碳库的主要组成部分,在陆地碳循环研究中有着重要的作用。根据 中国第二次土壤普查实测2473个典型土壤剖面的理化性质,以及土壤各类型分布面积,估算 中国土壤有机碳库的储量约为924118×108t ,平均碳密度为10153kg m 2,表明中国土壤是一 个巨大的碳库。其空间分布总体规律上表现为:东部地区大致是随纬度的增加而递增,北部地 区呈现随经度减小而递减的趋势,西部地区则呈现随纬度减小而增加的趋势。 关 键 词:碳循环;全球变化;土壤有机碳库 中图分类号:S 15912 文献标识码:A 1 前言 全球变化研究引起了许多科学家对陆地生态系统中碳平衡以及碳存储和分布的关注,由于土壤中所存储的碳大约是植被的115～3倍[1,2],而且是全球生物地球化学循环中极其重要的生态因子,因而土壤有机碳的分布及其转化日益成为全球有机碳循环研究的热点[3,4]。 土壤是陆地生态系统中最大且周转时间最慢的碳库。它由有机碳库和无机碳库两大部分组成,且土壤无机碳库占的比例较小[5]。国际上很早就开展了土壤碳研究,其中Po st 根据全球2696个土壤剖面估计全球土壤有机碳为13953×108t [6],而与大气交换的土壤有机碳大约占陆地表层生态系统碳储量的2 3[6]。目前对于全球陆地碳循环认识的不确定性,大部分是关于土壤有机碳库的分布和动力学[7],全球变暖将会加速土壤向大气的碳排放,加剧大气CO 2浓度的上升,这将进一步加强全球变暖的趋势[8]。 土地利用 土地覆盖变化既可改变土壤有机物的输入,又可通过对小气候和土壤条件的改变来影响土壤有机碳的分解速率,从而改变土壤有机碳储量。土地利用的变化,特别是森林砍伐所引起的变化,减少土壤上层的有机碳达20%～50%[9]。不合理的土地利用,会导致土壤储存的碳和植被生物量减少,使更多的碳素释放到大气中,从而导致大气CO 2浓第55卷第5期 2000年9月地 理 学 报A CTA GEO GRA PH I CA S I N I CA V o l .55,N o .5Sep.,2000
农田CO2通量研究的实验与方法
农田CO2通量研究的实验与方法 摘要 由于人类的活动而引发的“温室效应”已成为影响全球气候变化的一个重要而不可 浓度将比工业化前增加一倍，而农业生忽视的因素，估计到21世纪中叶，大气中的CO 2 产活动已成为加速全球变暖不容忽视的人类活动之一，因此农业碳循环的研究必须得到了发展和重视。因此在此基础上进行科学的农田CO2通量研究就显得十分重要。因此，在这里本文将对农田CO 通量研究的实验与方法进行详细的介绍。 2 通量，研究方法 关键词：农田生态系统，CO 2 1 农田CO2通量的研究现状 在现阶段，农田CO2通量的研究属于热门学科，各位学者对此关注都较大。这种现在是现实需要的体现。因为当今社会，人们对环保与温室效应等这些当前热门话题都非常关注。因此，谁能更好地研究这一领域才更有可能对社会做出贡献。 在过去的30年间农业管理以及杂交育种取得了显著的进步，许多农田管理措的施用使得农田产量增大。但是它却不能使净生态系统交换量(NEE)达到最优。Suyker认为生长季节灌溉可以增加生物量的累积，但是也会使微生物和根呼吸有变大的趋势[1]。 根据现有的资料，可以推测目前所排放的CO2有约25%来自土地利用的变化。由于90年代初全球土地面积近乎40%转化为耕地或永久牧场，从而导致生态系统的退化，使其CO2的排放大幅度减弱，而土壤呼吸作用排放的CO2却在增加，成为了新的CO2的排放源。农田生态系统是碳循环的一个重要组成部分，李克让[2]等对中国主要农作物类型变化CO2引起的净排放进行了较为系统的论述。但相对于森林生态系统来说[3~5]，Baldocch 发现在通量观测网络中对农田生态系统CO2通量研究相对较少，通常对农田的CO2通量测定是在有作物的季节测定，在休闲时期CO2的排放观测较少[6]。 现对这一现实，现阶段可行的温室气体减源增汇的农业对策主要包括3个方面：减少化肥用量、增加有机肥；作物品种的选育与推广；退耕还林还草和农业新技术推广。有研究表明[7]：与施化肥的农田相比，不施化肥农田的温室气体综合排放效应下降
实验方案模板
实验方案 第一阶段（3~5月，生菜种植） 一、研究目的 研究不同粪肥（鸡粪、猪粪和有机肥）不同浓度施用对旱地农田土壤生态系统的影响。 二、研究内容 (1)畜禽粪便污染情况： a)畜禽粪便中抗生素残留及抗性基因污染分析； b)堆肥过程抗生素动态变化； … c)堆肥过程中抗性菌及抗性基因（tetG,tetC和sul1等）丰度的变化情况; (2)畜禽粪便施用对农作物的影响 a)植物生理生态指标（叶绿素荧光，光合与蒸腾作用等）； b)抗生素在作物中的富集与分布特征； c)畜禽粪便对植物内生菌的影响。 (3)畜禽粪便施用对农田土壤的影响： a)不同施肥对土壤营养物质的转化情况和土壤肥力状况（土壤酶活，有机质和氮磷钾等）； b)不同施肥对土壤呼吸，土壤温室气体排放的影响（CO2, N2O，CH4）; } c)施肥土壤中的抗生素残留及抗性基因污染情况； d)不同施肥对土壤重金属的影响。 (4) 畜禽粪便对土壤微生物的影响： a)畜禽粪便施用后农田土壤多样性与结构的变化； b)抗生素抗性细菌和抗性基因的变化； c)根据施肥土壤中nifH基因，AOB和AOA的丰度估算粪肥对土壤N循环的影响； d)通过cbbM,oorA等基因的丰度估算粪肥对微生物固碳作用的影响。 三、实验设计 · 试验采用蔬菜土壤，每块样地大小为2m×3m，共计22块样地，132平方米，可根据现场情况调节，具体安排见表1。样地之间设计阻隔, 为防止各试验田小区互相渗透，田埂筑
高为350 mm，并用mm 的HDPF 防渗膜包裹，交接处焊接，防渗膜埋深m。生菜株行距适宜为20cm。 表格 1 粪肥施用量表
设计思路： $ （1）不同粪肥施用对农田土壤生态环境的影响：每种土壤设置4个处理：对照、鸡粪、猪粪、有机肥，3次重复；粪肥施用浓度为3 kg/m-2，粪肥全部作为底肥一次性施入. （2）不同粪肥浓度梯度对农田土壤生态系统的影响：有机肥和猪粪土壤分别设置3个浓度梯度：3 kg/m2、6 kg/m2、9 kg/m2，3次重复，粪肥全部作为底肥一次性施入。 四、样品采集 （1）土壤样品采集 使用无菌不锈钢土钻以五点取样法采集500g土壤样品，每个样品分成三部分，其中一部分土样，去除石砾、蚯蚓和植物残体等杂物，然后立即测定土壤含水率；一部分置于室内自然风干，研磨后，分别过10目和100目筛，置于4℃冰箱冷藏，用于测定土壤理化性质；一部分使用无菌袋密封，存放于-20℃冰箱冷冻保存，用于微生物量碳、酶活性和微生物多样性测试。 （2）植物样品采集 生菜用蒸馏水冲洗后分为两部分（根和叶），然后后用无菌滤纸擦干。用新鲜的叶和根提取植物内生菌。冷冻干燥生菜样品被用来测抗生素含量。取3-5株植株，用去离子水洗净晾干，称其鲜重，称量结束后，带回实验室105度杀青，80度烘干至恒重称其干重。在
温室气体大气通量
温室气体大气通量 大气中温室气体体积分数增加导致的全球气温升高，引起了世界各国政府和科学家的共同关注，已成为全球生态环境研究中的一个热点领域。CO2、CH4、N2O是大气中最主要的3 种温室气体，在对温室效应的贡献中，CO2占70％，CH4占23％，N2O占7％，它们对全球气候变暖的增温贡献分别是60％、15％和5％。人类活动的影响，大气中CO2，体积分数从1800年的80×10-6增加到目前的345 X 10-6，而且目前正以每年0．5％的速度在增长；CH4是大气中除CO2外最为丰富的含碳化合物，虽然在大气中只有10a的存活时间，但它是一种红外辐射活性气体，其红外吸收能力是CO2的20～30倍，是一种很重要的温室气体。20世纪70年代末80年代初，大气CH4含量随时间变化的监测工作开始在世界不同地方进行，随着研究的不断深入，国内外多项观测结果表明，大气中CH4体积分数从过去的0．72×10-6上升到现在的1．78×10-6，已经增长了一倍多，且目前正以每年0.8％-1.1％的年速率在增长。据估计，全球每年排放CH4总量约为420×1012～620×1012g。 1.湿地温室气体国内外研究现状 国外对自然湿地温室气体的排放研究报道较少，中国的湿地温室气体研究主要集中若尔盖和青藏高原的草丛湿地。辽河三角洲芦苇湿地、三江平原的草丛湿地和沿海红树林湿地等湿地的研究。在若尔盖高原沼泽的研究中温度条件是影响沼泽湿地CH4排放的重要因之一，若尔盖高原沼泽地由于其气候条件影响，其CH4排放量平均值仅是我国面积最大的三江平原沼泽湿地排放量的1/5左右。水分条件和温度条件是影响沼泽地CH4排放地域差异的主要因子。对芦苇湿地温室气体CH4进行研究发现，其排放有明显的季节性变化规律性，大量的CH4发生在夏季，之前因土壤含水量低，表现为吸收CH4，秋季排水后，CH4排放明显减少。芦苇植株不仅能通过其根系的作用促进CH4产生，而且还能将土壤中产生的CH4传到大气中去，芦苇湿地CH4排放与温度呈现正相关。湿地稻田CH4抑制剂的研究、高产低CH4排放的水稻田品种的培育也是当今研究的热点，也是最佳途径。目前世界上研究较为完善的是日本等发达国家。典型草甸小叶章湿地的N20排放与5cm地温的相关性较大，而沼泽化草甸小叶章湿地与之相关并不明显，积水环境条件对其影响更为明显。三江平原沼泽湿地是N2O排放的源，冬季则表现为N2O的汇。地壤温度是影响N2O排放通量季节性娈化的重要环境因素，生长季内的积水水位与土壤温度则会影响到N2O排放通量的年际变化。三江平原沼泽湿地N20与C02排放通量问相关性显著，促使二者之间产生这种内在联系的因素：温度、植物根系、有机质分解及植物气孔行为调节等，这些因素的共同作用使得N20与CO2。排放间存在较为密切的联系]，三江湿地毛果苔草沼泽和小叶章湿地草甸贴地气层中植物冠层附近CH4浓度相对较高，冠层以上随高度增加，CH4浓度递减明显。 2大气通量的测量方法 2．1箱法 箱法是目前最常用的方法，用来测量土壤和大气间微量气体交换通量，工作原理简单，用特制箱子罩在一定面积的下垫面上方，隔绝箱内外气体的交换，随时间的变化测定箱内温室气体，根据计算得出气体交换通量。主要分为3种类型：密闭式静态箱、密闭式动态箱和开放式动态箱。密闭式静态箱又包括碱液吸收法和气相色谱法2种，碱液吸收法是用溶液吸收CO2，形成碳酸根，主要是NaOH或KOH溶液，吸收结束后进行滴定，计算出土壤在这一段时间内的CO2排放量。采样箱分为透明箱和暗箱2种。透明箱一般用薄聚酯纤维或有机玻璃制成，在理想状况下该法可测得土壤界面或植被界面与大气间痕量气体的交换通量，但太阳辐射会使箱内温度升高进而影响结果。暗箱是指避光的采样箱，其采样原理和操作方法基本与明箱一样，使用暗箱的主要目的就是减少太阳辐射的影响。动态箱法测定温室气体通量开始于20世纪70年代。这种方法是指气体在气室和传感器之间循环，利用传感器来测量气室内待测气体浓度的变化。分为密闭式动态箱和开放式动态箱。密闭式动态箱只是增加了气体
土壤微生物量测定方法
土壤微生物量测定方法 一、土壤微生物生物量碳（氯仿熏蒸－K2SO4提取-碳分析仪器法） 1、试剂 （1）去乙醇氯仿制备：在通风橱中，将分析纯氯仿与蒸馏水按1 ? 2（v : v）加入分液漏斗中，充分摇动1 min，慢慢放出底层氯仿于烧杯中，如此洗涤3次。得到的无乙醇氯仿中加入无水氯化钙，以除去氯仿中的水分。纯化后的氯仿置于试剂瓶中，在低温（4℃）、黑暗状态下保存。 （2）氢氧化钠溶液[c（NaOH）= 1 mol L-1]：通常分析纯固体氢氧化钠中含有碳酸钠，与酸作用时生成二氧化碳，从而影响滴定终点判断和测定的准确度。配制时应先除去碳酸钠，根据碳酸钠不溶于浓碱，可先将氢氧化钠配成50%（w : v）的浓氧溶液，密闭放置3～4 d。待碳酸钠沉降后，取56 ml 50%氢氧化钠上清液（约19 mol L-1），用新煮沸冷却的除去二氧化碳的蒸馏水释稀到1 L，即为浓度1 mol L-1 NaOH溶液，用橡皮塞密闭保存。 （3）硫酸钾提取剂[c（K2SO4）= mol L-1]：取1742.5 g分析纯硫酸钾，用研钵磨成粉末状，倒于25 L塑料桶中，加蒸馏水至20 L，盖紧螺旋盖置于摇床（150 r min-1）上溶解24 h 即可。 （4）六偏磷酸钠溶液[ρ（Na）= 5 g 100 ml-1，pH ]：称取50.0 g分析纯六偏磷酸钠溶于800 ml高纯度去离子水中，用分析纯浓磷酸调节至pH ，用高纯度去离子水定容至1 L。要注意的是六偏磷酸钠溶解速度很慢应提前配制；由于其易粘于烧杯底部，若加热常因受热不均使烧杯破裂。 ) （5）过硫酸钾溶液[ρ（K2S2O8）= 2 g 100 ml-1]：称取20.0 g分析纯过硫酸钾，溶于高纯度去离子水中，定容至1 L。值得注意过硫酸钾溶液易被氧化，应避光存放且最多使用7 d。 （6）磷酸溶液[ρ（H3PO4）= 21 g 100 ml-1]：量取37 ml 分析纯浓磷酸（85%），慢慢加入到188 ml高纯度去离子水中即可。 （7）邻苯二甲酸氢钾标准溶液[ρ（）= 1000 mg C L-1]）：取2.1254 g经105℃烘2～3 h的分析纯邻苯二甲酸氢钾，溶于高纯度去离子水，定容至1 L。 2、仪器设备 碳–自动分析仪（Phoenix 8000）、容量瓶（100 ml）、振荡器（300 r min-1）、可调加液器（50 ml）、可调移液器（5 ml）、烧杯（盛滤液用）（50~100 ml）、聚乙烯提取瓶（100，150 ml），聚乙烯塑料桶（20 L，带螺旋盖），三角瓶（150 ml）、其它常规仪器。 3、操作步骤 ; （1）土样前处理 新鲜土壤应立即处理或保存于4℃冰箱中，测定前先仔细除去土样中可见植物残体（如根、茎和叶）及土壤动物（如蚯蚓等），过筛（孔径< 2 mm），彻底混匀。如果土壤过湿，应在室内适当风干，以手感湿润疏松但不结块为宜（约为饱和持水量的40%）。如果土壤过于干燥，用蒸馏水调节至饱和持水量的40%。将土壤置于密封的大塑料桶内在25℃条件下预培养7～15 d，桶内有适量水以保持相对湿度为100%，并在桶内放一小杯1 mol L-1 NaOH 溶液以吸收土壤呼吸产生的CO2。经过预培养的土壤应立即分析。如需保留，应放置于4℃
第二节 土壤热通量和土温
第二节 土壤热通量和土温 一、影响土壤温度的因素 （一）土壤表面热量的收支 土温的变化首先决定于土壤表面热量的收支状况。地面的热量收支可用地面热量平衡方程来表示。即 B ＝LE+P+Q S （3－3） 式中B 为净辐射；P 为感热通量；LE 为潜热通量，E 为蒸发或凝结量，L 为蒸发或凝结耗热量（蒸发或凝结潜热），约等于2.5?106J/kg ， Q S 为土壤热通量。 将（3—3）式改写为： Q S ＝B-LE+P （3－4） 感热通量（P ）：地面和大气间，在单位时间内，沿铅直方向通过单位面积流过的热量。单位为：W/m 2或cal/(cm 2·min)。 土壤热通量（Q S ）：单位时间、单位面积上的土壤热交换量。 白天，净辐射B 为正值（日出后40-60分钟），一部热量消耗于LE 上，一部热量消耗于P 上，余下的热量进入土壤；夜间(日落前60-90分钟)，净辐射B 为负值，由LE 、P 和Q S 来补偿，土壤热通量方向与白天相反，也就是地面失去热量。Q S 值的方向和大小，决定了土壤得失热量的多少，它直接影响到土壤温度的高低和变化。 由公式Q S ＝B-LE-P 可见，如果LE 和P 一定时，Q S 的值由净辐射B 值所决定。净辐射绝对值愈大，地面得热或失热愈多，土温变化可能愈大。如果B 值一定时，土壤愈潮湿，LE 增大，Q S 值减小，土温变化可能较缓和，感热通量值减小，气温变化也较缓和；土壤愈干燥，LE 减小，Q S 值增大，土温变化可能愈大，感热通量相应增大，气温变化愈大。 （二）土壤热属性 当Q S 一定时，土温的高低和变化则决定于土壤热特性，如热容量、导热率和导温率。土壤热容量和导热率愈大，土温变化则缓和；反之，土温变化较剧烈。 因此，土温的高低和变化主要决定于土壤的热收支和土壤热属性。所以，所有影响土壤热收支和土壤热特性的因子都会影响到土温的高低和变化。这些因子有纬度、季节、太阳高度、天气状况、斜坡方位和坡度、海拔高度、土壤种类、颜色、质地、土壤湿度和孔隙度、地面有无植物或其他覆盖物等等。这些因子对土温的影响随时间和地点是不同的。例如坡向和坡度的影响，在中纬度山地就很大，而在低纬度山地就较小。因此，在考虑土温高低和变化时，要对影响土温的诸因子进行具体和综合分析，并找出其主导因子。只有这样才能掌握土温的高低和变化规律。 二、土壤热通量及其确定方法 白天，土壤表面在吸收净辐射后，一部分能量用于蒸发LE ，一部分用于与空气乱流热交换P ，只有一部分作为土壤热通量Q S ，借分子传导方式向土中传播热量；夜间，地表由于辐射冷却，除由LE 和P 补偿一部分外，一部分由Q S 从土中向土表传播。 土壤热交换过程：热量由地表向下层或由下层向地表传输的这个过程。 土壤热通量：单位时间、单位面积上的土壤热交换量，它的单位为J/(cm 2·min)或W/m -2或kWm -2（千瓦/米2）。 土壤热通量（ Q S ）的大小与热流方向的温度梯度及土壤导热率（λ）成正比，即 如果用导温率来表示，因 ， Z T Q s ??-=λ V C K λ=ρ C C V =
土壤活性有机碳的测定
土壤活性有机碳的测定 （高锰酸钾氧化法） 土壤样品经粘磨过0.5mm筛，根据土壤全有机碳含量，计算含有15mg碳的土壤样品量作为待测样品的称样重，然后将样品转移至50ml带盖的塑料离心管中，以不加土样作为空白。 向离心管中加入25ml浓度为333mmol/L的高锰酸钾溶液，在25℃左右，将离心管振荡（常规震荡即可）1小时，然后在转速2000rpm 下离心5分钟，将上清液用去离子水以1：250倍稀释，吸取1ml上清液转移至250ml容量瓶中，加去离子水至250ml即可。稀释样品用分光光度计在565纳米处测定吸光值。 配制不同浓度梯度的高锰酸钾的标准溶液，同样于分光光度计上测定吸光值，建立高锰酸钾的浓度和吸光值的线性直线方程，将稀释好的待测样品的吸光值代入方程得到氧化有机碳后剩余高锰酸钾的浓度，同样得到空白的高锰酸钾浓度，前后二者之差即为氧化活性有机碳后高锰酸钾溶液的浓度变化值，根据假设，氧化过程中高锰酸钾浓度变化1mmol/L消耗0.75mM或9mg碳。其中能被333mmol/L高锰酸钾氧化的碳是活性有机碳，不能被氧化的碳上非活性有机碳。 高锰酸钾标准曲线配制：首先配制0（去离子水）、15、30、60、100、150、300mmol/L的高锰酸钾标准梯度溶液，从每个浓度的标准溶液中吸取1ml标准溶液转移至250ml容量瓶中定容（既稀释250倍），这样能够就得到浓度梯度为0、0.06、0.12、0.24、0.4、0.6、1.0、1.2mmol/L的标准高锰酸钾梯度溶液，然后同样用分光光度计在565纳米处测定吸光值，绘制高锰酸钾的浓度与吸光值间的标准曲线。注意标准曲线配制过程中尽量避光，以防高锰酸钾氧化消耗，可以将容量瓶套上信封袋以避光，还有容量瓶等一定要清洗干净，以防高锰酸钾氧化杂质而消耗，影响测定结果。 活性有机碳(mg/g) ＝高锰酸钾浓度变化值×25×250×9 称样重×1000
青藏高原地表能量通量的估计
第21卷第12期2006年12月 地球科学进展 A DVANCE S I N E AR TH S C I ENC E V o l.21 N o.12 D e c.，2006 文章编号：1001-8166（2006）12-1268-05 青藏高原地表能量通量的估计 季劲钧1，2，黄 玫2 （1.中国科学院大气物理研究所，北京 100029；2.中国科学院地理科学与资源研究所生态系统 网络观测与模拟重点实验室，北京 100101） 摘 要：利用1981—2000年逐日气候、植被和土壤基础资料作为输入，以大气—植被相互作用模式（A V I M2）计算了青藏高原0.1°分辨率的年平均地表能量通量的空间分布和季节变化特征。结果显示，年平均地表净辐射通量由高原西南部的100W/m2减少到东部的70W/m2左右。高原东南部的林区潜热通量强而感热通量弱，从高原东南向西、向北潜热通量逐渐减少，而感热通量逐渐增大。 夏季这种趋势更加显著。冬季除东南部外，高原上广大地区地表能量通量都较低。 关 键 词：青藏高原；能量通量；A V I M2 中图分类号：S161.2＋1 文献标识码：A 1 前 言 早在20世纪50年代，叶笃正等［1］就发现青藏高原不仅起到以其巨大的山体迫使大尺度气流绕流或爬升的动力作用，同时它还是抬升到对流层中层的热源，影响着东亚乃至全球的环流和气候［2］。此后人们一直企图估计高原热源的分布和强度的变化以及高原热源对大气环流和气候的影响。对于高原热源，一方面可以由大气和地表的辐射能传输和环流推算高原上空热源的强弱；另一方面可以直接从地表的能量和水分收支来估计高原地表对上空大气能量的输送。为了直接测量地表能量收支，不同规模的观测试验持续不断，其中1979年夏季的第一次青藏高原气象科学实验、1998年的第二次青藏高原大气科学试验（T I P E X）和“全球能量水循环亚洲季风青藏高原试验研究”（G A M E/T i b e t）［3］是较为突出、规模最大的综合试验，获得不少可贵的资料。青藏高原气象科学实验课题组利用这些资料对高原的热源作过初步的统计，出版了地面辐射平衡和热量平衡图集［4］。也有作者对单站或小区域的能量和水分通量做了估算［5～9］。吕建华等［10］以3年的站点上的气候、植被和土壤资料，利用陆面过程模式对青藏高原夏季地表的能量、水分通量和植被的生产力等进行了模拟，这些结果给了我们对青藏高原地表能量和水分通量一些定量的认识。但是由于作者使用的资料时间短，或只是个别站点的观测，因此对青藏高原整体的地表能量和水分通量仍缺乏了解。本文利用青藏高原及邻近地区近20年（1981—2000年）逐日气象资料和新整编的高分辨率的全国植被分布和土壤质地资料，以改进的大气植被相互作用模式（A V I M2）对青藏高原气候区的地表能量、水分和二氧化碳交换通量进行模拟计算，下面给出的是其中地表物理通量的空间分布和季节变化结果。 2 模式和资料 2.1 模式简介 本研究中用于计算地表通量的模型是改进后的大气植被相互作用模型A V I M2。原A V I M［11～13］主要有两部分，即物理传输模块和植被生长模块。物理模块中包含了大气、植被和土壤间的辐射、热量和 收稿日期：2006-10-11；修回日期：2006-11-02. *基金项目：国家重点基础研究发展计划项目“中国陆地生态系统碳循环及其驱动机制研究”（编号：2002C B412500）；国家自然科学基金重大项目“区域生态系统过程功能和结构对全球变化响应和适应的集成分析”（编号：30590384）资助. 作者简介：季劲钧（1937-），男，江苏人，研究员，主要从事气候变化和全球变化研究. E-m a i l：j i j j＠m a i l.i ap.a c.c n
高通量测序NGS数据分析中的质控
高通量测序错误总结 一、生信分析部分 1）Q20/Q30 碱基质量分数与错误率是衡量测序质量的重要指标，质量值越高代表碱基被测错的概率越小。Q30代表碱基的正确判别率是99.9%，错误率为0.1%。同时我们也可以理解为1000个碱基里有1个碱基是错误的。Q20代表该位点碱基的正确判别率是99%，错误率为1%。对于整个数据来说，我们可以认为100个碱基里可能有一个是错误的, 在碱基质量模块报告的坐标图中，背景颜色沿y-轴将坐标图分为3个区：最上面的绿色是碱基质量很好的区，Q值在30以上。中间的橘色是碱基质量在一些分析中可以接受的区，Q值在20-30之间。最下面红色的是碱基质量很差的区。在一些生信分析中，比如以检查差异表达为目的的RNA-seq分析，一般要求碱基质量在Q在Q20以上就可以了。但以检查变异为目的的数据分析中，一般要求碱基质量要在Q30以上。 一般来说，测序质量分数的分布有两个特点： 1.测序质量分数会随着测序循环的进行而降低。 2.有时每条序列前几个碱基的位置测序错误率较高，质量值相对较低。 在图中这个例子里，左边的数据碱基质量很好，而右边的数据碱基质量就比较差，需要做剪切（trimming），根据生信分析的目的不同，要将质量低于Q20或者低于Q30的碱基剪切掉。 2）序列的平均质量 这个是碱基序列平均质量报告图。横坐标为序列平均碱基质量值，纵坐标代表序列数量。通过序列的平均质量报告，我们可以查看是否存在整条序列所有的碱基质量都普遍过低的情况。一般来说，当绝大部分碱基序列的平均质量值的峰值大于30，可以判断序列质量较好。如这里左边的图，我们可以判断样品里没有显着数量的低质量序列。但如果曲线如右边的图所示，在质量较低的坐标位置出现另外一个或者多个峰，说明测序数据中有一部分序列质量较差，需要过滤掉。 3）GC含量分布 这个是GC含量分布报告图。GC含量分布检查是检测每一条序列的GC含量。将样品序列的GC 含量和理论的GC含量分布图进行比较，用来检测样品数据是否有污染等问题。理论上，GC含量大致是正态分布，正态分布曲线的峰值对应基因组的GC含量。如果样品的GC含量分布图不是正态分布，如右图出现两个或者多个峰值，表明测序数据里可能有其他来源的DNA序列污染，或者有接头序列的二聚体污染。这种情况下，需要进一步确认这些污染序列的来源，然后将污染清除。 4）序列碱基含量
一种土壤CO2通量原位测定方法及装置
一种土壤CO2通量原位测定方法及装置1 高程达1，孙向阳1，曹吉鑫1，张强1，栾亚宁1，郝虎东2，李泽江2，唐青云3 1北京林业大学水土保持学院，北京（100083） 2内蒙古农业大学生态环境学院，呼和浩特（010019） 3北京市华云分析仪器研究所有限公司，北京（100035） E-mail：gaochd@https://www.wendangku.net/doc/0e15891073.html, 摘要：本文介绍了一种土壤CO2通量原位测定的方法及装置：改装具有仲裁效力的大气二氧化碳红外线气体分析仪到土壤CO2通量原位测定，连接自制的二氧化碳收集容器，对陆地生态系统土壤二氧化碳的释放或吸收做定量测定。该方法和装置可用于自然状况下多地点、多样地（点）土壤表层二氧化碳通量测定，具有便于携带、操作简单、省时间、经济、测定数据直接、快速可靠等优点。 关键词：土壤二氧化碳通量，原位测定，方法，装置 0.引言 土壤二氧化碳是土壤空气的主要气体成分[2，11，13，21，27]，也是大气主要温室气体的重要来源或存储库[12，30，37]。土壤二氧化碳通量作为陆地与大气界面温室气体交换量的重要度量指标,反映了土壤物理、化学、生物性质和人类对土地利用、地下矿产资源[35，25]、岩溶[33，28]等状况，由于对全球气候变化的贡献和影响很大，已经受到世界各个国家的关注和重视。为了准确地进行陆地生态系统的碳核算，实施《联合国气候变化框架公约》，履行《京都议定书》义务，对土壤表面二氧化碳通量做比较精确的测定，具有实质而重要的意义[3，20，24，30，34]。 土壤二氧化碳的测定方法经历了一个比较长的历史。最早的报道可追溯到Boussingault 和Lewy于1853年所发表的文章，他们采用了氢氧化钡溶液吸收土壤空气中二氧化碳的化学方法，在其后的一百多年的历史中，测定方法主要依靠在此基础上的化学吸收和物理气压计量测定，尽管在土壤化学和土壤生物化学方面进行了努力，其灵敏度问题仍然无法克服。到二十世纪五十年代末，气相色谱（GC）方法的发明以及在土壤学方面的广泛应用，极大地提高了土壤二氧化碳测定的灵敏度[15，4]；相继发明了以涡度相关技术为核心的微气象学方法[22]、静态和动态箱法等方法[5-10，19，23]，随着现代科学技术的发展，土壤二氧化碳测定从单一化学方法，到化学-物理-生态学的多方位、多角度的测定方法，都有实足的进展。 在诸多的测定方法和设备装置中，应用比较广泛的土壤二氧化碳通量原位测定方法为微气象学方法和箱法。Oswald[18]、Mosier[17]、Jennifer and James[14]等人先后对不同的测定方法作了比较分析和研究。 微气象学测定方法（micrometeorological method）是建立在气象学基础上的微型化气象测定方法。它根据气温、地温、风向、风速、太阳辐射、降雨量等气象因子来推算土壤二氧化碳通量，要求建立观测站，包括观测塔和相关的气象观测仪器和设备，代价昂贵，需要维护，适于大范围、中长期定位观测，对于土壤二氧化碳通量的测定相对比较间接[16]。 箱法测定（chamber method）包括静态(static)和动态(dynamic)箱法两种。静态箱法又分作静态箱—碱液吸收法和静态箱—气相色谱法。静态箱—碱液吸收法是一种应用最早的化学方法。在该法测定时，先把盛有碱溶液的容器敞口置于一个下端开口的样品箱里，快速密封 1本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金（20050022014），国家自然基金（30671660）和教育部新 世纪优秀人才支持计划的资助。
有机肥对农田土壤二氧化碳和甲烷通量的影响
有机肥对农田土壤二氧化碳和甲烷通量的影响 3 董玉红1,2 欧阳竹 133 (1中国科学院地理科学与资源研究所禹城综合实验站,北京100101;2 中国科学院研究生院,北京100093) 【摘要】 研究了不同有机肥施用(鸡粪、猪粪、牛粪)对夏玉米田土壤CO 2和CH 4通量的影响.结果表明, 不同处理的CO 2通量具有相同的季节变化趋势,受土壤温度和湿度的共同影响,土壤CO 2通量和大气温度、地表温度、地下温度呈显著正相关,当温度不是限制因子的时候,CO 2通量和土壤水分含量呈显著正相关(P <0105).玉米整个生长季大部分时间土壤为CH 4的吸收汇,源汇的变化受环境因子的影响,但是相关分析并不显著.不同处理的土壤CO 2季节平均排放通量为015124～018518g ?m -2?h -1,和CK2相比,玉米种植促进了CO 2的排放,施用有机肥也增加了CO 2的排放,所有有机肥处理的平均排放通量和CK2差异显著,但只有S2和P2和CK1的差异显著.不同处理农田土壤CH 4的季节平均通量为-010068～-010484mg ?m -2?h -1,有机肥施用抑制了土壤对CH 4的吸收,施肥量高抑制作用强,但是统计分析差异并不显著. 关键词 有机肥 CO 2 CH 4 温室气体 土壤文章编号 1001-9332(2005)07-1303-05 中图分类号 S147.2;X511 文献标识码 A E ffects of organic manures on CO 2and CH 4fluxes of farmland.DON G Yuhong 1,2,OU Y AN G Zhu 1(1Y ucheng Com prehensive Ex perimental S tation ,Institute of Geographical Sciences and N atural Resources Research ,Chi 2nese Academy of Sciences ,Beijing 100101,China ;2Graduate School of Chinese Academy of Sciences ,Beijing 100093,China ).2Chin.J.A ppl.Ecol .,2005,16(7):1303～1307. This paper studied the effects of chicken manure ,swine waste and cattle manure on the CO 2and CH 4fluxes of a farmland planted with summer maize.The results showed that the CO 2flux had the same trend under different organic manure application ,which was influenced by soil temperature and soil water content.The flux was signif 2icantly related with air temperature ,soil surface temperature and soil temperature (P <0105).When soil temper 2ature was not a limiting factor ,soil water content was significantly related with soil CO 2flux.At most maize growth stages ,soil was a sink of CH 4.The variation of CH 4source 2sink was influenced by environmental factors ,but the correlation was not significant.The mean seasonal flux of CO 2was from 0.5124to 0.8518g ?m -2?h -1,and that of CH 4was from -0.0068to -0.0484mg ?m -2?h https://www.wendangku.net/doc/0e15891073.html,pared with CK2,maize planting and organic manure application enhanced CO 2emission.The application of organic manures inhibited the CH 4uptake by soil ,and higher application rate had a higher inhibitory effect.K ey w ords Organic manure ,CO 2,CH 4,Greenhouse gas ,S oil. 3国家重大基础研究(973)前期专项研究资助项目(2003CCB001). 33通讯联系人. 2004-03-10收稿,2004-07-05接受. 1 引 言 农业生产对温室气体的排放有贡献,农田土壤可作为CO 2、CH 4和N 2O 的源或汇,农业管理措施特别是施肥对温室气体排放的影响很大,各种肥料中有机肥对农田土壤碳转化的影响最大,来自不同动物有机肥料成分不同,肥料成分的不同影响了其后施用到农田后的温室气体的排放[22].目前有机肥施用对旱地土壤CO 2排放的研究大多是通过实验室培养模拟试验来揭示碳的转化,对于有机肥施用到农田后土壤CO 2排放的研究较少[2,19].有机肥施用对稻田土壤CH 4排放的影响研究较多[24],通气状况良好的土壤是CH 4的最大吸收汇,施肥对CH 4 氧化表现为抑制作用[16],研究土壤CH 4吸收汇影响因素和采取一些措施促进土壤对CH 4的吸收,也是目前减缓气候变暖的一项措施[13,20]. 有机肥施用对农田土壤CO 2和CH 4通量的综合影响研究较少,很少考虑有机肥组分对温室气体排放的影响,目前温室气体减排已经引起人们的广泛关注,减少有机肥施用后的温室气体排放的前提是理解其排放过程以及与环境因子的关系.本研究选用农业生产上常用的3种有机肥,并结合考虑有机肥种类、有机肥养分含量及外部环境因子,探讨它们对农田土壤CO 2和CH 4通量的影响. 应用生态学报 2005年7月 第16卷 第7期 CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,J ul.2005,16(7)∶1303～1307
土壤中总碳的测定
土壤中总碳的测定 土壤中总碳的测定 一、方法提要 本法测定的结果是试样的总碳含量，包括碳酸盐的碳和有机碳的含量，试样用管式高温炉灼烧产生全碳量的二氧化碳，产生的二氧化碳被乙醇—乙醇胺吸取液吸取，以百里酚酞为指示剂，用乙醇钾标准溶液滴定，测得全碳量。 二、试剂 1、乙醇—乙醇胺吸取液：100mL 无水乙醇中加入100ml 乙醇胺和0.3g 百里酚酞，摇匀备用。 2、乙醇钾标准溶液：取一定量的氢氧化钾溶解在乙醇中，配制成乙醇钾标准溶液（依碳的含量）。 3、乙醇钾标准溶液的标定：称取0.0400g 预先在105—110℃烘干过的基准碳酸钙于瓷舟中，按分析手续进行标定，按下式计算滴定度： T=V m 1200 .0 式中：T ——乙醇钾标准溶液对碳的滴定度。（g/mL ） V ——滴定时所用乙醇钾标准溶液的体积。（mL ）
m ——所用碳酸钙的重量。（g ） 4、碳酸钙：基准试剂。 5、二氧化锰：活性。 三、仪器： 1、管式炉：瓷管：φ121×φ225×600（mm ） 瓷舟：88mm 2、滴定—吸收装臵。 四、分析手续 1、连接好滴定—吸收装臵，逐渐将炉温升至1200℃（指放瓷舟处温度），通氧气检查，确信装臵不漏气后，加吸收液于吸收杯中，使液面高出杯内筛板2～4cm 。 2、将盛有0.0400g 碳酸钙的瓷舟用不锈钢钩将其送入管式炉高温区，迅速塞紧胶塞，通入氧气（约0.3升/分），待吸收液蓝色褪去后，滴加滴定液至出现稳定的淡蓝色，取出瓷舟。 3、称取0.2000g 试样于瓷舟中，按步骤操作滴定。 五、分析结果计算 按下式计算碳的百分含量： C(%)=m V T ×100 式中：T ——滴定液对碳的滴定度。（g/mL ） V ——分析试样所用滴定液的体积。（mL ） m ——称样量。（g ） 六、注意事项： 1、每个试样滴定到终点后，要稳定30秒以上再取出瓷舟。
半干旱地区地表能量特征数据资料和计算方法
半干旱地区地表能量特征数据资料和计算方法 1.1 数据资料[13] SACOL站观测的主要项目包括：近地层基本气象要素、地表辐射系统、土壤温湿度和热通量、近地层的物质和能量通量、气溶胶光学特性、空气环境质量监测系统、温湿度垂直廓线仪和天空云的状况等。我们采用了SACOL站2007年到2012年连续六年的观测资料，包括空气温度、土壤湿度、降水量、风速、水汽压差、土壤热通量、净辐射量、太阳长短波辐射的月平均变化值、辐射通量等。常规气象要素（风速、温度、相对湿度）由观测场中32.4m的高度塔观测，观测高度分别为1、2、4、8、12、16和32 m共7层。辐射观测系统为四辐射分量系统，包括向上、向下太阳辐射以及长波辐射；土壤含水量的观测层次分别为地表以下0.05、0.10、0.20、0.40和0.80m；土壤热通量的观测层次分别为地表以下0.05和0.10 m；地面观测还包括地表温度、大气压、雨量和蒸发量。除湍流通量数据资料为10 Hz的以外，其他数据资料频率均采用半小时制。 表1.1 SACOL站观测仪器简介 观测项目安装高度/深度（m）仪器型号厂家 空气温度1,2,4,8,12,16和32 HMP45C-L Vaisalla, 芬兰 空气湿度1,2,4,8,12,16和32 HMP45C-L Vaisalla, 芬兰风速1,2,4,8,12,16和32 014AL Met One, 美国 风向8.0 034B_L Met One, 美国 向下/向上短波辐射 1.50 CM21 Kipp&Zonen, 荷兰 向下/向上长波辐射 1.50 CG4 Kipp&Zonen, 荷兰 STP01-L50 Hukseflux, 荷兰土壤温度0.02, 0.05, 0.10, 0.20, 0.50,0.80 土壤湿度0.05, 0.10, 0.20, CS616-L Campbell, 美国 0.40, 0.80 气压8.0 CS105 Vaisala, 芬兰 降水0.50 TE525MM-L R. M Young, 美国 CO2通量 2.88 CSAT 3和Campbell, 美国