全 文 ：第 11卷 第 3期
2 0 0 3年 7月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
V01．11 NO．3
July， 2003
夏玉米生长盛期农田土壤 CO2排放的研究
贾金 生
(河北省发展计划委员会 石家庄 050000)
李 俊 张永强
(中国科学院地理科学与资源研究所 北京 100101)(中国科学院石家庄农业现代化研究所 石家庄 050021)
摘 要 对华北平原典型农 田夏玉米生长盛期土壤排放 cO2的试验结果表 明，秸秆覆盖增加土壤 C的排放 ，比未
覆盖秸秆约增加 10％。土壤 CO2排放 通 量的 日变化为单 峰型 ，峰 值 出现在 12：00～16：00，变化 区间为 109～
170~g／m ·S(秸秆覆盖)和 97～128~g／m2·S(未覆盖)。土壤 C02排放 与温度(5cm地温)有显著相关关 系，但与土壤
湿度关系较复杂。夏玉米生长盛期土壤 CO：排放通量高于初期和后期 ，8月 2日土壤 C0：排放通量为 9月 15日
的 1．42倍 (秸 秆覆 盖 )和 1．32倍 (未 覆 盖 )，土壤 CO2排 放 的 日进 程 为 6：00—18：00排 放 量 占全 天 总 排 放 量 的
63．5％(秸秆覆盖)和 57．9％(未覆盖)。
关键 词 农 田土壤 C02排 放 夏玉米
Study On C02 emimion from soil of typical farmland in North China Plain．儿A Jin—Sheng(The Development and Plan—
ning Committee，Hebei Province，Sh~iazhuang 050000)，LI Jun(Institute of Geographical Sciences and Natural Resourc—
es，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100101)，ZHANG Yong—Qiang(S iazhuang Institute of Agricultural Modern—
ization。Chinese Academy of Sciences，Shijiazhuang 050021)， EA，2003，11(3)：1～4
Abstract CO2 emission fluxes from soil were measured during the growing se~tson of summer maize in Luancheng Agri—
cultural Ecology Experiment Station of the Chinese Academy of Sc iences ．The results show that CO2 emision flux from
soil covered with stalk increases by 10％ compared with that of no sta[k-eover．The diurnal change of the C02 emision
flux from so l can be shown with single peak curve．The maximum value appears from 12：00 tO 16：00 and the variation
ranges from 109 to 170 btglmz·S for stalk—covered one and from 97 to 128／．tg／m2·S for no stalk—covered one．C()2 emision
flux from soil has a correlativity with soil temperature of 5cm，but the relationship between C()2 emision flux from soil
and soil moisture is complex．During the prosperously growing stage of summer maize，C02 emision flux from soil is big—
ger than that during other stages 。the flux of 2 on August is 1．42 and 1．32 times of 15 on September separately for stalk—
covered and no stalk—covered ones ．And the flux amount of daytime is 63．5％ for stalk—covered one and 57．9％ for no
stalk—covered one of wh0le day．
Key words Farmland sol，CO2 eml‘sion，Summer maize
大气中温室气体总量与不同生态系统中温室气体源汇有密切关系 ，土壤呼吸作为碳 (C)的主要输出
途径和 CO，的重要源(汇)，对它进行系统精确的测定 已成为全球气候变化研究的重点 。 目前 国内对森
林生态系统、青藏高原和草原生态系统 的 C排放研究已多见报道，而对华北平原典型农 田生态系统(冬小
麦一夏玉米轮作)C02排放规律的研究尚少见报道。本试验研究了华北平原高温潮湿条件下夏玉米田CO2的
排放规律及其与外界环境因子的关系，为研究农田生态系统 CO2排放通量变化规律提供理论依据。
1 试验材料与方法
试验在中国科学院栾城农业生态系统试验站试验田进行 ，该区属华北平原典型冬小麦一夏玉米轮作高产
区，地势平坦开阔，与周围农 田相连，土层深厚 ，土壤为褐土类灰黄土，质地为壤土，随土壤深度的变化依次为
沙壤、壤土和黏壤，0～30cm表层土壤有机质含量为 12～13g／kg，多年平均太 阳总辐射量为 525．3kJ／cm ，
≥10℃年积温为 4232℃ ，年降水量约 445．9mm。试验在原状土壤进行，设小麦秸秆覆盖与未覆盖 2处理 ，夏
*河北省科技攻关项 目(01220703D)和国家 自然科学基金项 目(49801003和 49871020)共同资助
收稿 日期 ：2002—06—30 改回日期 ：2002·07—31
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2 中 国 生 态 农 业 学 报 第 11卷
玉米不同生育期 内共进行 4次联合观测，每次观测 3d，从早 6：00～晚 10：00每隔 2h测定 1次，每次抽 4袋
气，间隔为 3min。期间还作 1次昼夜观测。利用静态箱式方法测定技术，气体采集箱用 8ram厚白色透明有
机玻璃制成，底面积为 0．49m×0．44m，高 0．30m，箱内装有小风扇、空气温度计和湿度计 ，气压采用试验站
气象场数据。箱子下部埋入土壤中，四周用土封严 ，观测时仅箱顶部留有采集气体的出孔 ，用美国 CO 红外
分析仪测定气体。密闭箱法 CO 排放通量用下式计算：
F ： ^ 孚 (1)
式中，F 为 CO 排放通量(g／m ·S)，h 为采集箱高度(m)，P为大气压(Pa)，T为箱内气温(K)，R为普适气
体 常数 (R=8．3144Pa·m。[tool·K)，M 为 CO2的摩 尔质量 (Mg=44g／mo1)，Cg为箱 内 CO2浓 度 (mg／kg)，t
为扣箱时间(S)。同时测定采集箱附近 0cm、5cm、lOcm、15cm、20cm地温及箱内温度、大气压力、气温和土壤
含水率等 。
2 结果与分析
2．1 土壤 C02排放通量变化规律
土壤 CO 排放通量 日变 化。夏玉 米拔节期 (8月 2日)、抽 雄 ～吐丝 期(8月 21日)、灌浆 中期 (9月 2日)
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巷
翼
蕾
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00025
00020
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时 间
6：00 14：00 0：00 1o：oo l8：00
时 间
E
蚓
赠
辎
6．
U
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6：00 lo：oo 14：00 l8：00
时 间
7：00 I1：00 l 5：00 19：00
时 间
图 1 土壤 C02瞬 时排 放通 量 日变 化
Fig．1 Diurnal changes of instantaneous CO2 flux from soil
(6：00～18：00)和夜间(18：00～
24：00)不 同时 段土壤 CO 平均
排放通量。秸秆覆盖处理 白天
土壤 CO，排放 量约 占全 天 总排
放量 的 63．5％，未 覆 盖 处 理 为
57．9％，并 以 此 计 算 出 8月 2
日、21日和 9月 15日土壤 CO，
排放通量值 ，2处理结果呈相同
变化趋势(见图 2)，即随生育期
的推移 土 壤 CO，日排 放通 量 逐
与灌浆后期 (9月 15日)土
壤 CO 排 放通量 变化呈 现
出明显 单峰 型，且峰值 一
般出 现 在 12：00～ 16：00，
谷值出现在 0：00左右 (见
图 1)。随生育期 的推移，
小麦 秸秆覆 盖处 理 CO，排
放通 量 日较 差呈 现 出逐渐
减小 的趋势 (见 表 1)，这 可
能与温度逐渐降低和秸秆
作 用减 小 有关 。而 未 覆 盖
处理 未 发 现 此 规 律 ，这 说
明秸秆 覆盖对 土壤 CO，排
放通量的影响不单是单因
子关 系 ，其 作 用 机 理 尚 有
待于进一 步研究 。
土壤 CO 排放 通 量季
节变化 。根 据 9月 2～3日
昼 夜观 测数 据计 算 出 白天
表 1 白昼 土壤 co2瞬 时排 放通 量 比较
Tab．1 Comparison of the instantaneous C02 flux from soil
渐减小，这与作物长势状况相一致。8月 2日(拔节期)温度是夏玉米整个生长阶段 的最大值 ，加之作物根层
土壤水分较大 ，作物根系活力最强，土壤微生物活跃 ，土壤呼吸增强 ，土壤 CO 排放通量较大。随生育期的
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第 3期 贾金生等：夏玉米生长盛期农 田土壤 CO：排放的研究 3
推移和季节更替，气温和地温逐渐下降，土壤根系和微生物活动
减弱 ，Co 释放强度逐 渐减小 。8月 2日2处理 CO 日排放通量
相差较大(1．74g／m ·d)，至生育期末期(9月 15日)二者差值为
0．37g／m d，故秸秆覆盖增大了土壤 Co 排放的强度。
2．2 土壤 C02排放通量的影响因子
土壤 Co，排 放通 量 与 5cm 地 温 呈 明显 正 相 关 关 系 (见 图
3)，而地 温直 接受太 阳辐射 的影响 ，表 明温 度是影 响土壤 C排放
的重要 环境 因子 。全球 气候变 暖极有 可能 增加农 田土壤 C的排
放 。而 土壤 C排放与 Ocm、10cm、15cm 和 20cm 地温之 间关 系并
不明显，这是否说明作物根层 5cm深度是土壤微生物、土壤动物
与作物根系活动旺盛区域 ，尚有待于进一步试验研究。由图 3还
。
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时 间
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． 日期(月一日1
图 2 土壤 co,日排放通量季节变化
Fig．2 Seasonal changes of diumal CO2 flux from soil
时 间
时 间
图 3 土壤 co, 排 放 通■ 与 5cm 地 温 的关 系
Fig．3 Relationship between C01 flux from soil and soil temperature in 5cm
可知地温最高值滞后
于 排 放 通 量 的 最 大
值 ，说 明 地 温 上 升 时
期 有 利 于 土 壤 C 排
放 。秸秆 覆盖 可 引起
土壤 C0 排放通量 的
增 大 ，小 麦 收 割 后 地
面 留 有 很 厚 的秸 秆 ，
夏玉米 生 长季节 高 温
潮湿环 境有 利 于小麦
秸 秆 的 生 化 反 应 ，从
而造成 土壤 CO：排放
通量 的增 大 。本研 究
计算 结果 为秸 秆覆 盖
日均 COs排放通量是
未 覆 盖 处 理 的 1．11
倍 。土壤 CO，排放与
土壤含 水量 的关 系较
复 杂 ，除 8 月 2 日
5cm土层 土壤含水量与 CO 排放 通量 变化略相 似外 ，其余无 明显相关关 系(见 图 4)。但 9月 3日8：00土 壤
CO 排放通量突然下降(见图 1)，这可能与当天 6：00、8：00进行灌溉使土壤湿度变大和地温下降有关 ，温度
降低是其主要原因。
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时 间
图 4 土 壤 c()2排 放 通量 与 土壤 含水 量 的关 系
Fig．4 Relationship between CO2 flux from soil and soil moisture
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4 中 国 生 态 农 业 学 报 第 11卷
3 小结与讨论
秸秆覆盖约可增加 10％土壤 CO 排放通量，土壤 CO 的排放与土壤温度(5em地温)有很强相关关系 ，
但与土壤湿度关系较复杂。夏玉米生长盛期土壤 CO 排放通量高于初期和后期，8月 2日土壤 CO：排放通
量为 9月 15日的 1．42倍(秸秆覆盖)和 1．32倍(未覆盖)。土壤 CO：排放通量 日变化呈现中间高、两头低单
峰型，且峰值一般出现在 12：00～16：00，日变化分别为 109～170／Lg／m ·s(秸秆覆盖)和 97～128／Lg／m ·s(未
覆盖)。6：00～18：00土壤 CO：排放量占全天总排放量的 63．5％(秸秆覆盖)和 57．9％(未覆盖 )。
在今后实际研究工作中应布置多个观测点同步观测 ，以保证取样的代表性 ；辅助项 目的观测应严格同步
进行 ，如土壤含水量 、生物量 、作物光合作用与蒸腾作用的测定以及常规气象数据采集与整理等；土壤 c排
放对株间与冠层 CO：浓度的影响及其对作物生长发育的意义尚需进行大量的实验研究，并应在上述工作取
得重要进展的基础上进一步考虑由点到面的尺度转换研究 ，分析研究土壤 c排放对作物产量效应以及水分
利用效率的影响。
参 考 文 献
1 董云社，彭公炳，李 俊 ．温带森林土壤排放 co2、cI-I4、N2O时空特征[J]．地理学报 ，1996，51(增刊)：120～128
2 耿元波，董云社 ，孟维奇 陆地碳循环研究进展[J]．地理科学进展 ，2000，19(4)：297～306
《中国生态农业学报》征稿启事
《中国生态农业学报》(原刊名《生态农业研究》)由中国科学院石家庄农业现代化研究所和中国生态经济
学会主办，中国科学院科学出版基金资助、科学出版社出版 ，系中国科技论文统计源期刊、中国科学引文数据
库来 源期 刊和全 国中文核心期刊 。荣 获第 三届全 国农 业优 秀期 刊一等 奖 。本 刊为季 刊 ，2003年 始季 初 月 出
版 。国际标准大 16开本，176页。国际刊号：ISSN1671—3990。国内刊号：CN13—1315／S。新邮发代号：82—973，
2003年始 由石家 庄市报刊发行局 发行 改为北 京市报刊发 行局 发行 ，敬 请 广大读 者订 户及 时在 报刊 发行 目录
中北京地 区部分 寻找订购本 刊 。本刊 旨在探 索与研 究生 态农业 的理论 、方 法、技 术创 新及 其研 究进展 等 ，推
动学科发展 ，主要刊登生态学、生态经济学、农、林、牧、副、渔及资源与环境保护等领域具有创新性的研究学
术论文 、研 究技 术报 告(包括 理论与应 用研 究 、农 业生 态工程技 术与 实用 生物技 术、生物 多样性 保护 、湿地保
护 、资源优化 配置与开发及其 效益研 究，城镇绿地 生态建设 、无公 害农产 品生产技术 、农业环境 污染防治技 术
及农 业可持 续发展研 究等方 面)、研 究 简报 及综述 、生态农 业建设和 生态示范 区典型模 式与典型 经验等 ，欢迎
国内外从事生态学、生态经济学、农林牧副渔、资源与环境保护等领域科技人员、教 学和管理工作者以及基层
从事生态农业建设的技术与管理人 员踊跃投稿。来稿请按 国家标准 GB7713—87《科学技术报告、学位论文和
学术论文的编写格式》撰写。来稿请注明科研项 目来源，本刊对国家自然科学基金资助项 目、863项 目、973
项 目、省(部)级以上重大攻关项 目和国家开放实验室研究项 目等论文将优先发表 ，凡获省(部)级以上成果奖
者请注明，并提供获奖复印件及单位证 明。来稿请寄：石家庄市槐中路 286号《中国生态农业学报》编辑部 ；
邮政 编 码 ：050021；电话 ：(0311)5818007。 网 址 ：WWW ：http：∥ www．sjziam．ac．c12 E—mail：editor@ms．
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