全 文 ：第 13卷 第 2期
2 0 0 5年 4月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
Vo1．13 NO．2
April， 2005
我国东部样带土地利用方式对温室气体排放通量的影响*
李玉娥 林而达 谢军飞 杨志伟
(中国农业科学院农业气象研究所 北京 100081)(中国农业科学院草原研究所 呼和浩特 730020)
摘 要 以中国东部 南北样带为平 台，以典型森林和草地 生态 系统为对象，测定研 究 了不 同生态系统 中土壤温室
气体排放通量与吸收规律。
关键词 土地利用 温 室气体 通量 南北样带
Impact of land use oil the emission flnxes of greenhouse gas in North-South Transection of Eastern China．LI Yu—E，LIN
Er-Da，XIE Jun—Fei(Institute of Agricultural Meteorology，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081，Chi—
na)，YANG Zhi—Wei(Institute of Gra~land，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Hohhot 730020，China)，CJEA，
2005，13(2)：152～154
Abstract The North—South Transection of Eastern China is used as a working platform for the study on the emisions and
removals of greenhouse gases from forest，grassland and farmland ecosystems．
Key words Land use，Greenhouse gas，Flux，North-South Transect
(Received Dec．14，2003；revised Jan．23，2004)
自1850～1998年间约 2700(±200)亿 tC因化石燃料燃烧和水泥生产以 CO2形式排放到大气中，约
1360(+550)亿 tC排放是因土地利用变化所致，且大部分产生于森林生态系统 ，导致大气 CO2含量增加
1760(+100)亿 tC，其浓度由约 285mg／kg增至 366mg／kg J。土地利用及其变化也影响 CH4和 N2O的排
放，许多研究表明陆地生态系统吸收大气中的 CH E3．4]，好气土壤是对流层 cH4的第 2吸收汇，吸收汇强度
占全球 CH4排放总量的 l0％～l5％。土壤受到扰动后 CH 吸收强度降低 ，天然草地开垦后土壤 CH4吸收
率降低 35％。森林砍伐可导致 N2O排放通量的增加，还可能减弱森林 CH 吸收汇，甚至使森林成为 CH 排
放源 J，新砍伐的森林 CH 排放约为附近未受干扰森林 的 3倍。目前我国对森林生态系统和草原生态系统
土壤温室气体排放的研究尚少见报道 ，而对不同气候森林生态系统温室气体排放对比、农 田转变为草地以
及退耕还草后对温室气体排放的影响研究 尚属空白。本研究探讨了我国东部样带不同土地利用方式对温
室气体排放通量的影响，为该区合理利用土地提供依据。
1 研 究方法
试验分别于 1997年 5月和 1998年开始研究选择中国东部样带寒温带森林生态系统、人工林地和采伐
迹地(黑龙江省帽儿山)，亚热带森林生态系统、人工林地和采伐迹地(广东省鼎湖山)，温带天然草场、恢复
草场和玉米地(内蒙古 自治区皇甫川)等不同农业系统并测定其温室气体(CO2、CH 、N2O)排放通量及吸收
量 ，测定时间分别为每年 1、4、7、10月份的第 2周 ，连续测定 5d以反映不同生态系统土壤温室气体排放通量
的季节变化。取样装置为封闭式测定箱，体积 l4．7L，测定箱顶端安装 2通阀用于采集气体，测定箱封闭时
间为 30min。在测定温室气体排放通量的同时 ，测定不同生态系统的气温及 5cm和 lOcm土层土壤温度。
2 结果与分析
2．1 不同气候带林地温室气体排放通量比较
寒温带与亚热带森林生态系统土壤 CO 排放通量 比较。不同气候带森林生态系统土壤 CO2排放通量
均具有明显季节分布规律，呈夏季排放量高、冬季排放量低的特点。但土壤 CO2排放通量年变幅鼎湖 山森
*国家重点基础研究(973)发展规划项 目(2002CTM12500—8)资助
收稿 日期 ：2003—12—14 改回日期；2004—01—23
第 2期 李玉娥等：我国东部样带土地利用方式对温室气体排放通量的影响 153
林生态系统低于帽儿山森林生态系统，7月份土壤C02排放通量鼎湖山森林生态系统低于帽儿山森林生态
系统 ，其他季节鼎湖山森林生态系统均高于帽儿山森林生态系统 ，这主要与土壤温度 的季节变化相关(见
图 1)。不同季节土壤 co2排放通量鼎湖山森林生态系统为 5．8-39．3kg／hm d(C，下同)，而帽儿山森林生
态 系 统 为 0．0～ 61．5
kg／hm d。土壤平均 Co2
排放通 量鼎 湖 山森林 生
态系统 高 于 同期 帽儿 山
森林 生 态 系 统，分 别 为
15．8kg／hm ·d 和 13．4
kg／hm d。相 同地区人
工林 、天然林和采伐迹地
土壤 Co2排放通量不同，
帽儿 山森林 生 态系统 红
松林 、白桦林和采伐迹地
土壤 Co2排放通量 相差
50
40
30
霎20
誊t。
革 亏 军 车 革
薹 奏 奏 奏 量 一 N N
日期(年-月)
图2 ●儿山森林生态系统不同林地土壤(】D 排放通量比较
．2 C锄 S0n of s。i1C。2 ss from difere~
forest Iands in Maoershan forest ecosystem
较大 ，采伐迹地明显高于红松林和白桦林，其顺序依次为采伐迹地 >红松林 >白桦林 (见图 2)，土壤 C02排
放通量采伐迹地分别比红松林和白桦林高 31％和 38％。鼎湖山季风阔叶林 、人工松林和采伐迹地土壤 co2
排放通量相差较小 ，平均 C02排放通量分别为 17．5kg／hm ·d、18．2kg／hm ·d和 16．6kg／hm d。
2 苫
§ 是
图3 不同气候带森林生态系统土壤cH。吸收通量比较
Fig．3 Comparison of soil CH,uptake rate by forest
— ● 一鼎 湖 季风阀叶林
— ．卜．鼎 湖 山 人 工 松 林
— ．一-鼎湖 山采伐迹 地
—．卜-帽 儿 山 红 松 林
一 帽儿 山 白 桦 林
— ．_帽儿 山采伐 迹地
旱 革
奏 奏
日期(年·月)
2 苫
8 8
图4 不同林地土壤cH。吸收通量比较
Fig．4 Comparison of soil OH,uptake
寒温带与亚热带森林生
态系统土壤 CH4排放通量比
较。森林生态系统土壤 CH4
吸收通量具有明显季节分布
规律，特别是寒温带森林生
态系统该特点更为明显。土
壤 CH4吸收强度季节变化帽
儿山森林生态系统明显高于
鼎湖山森林生态系统 ，冬季
吸收强度大于夏季，干旱少
雨季节林地 CH4吸收强度大
于多雨季节(见图 3)。相同
ecosystem located at diferent climatic regions rate by diferent forest lands 地区人工林、天然林 和采伐
迹地土壤 CH4吸收强度不同，帽儿山不同林地和采伐迹地间 CH4吸收率相差较大(见图 4)。帽儿山森林生态
系统土壤 CH4吸收强度依次为采伐迹地>白桦林 >红松林 ，白桦林和红松林林地 CH4吸收强度相差较小。鼎
湖山各森林生态系统土壤 CH4吸收强度依次为采伐迹地>季风阔叶林>人工松林(见图 4)。
寒温带与亚热带森林生态系统土壤 N2o排放通量 比较。森林
生态系统为 N2o排放源，不 同季节其排 放通量为 一2．39～39．6
g／ ·d(N，下同)。除2000年 7月份土壤 N2o排放通量帽儿山森
林生态系统高于鼎湖山森林生态系统外 ，其他各季节鼎湖山森林生
态系统均高于帽儿山森林生态系统，这主要受气温和土壤温度的影
响所致。土壤 N2o排放通量 鼎湖山森林生态系统 为 1．7～39．6
g／ ·d，帽儿山森林生态系统为 一2．35-23．46g／ ·d，2个站点
的土壤 N2o排放通量均为 1月份最低，7月份最高(见图 5)。
2．2 天然草地、退耕草地及农田土壤温室气体排放通量比较
1998～2001年 10月观测结果表明，天然草地 、农 田和农 田退
耕还草后草地土壤Co2排放通量分别 为5．84kg／hm d、7．37
图5 不同气候带森林生态系统土壤平均NxO排放通量比较
F ．5 Coml~ son of soil N20 emission from forest
ecosystem located at diferent climatic regions
∞ ∞ m O
一．p． j宣 赠疆 zou
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154 中 国 生 态 农 业 学 报 第 13卷
2 苫 2
萤 蚕 蚕
图6 土地利用方式变化对土壤CII4吸收率的影响
Fig．6 The impacts of land use changes on
CI-h uptake rate
kg／hm2·d和 7．56kg／hm d，天然草地 比农 田和恢 复草地分别低
20．76％和 22．75％，这可能是 由于人为因素对土壤扰动的增加加速
了土壤有机碳的分解，且返还到土壤中的有机物量增加，土壤中易分
解有机碳含量增加 ，从而导致退耕草地和农 田土壤 CO2排放通量增
加。农田转变为草地后并未立刻减少土壤 CO2排放 ，不 同季节对皇
甫川天然草地、退耕草地和农田cH4吸收测定结果表明 ，天然草地转
变为农田或农 田转变为草地后 ，土壤对大气 CH4的吸收能力均低于
天然草地对大气 cH4的吸收能力(见图 6)，尤其冬季土壤受到扰动
后对大气 CH 吸收能力降低更加明显，即使农 田转变为草地 ，减少土
壤扰动后 ，土壤对 CH 的吸收能力也不能立即恢复。天然草地转变
为其他利用方式后 CH 吸收率降低的原因可能是由于施肥、农 田灌
溉和对土壤扰动所致。草地转变为农 田后 N o排放通量增加 ，其原
因是 由于 N肥投入量增加和土地扰动加剧所致。1999年内蒙古达
拉特旗草地试验站观测结果表明，草地转变为玉米地后其 N2o排放通量均高于天然草地，玉米生育期间平
均 N2O排放通量为 9．23g／hm d，牧草生长期间平均 N2O排放通量为 4．1g／hm d，生长季节土地利用方
式发生变化后 N2o排放量增加 125％。皇甫川天然草地、退耕草地和农 田土壤 N2o排放通量具有明显的季
节变化 ，一般夏季排放强度高于冬季。草地转变为农 田后 N2o排放通量增加，但农 田再恢复到草地后土壤
N2o排放通量降低，且高于天然草地(见表 1)。
表 1 天然草地 、退耕草地和农田土壤 N20排放通量 比较
Tab．1 Comparison of soil N20 emission from natural grassland，revegetation grassland and farmland
El期(年一月) N2O排放通量／kg·hm一 ·d～N2O emission 日期(年 月) N2O排放通量／kg·hm ·d～N2O emission
[3ate(year‘mon h) 天然草地 退耕草地 玉米地 Date(year-month) 天然草地 退耕草地 玉米地
Natural Revegetation Maize Natural Revegetation Maize
grassland grassland lan d grasland grassland land
1999—04 0．86 1．38 2．45 2000—10 0．18 2 01 2 80
1999—07 1．58 2．79 4．24 2001—01 —2．60 0 56 0．02
1999—10 0．18 1．46 1．80 2001—04 0．16 0．90 1 07
2000—01 0．69 1 04 1．37 2001—07 0．42 2．34 2 93
2000—04 0．42 0．90 2．07 2001—10 1．86 0．55 0 38
2000—07 1．35 2．70 4．69
3 小 结
森林 、草地以及旱地农 田土壤均为 CO2和 N2o排放源，为大气 CH 吸收汇；森林 、草地及旱地农 田土壤
温室气体排放呈明显的季节变化，夏季 CO2和 N2o排放通量高，但对 CH4吸收率低；土壤 co2排放通量的
季节变化幅度寒温带森林生态系统高于亚热带森林生态系统，这可能与不 同气候区温度变化特点有关 ；寒
温带森林生态系统土壤 co2排放通量采伐迹地明显高于红松林和白桦林；土壤 CH 吸收通量寒温带森林生
态系统明显高于亚热带森林生态系统 ；草地转变为农 田后土壤 CO2、N2O排放通量增加 ，土壤对 CH 吸收能
力降低 ，退耕还草后并未明显降低土壤 co2排放通量和对 cH4吸收通量，但退耕还草后土壤 N2o排放通量
明显低于农 田N2o排放通量。
参 考 文 献
1 李克让主编 ．土地利用变化和温室气体净排放与陆地生态系统碳循环．北京：气象出版社 ，2002
2 W atson R．T．，Noble I．R．，Bolin B．，et a1．Land Use，Land‘Use Change，and Forestry．Cambridge：Cambridge University Press．2000
3 Keler M ．，M itre M ．E．，Stalard R．F．Consumption of atmospheric methane in soils of central panama：Effect of agricultural development
Global Biogeochem Cycles，1990，4：21～27
4 Mosier A．R．，Sehimel D．S．Influence of agricultural nitrogen on atmospheric methane and nitrous oxide．Chemistry and Industry
， 1991，23
874～876
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