全 文 ：第28卷第4期
2009年8月
生态
Ecological
科学
S ience
28(4)：289-292
Aug．2009
喀斯特石漠化地区土壤温室气体的地气交换特征
刘 芳L2，刘丛强p，王仕禄1，兰翠玲2
1．中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室，贵阳550002
2．百色学院化学与生命科学系，百色533000
【摘要】利用密闭箱．气相色谱法于200“2007年对黔中喀斯特地区土壤二氧化碳、氧化亚氮和甲烷的释放通量进行原位观测，
研究我国南方喀斯特石漠化地区土壤温室气体地气交换特征。结果表明：喀斯特石漠化地区土壤是大气C02、N20的释放源，
cH4的吸收汇。土壤c02的释放通量介于450．8士50．8～1281．3士214．7mg·m五．h。1在之间，夏秋季节高于冬春季节；N20的释放通
量介于．25．钍4．1—105．8士31．2烬·m-2．h“之间，在夏季最高，在9月、11月和12月出现土壤对大气N20的吸收；全年cH4交换
通量介于-O．27士o．18~0．81士0．26mg·m～．h“之间，随季节的变化不明显。气候条件对土壤c02和cH4交换通量的影响较小，土壤
水分对N20释放通量的影响效应在不同的季节不同。相关分析结果显示，土壤N20和cIl4地气交换通量受到土壤硝态氮含量
的调控。
关键词： 喀斯特；石漠化；温室气体：季节变化；交换
面i：10．3969，j．is轴．1008-8873．2009．04．ool中图分类号：x5 l文献标识码：A 文章编号：l008．8873(2009)04—289一04
ThecharacteristicsofgreenhousenuxofsoilinKarstrockydesertificationregions
LIUFan91一，LIUcong．qi锄一，wANGshi．1u1，LANclli．1in92
1．sInteK掣kbordt叫耐E刖imnm硎nlGeochemis咻I璐觚te彭Geoch鳓is咄ch嘲eseAc口de啷西sci nces．Gtl移甜g
550002．Chino
2．Depnr棚em西Chemis吣ondL掘science．B幽eUni、，ers毋．Bnjse533000，Chi船
Abstract：C02，N20柚dCH4nuxes舶mKarstrockydcs硎ficationre弱incen廿alGuizhouwcfcme踟rcdmonthlybyus堍
staticch卸山er-a：memod自omJune2006toMay2007t0investigatethecllancteristicsofse弱onalch卸geofgrecllllo吣egas
flux舔仔omsoilinKarstregioninSouttlChiIm．Theresultsindicatethatthesoilsafethesou∽esofC02柚dN20，butthesinkof
CH4．C02n11)【eschange的m450．8士50．8to1281．3士2l4．7mg·m～．h～，winlhi曲crnuxesinsunHncrand引m加n，butlower
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soilsa_bsorbN20illtheairinSept廿nberNovembcr锄dDec锄ber．CH4nuxesshownosignificantcllanges埘tllthese舔ons，趾d
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C}14．Theeffectsof∞ilwa钳∞N20nuxesvarywimse髂。雌．11圮correlationa∞lysisshowsthattllercis i鲈ific觚torrclati∞
be附e∞soilni仃atecom∞t柚dN20／CH4nuxes，sugg色stil唱nim疵：contemin∞ilisthepfiⅡla巧血venf如tora伍bctingthe
seaso觚lch锄geofN20姐dCH4fluxes．
Keywords：勋rst；rockydesertification；greenllo惦egas；seas nalV撕ability；exchange
收稿日期：2009—04．22收稿，2009．08．10接受
基金项目：国家自然科学基金项目(40876074；30770336)和珠海市科技计划重点项目(PC20061045)资助。
作者简介：刘芳(1980一)，女，博士·主要研究方向为上壤温室气体地一气交换的地球化学特征。E姗脚：h姘iu雠g@弘lail．咖
’通讯作者：刘丛强，E．嫩il：liuc∞gqi柚g@“p．sHcg．∞
万方数据
l前言(IntroduCtion)
二氧化碳、甲烷和氧化亚氮是大气最主要的三种
温室气体，对全球变暖的贡献超过70％【lJ，并分别以
每年0．5％、O．8％和O．3％的速率增长12|。土壤作为
C02、CH4和N20的主要生物源，对其源、汇的探测
一直是全球变化研究的重点前沿课题。我国目前对自
然土壤温室气体源汇的研究区域主要集中在东北长
白山、广州鼎湖山、四川贡嘎山森林，内蒙古草原，
三江平原湿地等，而对占全球陆地总面积15％的岩溶
地区土壤温室气体源汇的变化特征研究较少。因此，
本文以贵州省喀斯特石漠化地区为研究对象，研究土
壤c02、cH4和N20的地气交换特征，并研究温度、
土壤水分对土壤温室气体地气交换通量的影响。
2 材料与方法(Materialandmethods)
2．1研究区概况
试验点位于贵州省清镇市王家寨浅碟状峰丛洼
地小流域示范点(2603l’29”N，106。20，40”E)，在喀斯
特生态环境中具有很强的代表性。该区域属亚热带湿
润温和型气候，年均气温14℃，受季风影响，雨量
较充沛，降水量l200I姗。采样点土被不连续，土
层浅薄，一般小于30cm。植被覆盖度差，物种较单
一，优势物种为花椒(历珂历咧胁m6“，蜓y口"”叫、异叶
鼠李(R办口所以淞办efe脚乃y妇)、悬钩子蔷薇俾傩口瑚6螂)
和火棘份，彻Ⅺ雄砌加砌删胛力。基岩为石灰岩，裸露面
积70％以上，土壤为棕色石灰土，pH介于6．3~6．5，
有机质和有机氮含量分别为44．2g·kgd和3．7g·kg～。
2．2研究方法
2．2．1气体的采集和测定
利用密闭箱一气相色谱法对土壤C02、CH4和
N20通量进行测定。2006年6月至2007年5月每月
15号分别对各观测点土壤气体样品进行野外采集。
采气装置为20cm×20cm×50cm四面和顶部封闭的
无机玻璃明箱，顶部分别设有一个小电扇、采气孔和
温度计。每次采样时使用三个箱体平行进行，采样当
天上午lO时将无机玻璃箱底部开口倒扣在四周有水
槽的不锈钢底座上，底座插入地下10cm，水槽注水
以液封。分别在罩箱后的3、6、9、12、15min采集
气体样品贮存至预先抽成高真空(1．Opa)的30mL胶
塞玻璃气瓶内，同时记录箱内气体温度。样品带回实
验室后立即使用惠普6890气相色谱仪测定，气相色
谱测定条件见表l，根据箱内气体浓度随时间的变化
速率线性回归计算土壤温室气体的交换通量【31。
表l气相色谱的测定条件
坠垒堑! 坠!璺呈!幽iQ婴!塑垒i堕里堕壁!鱼箜堡业堡璺堡’旦垫塾
项目Item N20 C02 C}14
色谱柱Col删呲
Po础Q
(L=3m，Dt2mm，80／100mesh)
柱温(℃)
50 50 50
Col咖temperatlIrc
载气ca耐ergas
(95％：5哟。
载气流量(InL·m酊1)
20
CarTicrg硒flow
检测器D酏ector ECD
检测器温度(℃)
320
Detectorte埘【peI咖rc
转化器C∞vcner ．
转化器温度(℃)
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空气／H2流量
(mL．m酊1)A耐H2now
。
N2
(99．99呦
N2
(99．99％)
20 20
。
FID FD
250 250
Ni催化剂
Nicatalyst
375 —
350／30350／30
2．2．2环境因子的测定
每次采集气体样品的同时使用水银温度计测定
气温，地温计测定地表温度，土壤5cm、lO锄、15
cm、20cm、25cm和30cm土层温度，并使用土钻
采集剖面0crn~5cm、5cIn~10cm、10cIn~15cm、
15cIn~20cm、20cm～25cm、25cm～30cm层土壤样
品，带回实验室立即采用烘干法测定土壤水分，采
用靛酚蓝比色法测定土壤铵态氮含量，采用镀铜镉
还原．重氮化偶合比色法测定土壤硝态氮含量。
3结果与讨论(ResuItandiscussion)
3．1土壤c02地气交换特征
在观测期内(图1)，土壤C02地气交换通量介于
450．8士50．8～1281．3士214．7m酽m．2·h-1之间，为大气
c02的释放源。土壤c02交换通量的季节变化总体
表现为夏秋高于冬春季节，与土壤温度、水分的季节
万方数据
4期 刘 芳，等：喀斯特石漠化地区土壤温室气体的地气交换特征
变化不相同。在温度较高的生长季节7月出现释放低
谷，释放通量仅为491．7士54．9mg·m．2．h～，随后在9月
达到全年最高释放峰值1281．3士214．7mg·m～．h～，lO
月至次年3月，土壤C02的交换通量没有随温度的
变化而降低，而是相对稳定且维持在较低的范围，3
月后c02释放通量又随着温度的升高显著增加。
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室
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图l土壤c02释放通量季节变化
Fig．1SeasoⅡalV riabiIi够ofC02nuxesf|omsons
研究表明，温度是影响喀斯特地区黄壤C02释
放的主要驱动因素【4J，温度越高，土壤呼吸作用越强，
释放的C02就越多【5’6J，而在石漠化地区，温度和土
壤水分对石灰土C02释放的影响均不显著。Bertr觚d
等研究表明石灰土中无机碳源的非生物途径产生的
C02，对土壤C02产生的贡献约为13％【71，同时由于
石漠化地区土壤浅薄，其下伏碳酸盐岩的化学风化
和沉积过程对土壤C02的产生和消耗也具有重要影
响【8】。因此，对于喀斯特石漠化地区，土壤C02发生
源的复杂性降低了其对气候的相应。
3．2土壤N20地气交换特征
土壤N20地气交换通量介于．25．4士4．1一105．8士
31．2嵋·m．2．h。1之间，除了个别月份出现对大气N20
的吸收外，全年土壤为大气N20的释放源(图2)。土
壤N20的交换通量在高温、降雨频繁的夏季最高。
表2土壤N20、Cll4通量与剖面硝态氮浓度相关性
夏季土壤的干湿交替有利于硝化作用和反硝化作用
交替成为N20的主要产生机制，同时可抑制反硝化
过程中的深度还原，使得N20的产生量增大【9】。8月
虽然温度最高，但由于降雨量小，土壤N20的释放
量反而较低。早期对喀斯特地区旱田土壤N20的释
放特征的观测结果也表明，降雨与N20释放峰间存
在明显的驱动响应关系，这种驱动关系在夏季较明
显¨Ⅲ。9月至次年3月土壤N20的释放量维持在较
低的水平，在9月、11月和12月的观测日还出现对
大气N20的吸收。秋冬季节气温较低，土壤微生物
活性弱，因此土壤N20的释放通量较低，在某些观
测日，持续降雨甚至会导致土壤出现对大气N20的
吸收。3月份以后随着天气回暖，土壤释放的N20逐
月增加。
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6 7 8 9 10 1l 12 l 2 3 4 5
月锄
图2土壤N20释放通量季节变化
Fig．2seas蚰alV riabiI姆ofN20nux鹤fmmso弧
相关分析结果表明，全年土壤N20的释放通量
与剖面N03一浓度显著正相关(表2)，在3～8月份还与
o~5锄土壤水分显著正相关(P漠化地区，土壤N20的产生主要受到土壤N03一含量
的控制，降雨对N20释放通量的影响在春夏季节为
促进作用，在秋冬季节则不利于土壤N20的释放，
甚至导致土壤吸收大气N20。
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万方数据
3．3土壤CIl4地气交换特征
如图3，全年土壤对大气CH4的交换通量介于
．0．27士O．18—O．8l士0．26mg·m。．h一之间，除了6月份出
现土壤CH4的释放以外，全年土壤表现为大气CH4
的吸收汇，随季节的变化规律不明显。虽然土壤CH4
吸收通量与气候的变化差异较大，但与土壤剖面
N03一浓度显著负相关(表2)，土壤N03一浓度越高，土
壤对大气CH4吸收就越小。部分学者认为N03‘对土
壤CH4氧化的抑制作用是降低土壤对大气CH4吸收
的主要原因【ll12J，但也有学者认为这与N03一无关，
而是由于离子浓度升高后降低了水势，抑制了CH4
的氧化【l工圳。目前对N03’与土壤CH4吸收量的反相
关关系到底是由于N03一对CH4氧化的抑制作用还是
由于离子浓度增加的原因仍未弄清【141。
月moI曲
6 7 8 9 10“12 l 2 3 4 5
图3土壤cll4释放通量季节变化
Fig．3SeasonalV撕abmqofCll4nuxesfromsons
4 结论(ConcIusion)
(1)喀斯特石漠化地区土壤为大气CH4的吸收汇，
C02和N20的释放源。
(2)土壤温度和水分对喀斯特地区土壤C02和
CH4地气交换的影响较小，降雨在春夏季节促进土壤
N20的释放，在秋冬季节则不利于土壤N20的释放，
甚至导致土壤吸收大气N20。
(3)喀斯特石漠化地区土壤N20和CH4的地气
交换通量主要受到土壤硝态氮的控制，硝态氮的含量
越高，土壤产生和释放的N20就越多，而对土壤CH4
吸收则表现为抑制作用。
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一1．，昌面吕v
8衅j岛．IIu棚缎t王u
万方数据
喀斯特石漠化地区土壤温室气体的地气交换特征
作者： 刘芳， 刘丛强， 王仕禄， 兰翠玲， LIU Fang， LIU Cong-qiang， WANG Shi-lu， LAN
Cui-ling
作者单位： 刘芳,LIU Fang(中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室,贵阳,550002;百
色学院化学与生命科学系,百色,533000)， 刘丛强,王仕禄,LIU Cong-qiang,WANG Shi-
lu(中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室,贵阳,550002)， 兰翠玲,LAN
Cui-ling(百色学院化学与生命科学系,百色,533000)
刊名： 生态科学
英文刊名： ECOLOGICAL SCIENCE
年，卷(期)： 2009,28(4)

参考文献(14条)
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