全 文 ：黄土区土壤 CO2 释放及其影响因素研究
张晓龙 马润花
(烟台大学环境学院 烟台 264005) (山东烟台师范学院地理系 烟台 264025)
摘 要 研究表明黄土区土壤 CO2 释放具有一定特殊性。从当日清晨至次日晨土壤 CO2 释放量呈由高至低再变高
的规律 , 其变化趋势大体与温度变化一致 ,但时间上有一定滞后性。土壤 CO2 释放量有明显季节变化 , 夏季日释放
量最高 , 秋季次之 , 冬季最低。不同覆被土壤 CO2 释放量存在差异 , 裸地释放量较高。CO2 释放量对土质变化敏感 ,
致密土壤则释放量小。
关键词 黄土 土壤 CO2 释放 变化规律 影响因素
CO2 emission from soil and its affecting factors in loess area .ZHANG Xiao-Long( Environmental College, Yantai Universi-
ty, Yantai 264005, China) , MA Run-Hua(Geography Department, Y antai Normal College of Shandong, Yantai 264025,
China) , CJEA ,2006,14(2) :135～137
Abstract The research results show that theamount of CO2 emission fromsoil tends to keeping pace with the temperature
change in Xi’an loess area, however thechangeof theformer is later than that of thelatter .Theamount changesall theyear
round, with thehighest amount in thesummer , then theautumn, and thelowest in the winter . Theamount varies under the
different conditions of vegetation .Generally speaking, there is a higher amount on the bare ground .The emission of CO2 is
sensitive to the textureand structureof soil .More CO2 is emitted from loose layers than solid ones .
Key words Loess,CO2 emission from soil, Change,Affecting factors
( Received Dec .11,2004;revised Feb .3, 2005)
收稿日期 : 2004-12-11 改回日期 : 2005-02-03
大气中以 CO2 为主的温室气体增加是导致全球气候变暖的主要原因 , 陆地土壤是地球表面最大的碳
库 ,我国黄土分布广泛 , 土层深厚 ,是土壤碳库的重要组成部分[ 1] , 本试验研究了西安黄土地区不同覆被条
件下土壤 CO2 释放量及其变化规律 ,为减缓土壤 CO2 释放、改善全球环境提供理论依据。
1 研究区域概况与研究方法
西安位于中国腹地陕西省关中平原中部 , 居于渭河南岸 , 地貌类型以平原为主 , 其主体是渭河冲积平
原 ,黄土台塬是西安地貌的另一突出特点 , 发育于晚更新世晚期的马兰黄土广泛覆盖于河流二级阶地以上
各地貌单元表层。渭河二、三级阶地地层厚约 10m,阶地面与黄土塬面平坦开阔 , 土层深厚。西安地区已基
本无天然植被 ,主要为栽培作物、人工植被及次生植被[ 2] 。本研究采用静态碱液吸收法 , 选择具有代表性的
图 1 裸地土壤 CO2 释放量昼夜
变化 (2000-11-26)
Fig .1 Change of CO2 emission amount
from bareland soil on Nov .26,2000
西安南郊渭河二级阶地和黄土台塬为观测点 , 于 1999 年 9月～2001
年 9月多次昼夜观测草地、裸地、疏林地以及农田土壤 CO2 的释放 , 观
测时用 8mol/ L NaOH 溶液作吸收阱 , 每隔 1h取样观测 1次。样品带
回实验室后用0.1mol/ L盐酸滴定并计算土壤 CO2 的释放速率、建立数
据库。
2 结果与分析
2 . 1 土壤 CO2 释放量的昼夜变化
图 1～图 3表明土壤 CO2 释放量呈明显的昼夜变化 , 从当日清晨
至次日晨土壤 CO2 释放量呈由高至低又变高的波动变化 ,释放量低值
一般出现在午时左右 , 午后迅速增加 , 高值一般出现在夜间 , 整个夜间
土壤 CO2 释放量较大 ,凌晨 6: 00左右释放量开始明显减少。资料表
第 14 ?卷第 2期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol .14 No .2
2 0 0 6 ?年 4 月 Chinese Journal of Eco-Agriculture April , 2006
图 2 草地与玉米地土壤 CO2 释放量
昼夜变化 (2001-08-14)
Fig .2 Changes of CO2 emission amount from soil
in grassland and maize field on Aug .14, 2001
明 19: 00～次日 6: 00 间土壤 CO2 释放量占昼夜释放总量的
60%左右。表面看来土壤 CO2 释放量与气温有反相关关系 , 但
释放量的高值和低值并不与气温的低值和高值完全对应 , 这是
土壤 CO2 释放量变化滞后于气温变化所致 , 而并非真正存在反
相关关系。昼夜变化中土壤 CO2 释放量变化比温度变化约滞
后 6h,且不同地表覆盖滞后时间有所不同 , 裸地和农田滞后时
间较短 , 草地和林地滞后时间较长。塬区裸地释放量观测结果
表明 , 土质对土壤 CO2 释放量的影响较明显 , 坚实致密土层土
壤 CO2 释放量较小 ,日释放总量 < 700mg/ m2 ,仅相当于同期草地
和农田土壤释放量的 1/ 5～1/ 3。土壤 CO2 昼夜释放规律为土
壤 CO2 释放量在 1 个昼夜中随温度变化而变化 , 但释放量变化
相对于温度有一定滞后性。一般 11: 00～14: 00出现 1 天中的最
图 3 白鹿塬土壤 CO2 释放量昼夜
变化 (2001-05-07 )
Fig .3 Changes of CO2 emission amount fromsoil
in Bailu tableland on May 7, 2001
低释放量 ,之后释放量迅速上升 , 至晚 19: 00～23:00出现全天的
最高值 , 凌晨 5:00～7: 00 CO2 释放量明显下降之前有明显波动 ,
通常白昼土壤 CO2 释放量明显低于夜晚。由于地表覆被及生
物群落的差异 , 不同生态系统土壤 CO2 释放量存在一定差异。
温度适宜下裸地土壤 CO2 释放量较多 , 但波动性较大 , 这与其
他研究者在不同地区的研究结果不同 , 如崔骁勇等[ 3] 对温带草
原土壤呼吸的研究、刘绍辉等[ 4] 对温带森林的观测、刘允芬
等[ 5] 对高寒土壤 CO2 释放的研究等所得结果均为土壤 CO2 释
放量变化随温度的变化较直接 , 白天释放量明显高于夜间。但
本研究表明黄土区土壤 CO2 释放量的变化具有特殊性 ,这与黄
土地层有巨厚、较均一土层有一定关系 , 其他任何非黄土地区土
层均不可能有此特点。
图 4 林地土壤 CO2 释放量季节变化( 2000～2001)
Fig .4 Seasonal change of CO2 emission amount
from woodland soil during 2000 to 2001
2 . 2 土壤 CO2 释放量的季节变化
图 4表明林地土壤 CO2 释放量随季节变化而存在明显变化。
夏季特别是 7月份土壤 CO2 释放量高 ,冬春季土壤 CO2 释放量最
低。土壤 CO2 释放量的变化随气温的升降而增减 ,释放量与气温
变化几乎同步但不完全一致 , 春季气温迅速回升 , 土壤 CO2 释放
缓慢增加 ,这主要由土壤 CO2 释放相对于气温有一定滞后所致。
夏秋季节土壤 CO2 每 h 最大释放量约为最低释放量的4～11
倍 ,冬春季节土壤 CO2 每 h 最大释放量约为最低释放量的 10
倍以上 ,即温度越低 , 土壤 CO2 释放量的变化波动则越大 , 在温
度对生物生命活动较适宜季节 , 土壤 CO2 释放量的波动变化则
相对较小 ,释放较稳定。裸地与草地土壤 CO2 释放量的季节变化规律类似 , 总体而言土壤 CO2 释放量的变
化均随温度变化而变化 ,二者间具有较好的相关性。
2 . 3 影响土壤 CO2 释放量变化的主要因素
试验表明土壤 CO2 释放具有强烈的时空差异性 , 受多种因素的影响。温度影响植物地上部分生理活
动、土壤微生物生长繁殖及根系呼吸等活动。观测表明土壤 CO2 释放的日变化和季节变化均与温度密切相
关 ,呈极显著相关关系。多数学者认为土壤 CO2 的释放主要受气温与表土层地温的影响 , 而与深层土壤温
度关系较小[ 3 , 6] , 但黄土地层与此情形不同 (见表 1)。黄土地层地下 160cm处温度与 CO2 释放量仍显著相
关 ,这与本研究挖去 1.0m表土层之后所观测的 CO2 释放量仍较大一致 , 表明黄土母质上 CO2 来源深度较
大。降水间接影响土壤 CO2 释放 ,降水对土壤 CO2 释放量的影响主要在于影响土壤水分含量 , 使土壤湿度
发生变化 , 土壤水分过高过低均不利于土壤中的生物活动。不同环境下不同土壤类型水分含量存在差异。
黄土地层持水量小 ,黄土地区土壤水分对土壤 CO2 释放量的影响迅速 [ 7] 。较小或零星降水对土壤 CO2 的释
放基本无影响 , 较大或持续降水则对土壤CO2释放的影响较明显 ,使土壤CO2释放量减少 , 且释放量的昼夜
136 中 国 生 态 农 业 学 报 第 14 ?卷
变化表现更加不规则。植被对土壤 CO2 释放的影响也很重要 , 不
同植被下土壤理化性质不同 , 地表辐射平衡状况亦不同。植被覆
盖度较高的地面 ,植物生长季土壤温度较低 , 土壤表层温度日振幅
和季节变化较小。试验表明 , 裸地 CO2 释放日变化较草地和林地
波动大。在外界环境因素影响下 , 裸地 CO2 释放量的反应较为迅
速 ,日振幅较大 , 滞后于温度的时间较短 , 大多情况下裸地 CO2 释
放量较多。因而保护植被、进行生态建设对减缓 CO2 排放和大气
CO2 含量的增加具有重要意义。土层本身性质对土壤 CO2 的释放
也有重要影响。试验表明土壤CO2释放量在空间上差异极大 , 尤
表1 土壤CO2 释放量与各层次温度的相关关系 *
Tab .1 CorrelationbetweenCO2 emissionamount from
soil andtemperaturesindifferentsoil layers
土层/ cm 回归方程 R2 )
Soil layers Regression equations
0 ? Y = 0. 1838 x + 1 . 2084 0 .7351
20 ? Y = 0. 1918 x + 0 . 8157 0 .7328
80 ? Y = 0. 2508 x - 0 . 0894 0 .8037
160 ? Y = 0. 3371 x - 1 . 3847 0 .6890
320 ? Y = 0. 3582 x - 1 . 7931 0 .1859
* Y 为土壤 CO2 释放量 , x 为对应层次的温度。
其农田表现突出。农田受人为耕作活动的影响 ,土层的原有结构被破坏 ,从而对 CO2 的释放产生显著影响。
从白鹿塬裸地土壤 CO2 释放量看 ,该处裸地土层坚实 , 释放量仅相当于同期草地和农田的 1/ 5～1/ 3, 也说明
土层性质对释放量有显著影响。
3 小 结
西安黄土分布区土壤 CO2 释放量具有明显昼夜变化 , 即从当日清晨至次日晨 , 土壤 CO2 释放量呈由高
至低再到高的变化规律。土壤 CO2 释放量的变化趋势大体与温度变化一致 ,但时间上有一定滞后 , 表现为
白昼土壤 CO2 释放量明显低于夜间。土壤 CO2 释放量随季节变化亦有明显变化 , 夏季日释放量最高 , 秋季
次之 ,冬季最低。温度是影响西安黄土区土壤 CO2 释放量变化的最重要因素 , 土壤 CO2 释放量的变化与温
度呈极显著相关关系 ,随着全球变暖 , 土壤 CO2 释放量将增加。不同植被条件下土壤 CO2 释放量存在差异 ,
一般而言裸地土壤 CO2 释放量较高且地表土壤 CO2 的释放量变化较大 , 林地和草地地表覆盖良好 , 土壤
CO2 释放量较低且释放较稳定。土壤 CO2 对土质、土壤结构差异反应敏感 , 疏松土层 CO2 释放量明显大于
密实土层。对黄土母质上发育的土壤而言 , CO2 不仅来自 1m以内的浅层土壤 , 且来自更深的土层。
参 考 文 献
h1 刘东生 .黄土与环境 .北京 : 科学出版社 , 1985
2 陕西师范大学地理系 .西安市地理志 .西安 :陕西人民出版社 , 1988
3 崔骁勇 , 陈佐忠 ,陈四清 .草地土壤呼吸研究进展 .生态学报 , 2001 , 21( 2) : 315～325
4 刘绍辉 , 方精云 ,清田信 .北京山地温带森林的土壤呼吸 .植物生态学报 , 1998 , 22( 2) : 119～126
5 刘允芬 , 欧阳华 ,曹广民等 .青藏高原东部生态系统土壤碳排放 .自然资源学报 ,2001, 16( 2) : 152～160
6 罗 辑 , 杨 忠 ,杨清伟 .贡嘎山东坡峨眉冷杉林区土壤 CO2 排放 .土壤学报 , 2000 ,37( 3) : 402～409
7 赵景波 , 徐芹选 ,张晓龙等 .西安地区黄土地层含水空间研究 .陕西师范大学学报 ( 自然科学版 ) , 2001 , 29( 4) : 101～105
第 2 ?期 张晓龙等 : 黄土区土壤 CO2 T释放及其影响因素研究 137