全 文 ：中国生态农业学报　2008 年 11 月　第 16 卷　第 6 期
Chinese Journal of Eco唱Agriculture，Nov．2008，16（6）：1458－1463 　　
DOI： 10．3724／SP．J．1011．2008．01458
冬小麦农田二氧化碳通量及其影响因素分析倡 倡
林同保　王志强　宋雪雷　曲奕威　孟战赢
（河南农业大学农学院　郑州　４５０００２）
摘　要　以冬小麦农田为研究对象，利用涡度相关通量测量系统，测定了 ＣＯ２ 通量及其影响因素。 结果表明：
冬小麦 ＣＯ２ 通量存在明显的日、季变化，各生育时期 ＣＯ２ 通量日变化均呈倒“Ｕ”型，ＣＯ２ 通量瞬时最高值和累
积值在灌浆前期达到最大，抽穗期次之，返青期最低。 潜热通量、显热通量、净辐射、光合有效辐射均与 ＣＯ２ 通
量呈极显著正相关。 潜热通量与 ＣＯ２ 通量的相关系数在 ０．９２０ ～０．９５５ 之间，苗期、拔节期和抽穗期相关性较
高，灌浆期较低；显热通量与 ＣＯ２ 通量的相关系数在 ０．８０１ ～０．９５３ 之间，拔节期相关性最高，苗期次之，抽穗
期和灌浆期较低；净辐射与 ＣＯ２ 通量的相关系数在 ０．８７９ ～０．９６７ 之间，苗期、拔节期和抽穗期较高，灌浆期较
低；光合有效辐射与 ＣＯ２ 通量的相关系数在 ０．９１０ ～０．９５３ 之间，冬小麦生育前期和后期光合有效辐射对 ＣＯ２
通量的影响小于生育中期。 灌溉在一定程度上可以提高 ＣＯ２ 通量。
关键词　冬小麦　涡度相关通量　ＣＯ２ 通量　气象因素
中图分类号：Ｓ３１４　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１６７１－３９９０（２００８）０６ －１４５８ －０６
CO2 flux and impact factors in winter wheat field ecosystem
ＬＩＮ Ｔｏｎｇ唱Ｂａｏ， ＷＡＮＧ Ｚｈｉ唱Ｑｉａｎｇ， ＳＯＮＧ Ｘｕｅ唱Ｌｅｉ， ＱＵ Ｙｉ唱Ｗｅｉ， ＭＥＮＧ Ｚｈａｎ唱Ｙｉｎｇ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｇｒｏｎｏｍｙ， Ｈｅｎａｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００２， Ｃｈｉｎａ）
Abstract　ＣＯ２ ｆｌｕｘ ａｎｄ ｉｍｐａｃｔ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｅｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｙ ｅｄｄｙ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ ｆｉｅｌｄｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｄｉｓｔｉｎｃｔ
ｄｉｕｒｎａｌ ａｎｄ ｓｅａｓｏｎａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ ｉｎ ＣＯ２ ｆｌｕｘ ｉｎ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ ｆｉｅｌｄｓ ｗｉｔｈ ａｎ ｉｎｖｅｒｔｅｄ Ｕ唱ｓｈａｐｅｄ ｄｉｕｒｎａｌ ｃｈａｎｇｅ ｉｎ ＣＯ２ ｆｌｕｘ ｆｏｒ ｅｖｅｒｙ
ｇｒｏｗｔｈ ｓｔａｇｅ．ＣＯ２ ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ ｐｅａｋ ａｎｄ ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ ｆｌｕｘｅｓ ａｒｅ ｍａｘｉｍｕｍ ａｔ ｈｅａｄ唱ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｓｔａｇｅ， ｎｅｘｔ ｈｉｇｈｅｓｔ ａｔ ｈｅａｄｉｎｇ ｓｔａｇｅ
ａｎｄ ｌｏｗｅｓｔ ａｔ ｒｅ唱ｇｒｅｅｎｉｎｇ ｓｔａｇｅ．Ｌａｔｅｎｔ ｈｅａｔ ｆｌｕｘ， ｓｅｎｓｉｂｌｅ ｈｅａｔ ｆｌｕｘ， ｎｅｔ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｆｌｕｘ ａｎｄ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｃｔｉｖｅ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ａｒｅ ａｌｌ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｐｏｓｉｔｉｖｅｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｗｉｔｈ ＣＯ２ ｆｌｕｘ．Ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｌａｔｅｎｔ ｈｅａｔ ｆｌｕｘ ｔｏ ＣＯ２ ｆｌｕｘ ｉｓ ０．９２０ ～０．９５５， ｗｈｉｃｈ
ｉｓ ｈｉｇｈｅｒ ｉｎ ｓｅｅｄｌｉｎｇ， ｊｏｉｎｔｉｎｇ ａｎｄ ｈｅａｄｉｎｇ ｓｔａｇｅｓ， ａｎｄ ｌｏｗｅｒ ｉｎ ｆｉｌｌｉｎｇ ｓｔａｇｅ．Ｔｈａｔ ｏｆ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｈｅａｔ ｆｌｕｘ ｔｏ ＣＯ２ ｆｌｕｘ ｉｓ ０．８０１ ～
０．９５３， ｈｉｇｈｅｒ ａｔ ｊｏｉｎｔｉｎｇ ｓｔａｇｅ， ｎｅｘｔ ａｔ ｓｅｅｄｉｎｇ ｓｔａｇｅ ｂｕｔ ｌｏｗ ａｔ ｈｅａｄｉｎｇ ａｎｄ ｆｉｌｌｉｎｇ ｓｔａｇｅｓ．Ｔｈａｔ ｏｆ ｎｅｔ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｆｌｕｘ ｔｏ ＣＯ２ ｆｌｕｘ ｉｓ
０．８７９ ～０．９６７， ｈｉｇｈｅｒ ａｔ ｓｅｅｄｉｎｇ， ｊｏｉｎｔｉｎｇ ａｎｄ ｈｅａｄｉｎｇ ｓｔａｇｅｓ， ｂｕｔ ｌｏｗｅｒ ａｔ ｆｉｌｌｉｎｇ ｓｔａｇｅ．Ｔｈａｔ ｏｆ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｃｔｉｖｅ ｒａｄｉａｔｉｏｎ
ｔｏ ＣＯ２ ｆｌｕｘ ｉｓ ０．９１０ ～０．９５３，ｌｏｗｅｒ ａｔ ｐｒｏｐｈａｓｅ ａｎｄ ａｎａｐｈａｓｅ ｔｈａｎ ａｔ ｍｅｔａｐｈａｓｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｌｓｏ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ｉｍ唱
ｐｒｏｖｅｓ ＣＯ２ ｆｌｕｘ ｔｏ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｅｘｔｅｎｔ．
Key words　Ｗｉｎｔｅｒ唱ｗｈｅａｔ， Ｅｄｄｙ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ， ＣＯ２ ｆｌｕｘ， Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ ｆａｃｔｏｒ
（Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ａｕｇ．２３，２００７； ａｃｃｅｐｔｅｄ Ｄｅｃ．２７，２００７）
　　由于人类活动影响，大气 ＣＯ ２ 浓度已比工业
革命前增加了 ３１％，并继续以每年约 ０．４％
（１．５ ｍｇ· ｋｇ －１ ）的速度上升 ［ １ ］ 。 大气 ＣＯ２ 浓度
增加导致的温室效应及全球气候变化正引起世
界各国的关注 ［ ２ ］ 。 在全球碳循环中，ＣＯ２ 在大气
圈、海洋和陆地生态系统 ３ 个主要碳库之间自然
地进行交换，但人类活动增加了 ＣＯ ２ 在这 ３ 个碳
库中的交换量。 由于物理和生物过程的结果，海
洋提供了一个长期的 ＣＯ２ 汇，且基本上不受人类
控制。 研究表明，陆地生态系统碳循环对全球碳
平衡起着重要的作用 ［ ３ ］ ：一方面，植被通过光合
作用固定大气中的 ＣＯ ２ ，另一方面植被和土壤的
呼吸作用向大气释放 ＣＯ ２ 。 作为陆地生态系统
重要组成部分的农田生态系统，受人类干预最多
倡 国家“粮食丰产科技工程”项目（２００６ＢＡＤ０２Ａ０７ －２）资助
林同保（１９６２ ～） ，男，博士，教授，主要从事作物节水及水分生理学研究。 Ｅ唱ｍａｉｌ： ｌｉｎｌａｂ＠１６３．ｃｏｍ
收稿日期：２００７－０８－２３ 　 接受日期：２００７－１２－２７
第 6期 林同保等：冬小麦农田二氧化碳通量及其影响因素分析
（耕作制度、栽培措施等 ） ，对自然环境影响最
明显。
目前世界上已有 １００ 多个生态研究网站进行
长期的 ＣＯ２ 、水和能量交换的研究和数据收集，而
这些网站主要建立在不同种类的森林生态系
统 ［ ４ －８ ］和草地生态系统 ［ ９ －１１ ］ ，少数几个建立在农
田生态系统的网站很难代表面积广阔、种类繁多
的整个农田生态系统。 我国对陆地生态系统 ＣＯ２
通量的研究已有较多报道，但都是采用局部的或
间接的方法，如叶室法、箱式法 ［ １２ ］和生物量法 ［ １３］ ，
及涡度相关和波文比 ［ １４ ，１５］等，只是对 ＣＯ２ 通量进
行宏观描述，未能进行深入分析。 叶室法和箱式
法主要用于局部器官、个体或局部土壤 ＣＯ２ 通量
的研究， 这些研究很难外拓到一个生态系统的水
平 ［ １６ ］ 。 生物量法则往往是从森林生物量的增长
和模型来推算森林的固碳通量，这种算法忽略了
森林土壤的碳源作用，以及森林生态系统内其他
非目的植物种类和枯枝落叶的碳吸收／释放能力，
是否能够真正代表一个生态系统的 ＣＯ２ 通量还有
待检验。
如何加强以 ＣＯ２ 减排与增汇为目的的农田生
态系统管理，是保证我国社会经济高速发展的同时
促进生存环境的改善及履行气候变化公约所迫切
需要解决的问题。 河南省为农业生产大省， 常年小
麦种植面积在 ４５０ 多万 ｈｍ２ 以上，其碳蓄积能力在
整个农田生态系统中占有重要地位。 本试验利用
涡度相关通量测定技术直接对农田生态系统的 ＣＯ２
通量进行长期监测，对农田生态系统碳积蓄能力及
外界环境作用机理进行研究。 本文探讨了冬小麦
生育期间农田 ＣＯ２ 通量的日季变化及其影响因素，
以期为提高农田生态系统碳积蓄能力提供理论
依据。
1　材料与方法
1．1　试验区概况
试验区设在河南省鹤壁市浚县农业科学研究
所实验场，位于北纬 ３５°４１′，东经 １１４°３３′，处于河
南省北部太行山东麓与华北平原的过渡地带，海
拔高度 ６１．５ ｍ。 属暖温带半湿润半干旱大陆性季
风气候，四季分明，光照充足，温差较大。 年平均
气温 １４．２ ～１５．５ ℃ ，０ ℃以上积温 ５ １００ ℃，年
降水量 ３４９．２ ～９７０．１ ｍｍ，年日照时数 １ ７８７．２ ～
２ ５６６．７ ｈ。 耕作制度为冬小麦、夏玉米 １ 年 ２ 熟，
本试验地是冬小麦产量为 ８ ２５０ ｋｇ· ｈｍ －２左右的
高产田。
1．2　试验设计
该实验场由通风良好、高度为 ２ ｍ 左右的钢筋
护栏围护（４００ ｍ ×５００ ｍ），四周与相同作物农田
紧密相连，构成了大范围均一的下垫面，可满足试
验要求盛行风向的风浪区长度。
开路涡度协方差测量系统由 ＣＲ５０００ 数据采集
器、ＣＳＡＴ３ 超声风速仪、ＬＩ７５００ ＣＯ２ ／Ｈ２Ｏ 分析仪和
１ 个 １ Ｇ 的 ＰＣ 卡组成。 ＣＲ５０００ 数据采集器控制测
量、运算及数据存储；ＣＳＡＴ３ 超声风速仪测量三维
风速和超声虚温；ＬＩ７５００ 测量 ＣＯ２ 和 Ｈ２Ｏ 浓度。
其他附件还有：ＨＭＰ４５Ｃ 温度／相对湿度探头、Ｑ７ －
１ 净辐射传感器、ＬＩ１９０Ｂ 光量子传感器、热敏电阻
温度探头、 热通量板、 ＣＳ６１６ 土壤水反射计和
ＴＥ５２５ＭＭ 雨量筒等。 对于湍流实时数据来说，程
序的执行间隔 １０ Ｈｚ，输出实时数据（１０ Ｈｚ）。 用
１ Ｇ的 ＰＣ 卡储存，每 ２５ ｄ 换 １ 次卡，除仪器检修、矫
正或因天气、供电等原因出现的缺测外，观测一直
连续进行。
1．3　数据处理
试验数据为 ２００４ ～２００５ 年冬小麦生长季数据，
选择冬小麦各生育时期连续 ３ ｄ 晴朗天气的试验数
据进行计算，文中数据均为 ３ ｄ 数据的的平均值，各
种相关分析均在 １％显著水平上进行。
2　结果与分析
2．1　CO2 通量的变化规律特征
冬小麦生育时期 ＣＯ２ 通量存在明显的日际和
季际变化（图 １）。 不同生育时期 ＣＯ２ 通量日变化
均呈倒“Ｕ”型，但不同生育时期倒“Ｕ”型高度不同，
灌浆前期最高，抽穗期次之，返青期最低，这与莫兴
国［ １７］和郭家选［１８］在灌浆期的研究结果一致。 １ ｄ
中，日出后 ＣＯ２ 通量逐渐增大，１２：００ 左右达到最大
值，１４：００ 后开始下降，２０：００ 左右达到最低值。
ＣＯ２ 通量代表农田生态系统的净生产能力，不同生
育时期 ＣＯ２ 通量呈规律性变化，除返青期略有降
低外，从苗期到灌浆前期 ＣＯ２ 通量最高值不断增
加，灌浆前期达最大值，而后迅速下降，灌浆后期
最高值降低，１ ｄ 中负值所占的时间开始变长。 当
ＣＯ２ 通量全天为负值时，表明生态系统向大气释
放 ＣＯ２ ，为减少后期无谓消耗对产量的影响，应及
时收获。 返青期 ＣＯ２ 通量较低是因越冬和返青期
小麦以呼吸消耗同化产物为主 ［ １９］ ，温度骤降造成
小麦 冻 害，叶 面 积 指 数 下 降，光 合 面 积 下 降
所至 ［ ２０］ 。
2．2　CO2 通量的影响因素分析
潜热通量、显热通量、超声虚温均值、空气温度
均值、空气相对湿度均值、净辐射均值、 光合有效辐
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中国生态农业学报 2008 第 16卷
图 1　不同冬小麦生育时期 CO2 通量的日变化
Ｆｉｇ．１　Ｄｉｕｒｎａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＯ２ ｆｌｕｘ ｄｅｎｓｉｔｙ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇｒｏｗｔｈ ｓｔａｇｅｓ ｏｆ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ
射均值、土壤平均温度均值、土壤体积含水量和土
壤热通量均值与 ＣＯ２ 通量的相关分析表明，超声虚
温均值、空气温度均值、空气相对湿度均值、土壤平
均温度均值、土壤体积含水量和土壤热通量均值与
ＣＯ２ 通量相关性不显著，潜热通量、显热通量、净辐
射均值和光合有效辐射均值与 ＣＯ２ 通量相关性均
达极显著水平。
2．2．1　潜热通量和显热通量与 CO2 通量的关系
由图 ２ 可知，潜热通量和显热通量与 ＣＯ２ 通量
的相关性均达显著水平，并在各生育时期表现出相
似的变化趋势。 苗期 ＣＯ２ 通量随潜热通量和显热
通量的增大而增加，并呈越增越快趋势；拔节期和
灌浆期均呈二次曲线增长，当增加到一定程度时趋
于平稳；抽穗期基本上呈持续直线上升趋势。 但潜
热通量和显热通量与 ＣＯ２ 通量的相关程度不同，潜
热通量与 ＣＯ２ 通量的相关性明显高于显热通量；二
者与 ＣＯ２ 通量的相关性在各生育期不同：潜热通量
与 ＣＯ２ 通量的相关系数在苗期、拔节期和抽穗期均
较高，分别为 ０．９４９、０．９５５ 和 ０．９５２，灌浆期相对较
低，为 ０．９２０；显热通量与 ＣＯ２ 通量的相关系数在拔
节期较高为 ０．９５３， 苗期次之为 ０．８７４，抽穗期和灌
浆期较低，分别为 ０．８３２ 和 ０．８０１。
图 2　冬小麦不同生育时期潜热通量和显热通量与 CO2 通量的关系
Ｆｉｇ．２　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ ｏｆ ＣＯ２ ｆｌｕｘ ｗｉｔｈ ｌａｔｅｎｔ ｈｅａｔ ｆｌｕｘ ａｎｄ ｓｅｎｓｉｂｌｅ ｈｅａｔ ｆｌｕｘ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇｒｏｗｔｈ ｓｔａｇｅｓ ｏｆ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ
Ａ：苗期 Ｓｅｅｄｌｉｎｇ ｓｔａｇｅ；Ｂ：拔节期 Ｊｏｉｎｔｉｎｇ ｓｔａｇｅ；Ｃ：抽穗期 Ｈｅａｄｉｎｇ ｓｔａｇｅ；Ｄ：灌浆期 Ｆｉｌｌｉｎｇ ｓｔａｇｅ．下同 Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ．
0641
第 6期 林同保等：冬小麦农田二氧化碳通量及其影响因素分析
2．2．2　净辐射与 CO2 通量的关系
由图 ３ 可知，净辐射与 ＣＯ２ 通量在各生育期均
极显著相关。 苗期和抽穗期的变化趋势相似，均基
本上呈直线增长；拔节期和灌浆期趋势相似，呈二
次曲线方式增长，增加到一定程度后趋于稳定。 净
辐射与 ＣＯ２ 通量的相关系数在苗期、拔节期和抽穗
期均较高，分别为 ０．９４９，０．９６７ 和 ０．９５４；灌浆期较
低，为 ０．８７９。
图 3　冬小麦不同生育期净辐射与 CO2 通量的关系
Ｆｉｇ．３　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ＣＯ２ ｆｌｕｘ ａｎｄ ｎｅｔ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｆｌｕｘ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇｒｏｗｔｈ ｓｔａｇｅｓ ｏｆ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ
2．2．3　净辐射与显热通量和潜热通量的关系
由图 ４ 可知，冬小麦不同生育期麦田净辐射与
显热通量显著正相关。 但小麦生长前期的相关程
度高于后期；净辐射与潜热通量一直具有较高的相
关性，不随生育期而变化。 说明显热通量在小麦群
体相对较小时对净辐射的影响较大，而群体较大
时，影响程度减小；而潜热通量对净辐射一直有很
大的影响。
图 4　冬小麦不同生育期净辐射显热和潜热的关系
Ｆｉｇ．４　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ ｏｆ ｎｅｔ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｆｌｕｘ ｗｉｔｈ ｌａｔｅｎｔ ｈｅａｔ ｆｌｕｘ ａｎｄ ｓｅｎｓｉｂｌｅ ｈｅａｔ ｆｌｕｘ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇｒｏｗｔｈ ｓｔａｇｅｓ ｏｆ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ
2．2．4　光合有效辐射与 CO2 通量的关系
图 ５ 为小麦不同生育期冠层 ＣＯ２ 通量对光合
有效辐射（ＰＡＲ）变化的响应过程。 由图 ５ 可知，不
同生育时期 ＣＯ２ 通量与 ＰＡＲ 均呈极显著线性正相
关，但相关程度不同，苗期、拔节期、抽穗期和灌浆
期的相关系数分别为 ０．９２４、０．９５３、０．９５０ 和０．９１０。
由此可见，在冬小麦生育前期和后期，ＰＡＲ 变化对
ＣＯ２ 通量的影响小于生育中期。
2．2．5　灌溉对 CO2 通量的影响
图 ６ 为抽穗灌浆期灌水前后冠层 ＣＯ２ 通量、
ＰＡＲ和土壤相对含水量的变化情况。 由图 ６ 可知，
ＣＯ２ 通量在灌水后 ３ ｄ 最大，灌水后 １ ｄ 次之，灌水
前 １ ｄ 最小；ＣＯ２ 通量达到最大的时间也不同，灌水
前 １ ｄ １０：３０ 左右达到最大，灌水后 １ ｄ １３：３０ 左右
达到最大，灌水后 ３ ｄ 则在 １２：３０ 左右达到最大。
这 ３ ｄ 的 ＰＡＲ 差别不明显， 其中灌水前 １ ｄ 略大于
1641
中国生态农业学报 2008 第 16卷
图 5　冬小麦不同生育时期光合有效辐射与 CO2 通量的关系
Ｆｉｇ．５　Ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ＣＯ２ ｆｌｕｘ ａｎｄ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｃｔｉｖｅ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇｒｏｗｔｈ ｓｔａｇｅｓ ｏｆ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ
图 6　灌溉前后 CO2 通量、PAR、土壤体积含水量的变化
Ｆｉｇ．６　Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ＣＯ２ ｆｌｕｘ， ＰＡＲ， ｓｏｉｌ ｖｏｌｕｍｅ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ
灌水后 １ ｄ 和灌水后 ３ ｄ。 表层土壤水分含量明显
不同，灌水前 １ ｄ 的土壤体积含水量为 ０．１５ 左右，
灌水后 １ ｄ 在 ０．３５ ～０．４ 之间，灌水后 ３ ｄ 为
０．３ 左右。
3　讨论和结论
冬小麦冠层 ＣＯ２ 通量存在明显的日际和季际
变化。 碳通量的日变化主要是由光合有效辐射引
起的。 日出后随光合有效辐射逐渐增强，小麦光合
速率也迅速升高，ＣＯ２ 消耗增大，引起 ＣＯ２ 通量增
加，当光合速率达到最大并保持恒定时，ＣＯ２ 通量也
保持恒定；之后随光合有效辐射下降，光合速率降
低，ＣＯ２ 通量也开始降低；太阳即将落山时，光合有
效辐射越来越低，光合作用也越来越弱，光合作用
消耗的 ＣＯ２ 逐渐小于呼吸作用产生的 ＣＯ２ ，ＣＯ２ 通
量出现负值。 ＣＯ２ 的季际变化主要受温度和作物叶
面积的共同影响。 小麦出苗后随植株逐渐增大，叶
面积指数增大，光合作用逐渐增强，ＣＯ２ 通量也逐渐
升高；进入越冬期后，小麦停止生长，甚至出现冻
害，叶面积指数降低，群体光合能力降低，ＣＯ２ 通量
降低；返青后，随温度升高，小麦活性增强，冠层叶
片与大气间有了 ＣＯ２ 交换，随叶面积增加和光合有
效辐射增强，小麦冠层 ＣＯ２ 通量达到一定数值，成
为一个小的 ＣＯ２ 汇；灌浆期前，冬小麦的 ＣＯ２ 吸收
率一直增加；抽穗扬花期前后冠层 －大气 ＣＯ２ 的交
换速率达到最高；之后，随呼吸作用增强，ＣＯ２ 通量有
所下降，乳熟期部分绿色叶片变黄乃至衰亡，使冠层
光合能力下降，在小麦收割前 １ 个星期左右，系统由
ＣＯ２ 汇又转变成一个小的 ＣＯ２ 源，这也是灌浆期光合
有效辐射与 ＣＯ２ 通量相关性减小的原因。 因此在实
际生产中要合理密植，充分利用光能，提高光合速率，
加强田间管理，使小麦生长处于良好状态，高效利用
光能和热能，从而达到高产优质的目的。
显热是在不发生物体和媒介的状态变化 （相
变）条件下，通过热传导和对流（湍流）所运输的能
量。 小麦生育前期，由于气温较低，不利于小麦生
长，而显热增加能够改善小麦的环境条件，促进小
麦生长，增强光合作用，从而增加了碳的积蓄。 潜
热是指当物质因发生相变而吸收或放出的热能，它
与 ＣＯ２ 通量具有很高的相关性。 在土壤水分适宜、
2641
第 6期 林同保等：冬小麦农田二氧化碳通量及其影响因素分析
小麦生长发育良好的条件下，潜热的增加能够促进
光合作用的进行，增加 ＣＯ２ 通量；后期植株衰老时
它们的相关性会降低，在土壤水分匮缺的情况下可
能会出现不同的结果，这方面还有待进一步研究。
净辐射为物体射出的长波辐射减去入射的短波辐
射，是地表的主要能量来源，与 ＣＯ２ 通量高度相关。
小麦进行碳的积蓄需要消耗能量，而净辐射是地表
的主要能量来源，因此，净辐射对碳积蓄能力具有
很大影响，但同时小麦本身的生长状况也会影响能
量的利用。 潜热与 ＣＯ２ 通量和净辐射显著正相关，
因此，对潜热进行更深入的研究，对了解农田生态
系统的水分和热量循环具有重要意义。
同一生育时期内，其他因素相近，土壤水分过
低，水分亏缺引起气孔关闭，导致光合能力下降（如
灌水前 １ ｄ）；土壤水分过高，造成土壤通透能力减
弱，影响根系活力，致使根系的吸水能力减弱，影响
光合作用（如灌水后 １ ｄ）；只有在适宜的土壤水分
条件下，才能达到最大的光合效率（如灌水后 ３ ｄ）。
而光合能力的高低直接影响 ＣＯ２ 通量的大小，土壤
水分间接地影响农田 ＣＯ２ 通量。 因此在干旱半干
旱、水资源缺乏的北方地区，节水灌溉也是保证小
麦高产、稳产的重要手段。
参考文献
［１］ Ｈｏｕｇｈｔｏｎ Ｊ．Ｔ．， Ｄｉｎｇ Ｙ．， Ｇｒｉｇｇｓ Ｄ．Ｊ．， et al．Ｃｌｉｍａｔｅ
Ｃｈａｎｇｅ ２００１： Ｔｈｅ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｂａｓｉｓ ［Ｍ ］．Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ：
Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ， ２００１
［２］ 张佳华，卞林根，延晓冬，等．碳循环及对气候变化和人
类生存环境的影响 ［ Ｊ］．气象科学， ２００６，２６ （３）：
３５０ －３５４　
［３］ 孙媛媛，季宏兵，罗建美，等．气候驱动的中国陆地生态
系统碳循环研究进展［Ｊ］．首都师范大学学报：自然科
学版， ２００６， ２７（５）： ９０ －９５
［４］ 王妍，张旭东，彭镇华，等．森林生态系统碳通量研究进
展［Ｊ］．世界林业研究，２００６，１９（３）：１２ －１７
［５］ 沈文清，马钦彦，刘允芬．森林生态系统碳收支状况研
究进展 ［ Ｊ］．江西农业大学学报， ２００６， ２８ （ ２ ）：
３１２ －３１７　
［６］ 冯瑞芳，杨万勤，张健．人工林经营与全球变化减缓
［Ｊ］．生态学报，２００６，２６（１１）：３８７０ －３８７７
［７］ 吴家兵，关德新，施婷婷，等．非生长季长白山红松针阔
叶混交林 ＣＯ２ 通量特征［Ｊ］．林业科学，２００６，４２（９）：
１ －６　
［８］ 杨金艳，王传宽．东北东部森林生态系统土壤碳贮量和
碳通量［Ｊ］．生态学报，２００５，２５（１１）：２８７５ －２８８２
［９］ 闫巍，张宪洲，石培礼，等．青藏高原高寒草甸生态系统
ＣＯ２ 通量及其水分利用效率特征［Ｊ］．自然资源学报，
２００６，２１（５）：７５６ －７６７
［１０］ 黄祥忠，郝彦宾，王艳芬，等．极端干旱条件下锡林河
流域羊草草原净生态系统碳交换特征［ Ｊ］．植物生态
学报， ２００６， ３０（６）： ８９４ －９００
［１１］ Ｆａｌｇｅ Ｅ．， Ｏｌｓｏｎ Ｒ．Ｊ．， Ｔｅｎｈｕｎｅｎ Ｊ．Ａ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ ｏｎ ｔｈｅ
ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｏｆ ＦＬＵＸＮＥＴ ｂｙ Ａｓｉａｆｌｕｘ ［Ｍ］／／ＣＧＥＲ．Ｐｒｏ唱
ｃｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｆｏｒ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｆｌｕｘ Ｎｅｔ唱
ｗｏｒｋ ａｎｄ Ｆｌｕｘ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ．Ｓａｐｐｏｒｏ， Ｊａｐａｎ： Ｈｏｋｋａｉｄｏ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， ２０００
［１２］ 朱咏莉，童成立，吴金水，等．透明箱法监测稻田生态系
统 ＣＯ２ 通量的研究［Ｊ］．环境科学，２００５，２６（６）：８ －４
［１３］ 王文杰， 石福臣，祖元刚，等．陆地生态系统二氧化碳
通量网的建设和发展［Ｊ］．东北林业大学学报， ２００２，
３０（４）：５７ －６１
［１４］ 杨晓光， 于沪宁．农田生态系统二氧化碳通量与群体
水分利用效率研究［Ｊ］．地理科学进展， １９９８， １７（４）：
１６ －２４
［１５］ 张永强， 沈彦俊， 刘昌明，等．华北平原典型农田水、
热及 ＣＯ２ 通量的测定［ Ｊ］．地理学报， ２００２，５７（３）：
３３３ －３４２
［１６］ Ｂａｌｄｏｃｃｈｉ Ｄ．Ｄ．Ａｓｓｅｓｓｉｎｇ ｔｈｅ ｅｄｄｙ ｃｏｖａｒｉａｎｃｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ
ｆｏｒ ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｒａｔｅｓ ｏｆ ｅｃｏｓｙｓ唱
ｔｅｍｓ： ｐａｓｔ， ｐｒｅｓｅｎｔ ａｎｄ ｆｕｔｕｒｅ［Ｊ］．Ｇｌｏｂａｌ Ｃｈａｎｇｅ Ｂｉｏｌｏ唱
ｇｙ， ２００３， ９： ４７９ －４９２
［１７］ 莫兴国，陈丹，林忠辉，等．不同水分条件下麦田能量
与 ＣＯ２ 通量变化特征研究［ Ｊ］．中国生态农业学报，
２００３，１１（４）：７７ －８１
［１８］ 郭家选，李玉中，梅旭荣．冬小麦农田尺度瞬态 ＣＯ２ 通
量与水分利用效率日变化及影响因素分析［Ｊ］．中国
生态农业学报， ２００６，１４（３）：７８ －８１
［１９］ 王周文，高华强，徐明振，等．越冬期间小麦的光合作
用及其对生长发育的影响 ［ Ｊ］．核农学报， ２００１，
１５（４）：２４３ －２４６
［２０］ 李华昭，杨洪宾．越冬期冻害对小麦生长发育和产量
品质的影响［Ｊ］．山东农业科学，２００６（３）：３４ －３５
3641