不同植被类型对土壤CO2排放量的影响
前言
大气中温室气体浓度增加是导致全球变暖的主要原因之一，并将在很大程度上影响区域乃至全球未来气候变化趋势。CO2 是大气中除水汽以外浓度最高的一种温室气体，大气中CO2 浓度的增长在人类活动可能引起的全球气候变化中所起的作用最大。CO2 每年大约增加0.5 %，CH4 和N2O 则分别以每年1.1 %和0.25 % 的速率增长[1]。一般认为，非生物源温室气体产量增加和全球汇的减少是大气温室气体持续增长的重要原因[2]。土壤表面与大气之间的CO2 通量(土壤呼吸) 是陆地生态系统CO2的主要释放源[3]；陆地生态系统植被各种各样，土壤结构也千差万别，不同植被类型土壤对温室气体排放量的贡献不同。刘惠等[4]对稻田CO2排放作了研究，分析了稻田CO2排放的昼夜变化，结果表明，在生长季节中有植株参与稻田CO2排放速率的日变化形式均为白天出现排放最高值，夜间出现排放低值。有植株参与稻田CO2昼夜排放速率平均值都显著高于无植株参与稻田。李明峰等[5]对草原CO2的排放通量进行了调查研究，分析了草原CO2排放的季节变化，结果表明草地土壤CO2排放呈明显的季节变化，夏季CO2排放通量最高。董云社等[6]对温带森林CO2排放的时空特征进行了深入研究，结果表明温带森林土壤CO2的高排放量在夏季，低排放量在寒冷的冬季，温带森林土壤是大气中CO2的一个重要排放源。李虎等[7]对河北省范围内CO2的排放量进行估算，得出2003年河北省111个县市农业土壤CO2排放量约3.758×106t。目前，有关对聊城地区玫瑰园、海棠林、小麦地、草地这几种植被类型土壤CO2排放量的研究未见报道。为此，本研究采用密闭箱-气相色谱法测定了这四种植被类型土壤（玫瑰园、海棠林、小麦地、草地）CO2的排放浓度，并分析了这四种不同植被类型土壤CO2的排放通量，以期为土壤温室气体排放估算和大气温室气体减排提供参考。
1 土壤CO2的产生机制
土壤中排放的CO2，主要来源于土壤微生物呼吸、根系呼吸、土壤动物呼吸
以及含碳矿物质的化学氧化作用[8]。影响土壤排放CO2的主要因素有土壤温度、土壤湿度、土壤孔隙度、土壤中有机质的含量、土壤的酸碱度及盐离子浓度等[9]。
2 样地选择与研究方法
2.1 样地选择
本研究地点在山东省聊城地区，经纬度坐标为：东经116°，北纬36°。试验地分为：玫瑰园地、海棠林地、草地、小麦地。玫瑰园植株密度约为3株/m2，高度约为50cm；土壤有机质含量为0.61％，容重为1.35g/cm3，孔隙度为49％，含水量为17％，pH为8.50。海棠林地植株密度约为0.8株/m2，高度约为3.5m，土壤有机质含量为0.89％，容重为1.44 g/cm3，孔隙度为46％，含水量为21％，pH为8.63。草地植株密度约为800棵/m2，高度约为8cm，土壤有机质含量为0.74％，容重为1.43g/cm3，孔隙度为46％，含水量为14％，pH为8.56。麦田植株密度约为700株/m2，高度约为33cm，土壤有机质含量为1.19％，pH为8.58。 2.2 研究方法
本试验在2010年4月30日进行气体采样。小麦裸地在上午9：18进行取样，玫瑰园地9：51开始采样，海棠林地与草地在上午11：58开始取样。
采样系统由采样箱及多种附件组成，主要包括采样箱体、基座、温度测定系统（地温计、干湿度温度计等）。采样箱的材料为有机玻璃，厚度为1cm，规格为50 cm × 50 cm ×90 cm。采样箱顶部有一个小风扇，用于混合箱体内上下部分的气体，底部开口罩在底座上，底座用不锈钢制成，插入地下大约5 cm，底座四周有回字型水槽，取样时将其注满水，将采样箱罩在上面，取样时水槽注水可使采样箱内气体与箱外环境隔绝，起到密封作用。在实验时，选择一个较好的天气，分别对玫瑰园地、海棠林地、草地、小麦地进行气体采样，同时对大气也进行采样。每个采样箱每隔7min采集一次气体，一共采集四次，分装于四个采样袋，采集好气体带回实验室。
测定系统采用Agilent6890N气相色谱仪（GC）。首先通过镍触媒催化系统，在375℃下将CO2转化成CH4，然后用FID检测器检测CH4信号，检测温度200℃，柱温55℃。
土壤CO2排放通量利用下式计算：
F=hD△m/△t[10]
式中h为观测箱高度，D为箱内气体密度（D=n/v=P/RT,单位为mol/m3,P为箱内气体压力，T为箱内温度，R为气体常数），△m/△t是气体在观测时间内浓度随时间变化的直线斜率，应用Excel 进行方差分析分析及作图[11]。
3 结果与分析
3.1 不同植被类型对土壤CO2排放浓度的影响
500玫瑰园海棠林地小麦地草地CO2排放浓度(μL/L)45040035030007时间（min）1421图1 不同植被类型土壤CO2的排放浓度
从图1可以看出，海棠林地土壤CO2排放浓度在取样时间段是先增加后减少的变化趋势，在开始7min内CO2排放速度快，浓度从364.69μL/L增大为397.98μL/L，浓度增大了9％，在第7到14min内CO2浓度增长缓慢，这一时间段内，浓度增大了2％，在第14min浓度达到最大值，然后CO2浓度迅速下降，下降到379.08μL/L，可能是因为海棠林土壤有机质含量相对较多，而且土壤中微生物较多，微生物通过分解、呼吸作用释放CO2，在14min后温度升高，影响了微生物的呼吸分解作用；玫瑰园地土壤CO2排放浓度在取样时间段是呈缓慢增加趋势，在开始时CO2浓度为364.54μL/L，在第21min浓度增大为375.65μL/L，CO2浓度增大了3％。其原因可能是微生物矿化作用随着温度的升高逐渐增强，但温度升高缓慢，所以CO2排放浓度也逐渐增大，但增长缓慢；草地土壤CO2排放浓度在取样时间段是呈减小趋势，在开始7min内浓度下降的很快，下降了6％，在7min到14min变化较小，但在第14min后CO2排放浓度又迅速下降，
下降了6％，可能是因为在此温度变化范围内，草的光合作用大于土壤呼吸作用和草的呼吸作用。小麦地土壤CO2排放浓度在取样时间段内呈明显上升趋势，在第21min时的CO2浓度是初始CO2浓度的127％，整个过程中浓度增大了27％，其原因可能是小麦地是农用地，受人为干扰比较大，土壤孔隙度相对比较大，土壤温湿度适宜，有利于土壤的呼吸作用和微生物的矿化作用[12]。而且，随着温度升高，土壤呼吸作用与微生物矿化作用越来越强烈，CO2浓度也随之不断增大。 500450400368.13386.92435.39357.25322.31CO2浓度(μL/L)350300250200150100500玫瑰园海棠林地小麦地草地大气
图2 不同植被类型土壤CO2平均排放浓度
从图2可以看出，不同植被类型土壤CO2排放浓度关系为：小麦地＞海棠林地＞玫瑰园地＞草地。对这四种植被类型土壤CO2排放浓度作方差分析比较，小麦地土壤CO2排放浓度不显著大于海棠林地土壤CO2排放浓度，但显著大于玫瑰园地土壤CO2排放浓度。海棠林地土壤CO2排放浓度不显著大于玫瑰园地土壤CO2排放浓度，但显著大于草地CO2排放浓度。玫瑰园地土壤CO2排放浓度显著大于草地土壤CO2排放浓度。小麦地、海棠林地、玫瑰园地土壤CO2浓度都比大气中CO2浓度大，只有草地土壤CO2浓度小于大气CO2的浓度，这可能是由于小麦地、海棠林地土壤有机质含量相对草地较多，且以小麦地含量最高，微生物呼吸作用分解有机碳放出CO2也依次递减；另外，也可能是因为小麦地、玫瑰园地、海棠林地土壤孔隙度相对于草地较大（且依次减小），适合土壤呼吸作用，草地土壤板结比较严重，可能影响了土壤呼吸作用[13]，导致CO2排放减
小，使草地CO2浓度最低。
小麦地、海棠林地、玫瑰园地土壤可能是CO2的排放源，草地土壤可能是CO2的吸收汇。为了进一步分析，可进行CO2排放通量的研究。 3.2 不同植被类型对土壤CO2排放通量的影响
250200CO2排放通量(mg/mh)150100500玫瑰园-50-100图3 不同植被类型土壤CO2的排放通量
2海棠林地小麦地草地
从图3可以看出，小麦地土壤CO2气体排放通量最高，海棠林次之，小麦地土壤CO2排放量是海棠林的212％，海棠林地土壤CO2排放量比玫瑰园多25％；小麦地、海棠林、玫瑰园地土壤CO2排放量均为正值，只有草地土壤CO2排放量为负值。这可能是由于人为因素作用的后果。具体来说，人类为维持农作物高产，对农产地进行开垦处理，施肥、浇水处理等，使农用地土壤孔隙度适中，土壤易分解的有机碳含量高，土壤湿度适宜，温度适宜，土壤微生物呼吸、植株根系呼吸、土壤动物呼吸旺盛，而且含碳矿物质的化学氧化作用也很大[14]，导致排放到大气的CO2多。海棠林与玫瑰园也有人为扰动因素，但相对小麦地来说较轻，海棠林地CO2排放量大于玫瑰园地，可能是因为海棠林地的枯枝落叶多，转变为土壤中的有机质也多，而玫瑰园地刚开垦形成的时间不久，土壤中有机质含量较少，微生物呼吸分解放出的CO2也相对海棠林较少。而草地几乎无人为因素影响，土壤板结，土壤孔隙度较小，土壤动物可能也少于以上三种植被类型，导致草地土壤呼吸作用小于以上三种植被，而且此时草正处于生长时期，
不同植被类型对土壤CO2排放量的影响
