黄土高原旱作麦田碳水通量特征及耦合机制

黄土高原是中国农业的发祥地、旱地农业的中心地带，也是我国重要的粮食生产区域。但该区域农业水资源紧缺，加之不合理的农业管理措施和频发的自然灾害，加剧了区域农业用水资源的供需矛盾，致使碳库功能逐渐下降，影响区域农业可持续发展。因此，探明黄土高原旱作麦田碳水通量变化特征及耦合机制，构建旱作麦田节水和固碳减排调控技术体系成为该区域旱作农业可持续发展的关键所在。本项目立足于黄土高原节水、低碳农业发展的实际需求，采用涡度相关技术对旱作麦田碳水通量时空变化特征、环境响应机制及碳水耦合机制进行多尺度系统研究，进而明确黄土高原旱作麦田节水和碳减排调控机制，以期为区域农业节水固碳及高产稳产旱作麦田土壤调控管理提供理论依据。

本项目以黄土高原旱作麦田为研究对象，在中国科学院长武黄土高原农业生态试验站通过涡度相关系统连续观测与土壤呼吸测定系统定期观测相结合的方法，系统研究了黄土高原旱作麦田碳水通量的变化特征、环境响应机制及耦合机制。主要得出了以下结论：.（1）.在小麦生长季，麦田生态系统CO2通量波动较大，在播种分蘖期、越冬期、灌浆期和成熟期表现为碳源，其它生育时期表现为碳汇；麦田生态系统NEE的变化与CO2通量值的变化情况基本一致；Reco最小值出现在越冬期，最大值出现在生长季的中后期；日GPP的最大值出现在拔节期，而在生育初期和末期日GPP接近于0。.（2）.麦田生态系统 CO2通量的日变化在各生育时期存在明显的变化规律。在播种分蘖期，CO2通量值较小；越冬期的 CO2 通量在一天当中变化不大；在此后的各个生育时期中，白天CO2通量值逐渐增大，在拔节孕穗期达到最大值，而在抽穗期、灌浆期又依次减小；在成熟期全天表现为碳释放。.（3）.麦田生态系统CO2通量与5cm地温成极显著线性相关关系（P<0.01），在起身期和抽穗期，与大气温度达到极显著相关水平（P<0.01），在拔节孕穗期两者的相关性达到最大（P<0.01）。白天CO2通量与光合有效辐射成二次函数关系，且相关性达到极显著水平（P<0.01）。.（4）.麦田生态系统CO2净吸收速率在气温为5-15℃时，随着温度上升而增加；在15-25℃时，进入稳定增长阶段；在25-30℃，略有下降；当大于30℃时，CO2净吸收速率明显下降，光合作用受到抑制。麦田CO2通量随土壤含水量的不同其变化趋势也不同。当SWC小于0.15 m3 m-3时，日均NEE和Reco的变化较为稳定，随着SWC的上升，日NEE的绝对值和Reco略有增加，当SWC在0.15和0.21 m3 m-3之间时，日NEE的绝对值和日Reco显著增加，当SWC大于0.21 m3 m-3时，日NEE的绝对值和日Reco开始下降。.（5）.地下生物量、SPAD值和LAI与CO2通量之间呈负相关关系，且叶面积指数与CO2通量之间的相关性达到极显著负相关水平（P<0.01），地上生物量与CO2通量之间呈正相关关系，但未达显著水平（P>0.05）。土壤影响因子中过氧化氢酶活性这1个自变量可以解释77% CO2通量的变异，随着土壤中过氧化氢酶活性的变化，麦田生态系统CO2通量的变化方向与之相反