土壤墒情变化对典型灌区碳的净排放量影响研究

The response relationship of soil moisture and net carbon emission is a key research in reducing carbon emission of irrigation districts. Because of the shortage of continuous monitoring data, controlling experiment of soil moisture and net carbon emission should be set as the key supporting technology. Then, changing range of soil water content of crops in different phenological periods can be identified with three irrigation methods and response relationship of soil moisture and net carbon emission on the soil unit scale can be established. This research is based on the above micro experiment and takes typical irrigation district in Haihe River basin as an example. The distribution and irrigation pattern of the crops in the district will be considered and the impact that soil water content has on net carbon emission will be analyzed integrally on the irrigation district scale. The response relationship of soil water content and net carbon emission will be established, besides, this method will be both macro and micro. Through this research, the technology of the impact that soil moisture change has on net carbon emission in farmland will be further developed. This research will also provide data support for the integrated response toward drought and reducing carbon emission for the agriculture in Haihe river basin.

土壤墒情与灌区碳的净排放之间响应关系是进行灌区碳减排的关键。由于缺乏连续监测数据，需以土壤水—碳的净排放控制实验为关键支撑技术，在三种灌溉方式下，识别作物不同物候期的土壤含水量变化范围，建立土体单元尺度上水分-碳的净排放响应关系；基于微观实验研究，以海河流域典型灌区为例，考虑灌区内部的作物分布与灌溉方式，从灌区尺度整体分析土壤含水量对碳的净排放影响，建立二者的响应关系，形成微观与宏观相结合的研究方法。通过本项目的研究，将进一步发展土壤墒情变化对农田碳的净排放量影响研究技术，为海河流域农业综合应对干旱和减缓碳排放提供数据支持。

气候变化和人类活动背景下，区域水源的分布格局发生变化，干扰土壤水要素过程，导致土壤墒情变化，影响碳水耦合系演变和区域碳平衡特征。本研究在北京市大兴实验基地开始大田冬小麦和春玉米土体单元尺度的控制性试验，累计获得5.3万个连续监测数据，定量化识别了不同物候期水分-碳的净排放响应关系，提出关键生育期的响应关系方程。在此基础上，综合考虑灌区内部的作物分布与种植制度，设置灌溉情景和种植情景，开展典型灌区水分-碳的净排放响应关系研究，在灌区“面”数据缺乏的情况下，提出了基于土体单元尺度上土壤水含量变化的碳的净排放量演变趋势识别方法，可进一步分析不同物候期内灌区典型作物关键生育期内碳的净排放量增加或减少趋势，进而判断土壤墒情变化对灌区“碳源”或“碳汇”功能的作用，并将上述方法应用于北京市南红门灌区。研究结果表明：冬小麦土体单元在喷灌过量灌溉情景中孕穗期、喷灌充分灌溉中抽穗期和漫灌过量灌溉情景中灌浆期，土壤含水量对土体单元该生育期的“碳源”或“碳汇”作用具有重大的影响；对于春玉米来说，土体单元在喷灌过量灌溉下灌浆期中土壤含水量对碳的净排放量具有决定作用。喷灌充分灌溉情景下，冬小麦在拔节期和孕穗期时“碳汇”功能逐渐增强，且以拔节期时增强速度较快，而在抽穗期、开花期、关键期和成熟期则逐渐减弱；滴灌情景下，在拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期“碳汇”功能逐渐减弱，而在孕穗期和开花期则逐渐增强，以开花期时增强速度较快。本研究提出的面向土体单元和灌区尺度水分-碳的净排放量响应关系识别方法，有利于理解陆地生态系统碳源/汇功能的影响机制，确定植物不同物候期土壤水含量的适宜范围。