戴桂金，杨知建,*，肖润林

（1 湖南农业大学生物科学技术学院，长沙410128；2 中国科学院亚热带农业生态研究所，湖南长沙410125）

温室气体是指大气中能吸收地面反射的太阳辐射，并重新发射辐射的一些气体，如水蒸气、二氧化碳、大部分制冷剂等。它们的作用是使地球表面变得更暖，类似于温室截留太阳辐射并加热温室内空气的作用。在农业生态系统排放中主要的温室气体是二氧化碳（CO2）、氧化亚氮（N2O）、甲烷（CH4）。近十几年来，温室气体的排放及其对全球气候的影响成为人们一直关注的热点，人们开始寻求更有效的减排方式与措施，并开始逐步研究陆地农业生态系统中温室气体的源汇功能以及农业生产活动对温室气体排放的影响。

1 农业生态系统温室气体排放的影响因子

1.1 温 度

温度是农业生态系统中CO2，CH4，N2O排放的主要影响因子。研究表明，一定温度范围内，土壤的呼吸会随温度的升高而增强，当温度达到一定极限后土壤的呼吸会随着温度的升高而减弱[1]。同时土壤呼吸的日变化及其季节变化会随着土壤温度的变化而呈相应的变化趋势，两者之间是呈相关关系的[2,3]。

温度对甲烷排放也有影响。在甲烷排放的稻田实验显示，一定范围内的土壤温度会影响甲烷气体排放的通量，通常温度在 20~35℃时，甲烷的排放量增加了一倍。测量5 cm深的土壤，当其温度从18℃上升到31℃时，稻田中甲烷排放的通量相应会增加很快[4]。土壤温度对旱地甲烷排放也有影响，而土壤甲烷吸收的最适宜的温度会根据不同的试验条件，如施肥、土壤湿度等因素的影响而有所不同。Nesbit等[5]在其进行的室内培养实验中发现，甲烷吸收的最适宜温度是 20~30℃；而 Grun等[6]认为甲烷吸收与土壤温度无明显关系，原因可能是由于试验阶段中土壤干旱影响了甲烷的吸收。Peterjohn等[7]的研究则指出，土壤温度与甲烷日平均吸收率的关系是呈线性关系的。

N2O排放是温度、氧气和反应底物浓度以及传输过程交互作用的结果。研究指出，15~35℃是硝化作用下微生物活动时适宜的温度范围；而反硝化下微生物所要求的适宜温度为5~75℃，最适范围为30~67℃[8]。孙向阳等[9]对森林土壤 N2O的排放研究指出，夏季的排放量最高，春秋季次之，冬季为最低甚至达负值。此外，刘哗等[10]的研究表明，一定的温度范围（7~15℃），N2O是有可能出现负排放的。

1.2 水 分

土壤水分是影响农业生态系统的另一个重要因子。Conant等[11]认为，土壤呼吸有随季节变化的趋势，在干旱季节土壤CO2的释放受水分的影响较大。Grahammer等[12]则认为，土壤昼夜的呼吸通量在土壤水分充足的情况下，基本上没有差别。Kucera和Kirkham[13]指出，另一种情况是当土壤水分超过田间持水力或者达到土壤中微生物的永久性萎蔫点时，土壤CO2释放量才会减少。

水分对稻田CH4排放起决定性作用。土壤的理化性质很大程度上受土壤含水量的影响。徐星凯等[14]指出，CH4吸收的最适水分条件是 15%~22%的土壤水分含量。Rach等[15]发现，不同水分含量土壤的温室气体排放有较大差异。

土壤含水量对 N2O的影响是通过硝化和反硝化作用，其产生与排放量出现最高值。研究表明，N2O排放在土壤田间持水量 90%~100%或 77%~86% WFPS(water-FilledPoreSpaee，充水孔隙)时[16]，排放量最大。封克等[17]的研究还表明，土壤含水量为WFPS的45%~75%时，硝化作用和反硝化作用的共同作用对N2O的影响较大。

1.3 施 肥

研究表明，在施肥和未施肥的农田中，在其它条件相同的情况下，施过肥后的农田土壤呼吸CO2的排放量呈增加趋势[18]。当然，施肥对土壤呼吸的影响因地点的不同、施肥时间长短不同、植被类型的不同等所产生的土壤呼吸效果也不同[19]。

施肥会增加CH4排放，但施肥方法的不同所产生的效果也不同。王明星等[20]对稻田甲烷排放的研究表明，施用不同比例有机肥和化肥对CH4排放的影响不同，当氮、磷、钾含量基本不变的情况下，施较多有机肥的稻田其 CH4的排放率明显高于施化肥的稻田。天然草地施氮肥后，甲烷吸收率可降低 35%[21]。

此外，植被、光照、耕作制度和气候因子等也影响农业生态系统温室气体排放。

2 农业生态系统温室气体呼吸通量及总量估算

许多学者对各种生态系统土壤呼吸CO2的测定进行了研究。宋文质等[22]指出，我国农田的 CO2排放通量的平均值为295 mg/m2·h，变化范围70~630 mg/m2·h；施肥的麦田平均值为 262 mg/m2·h，变动范围 120~400 mg/m2·h;未施肥的麦田 177 mg/m2·h，变动范围100~250 mg/m2·h。孙向阳等[23]指出，我国森林土壤的 CO2排放通量平均值为286.22 mg/m2·h。在对全球土壤的呼吸总量概算上，Raich等[24]认为全球土壤向大气释放的CO2量高达68 Pg/a。Fang等[25]对中国土壤呼吸总碳量也作了估算(3.4 Pg/a)，单正军等[26]通过土壤有机质的矿化率对土壤CO2的释放量的进行了估算。

在对甲烷通量的估算上，Cao[27]等估计我国稻田的甲烷通量为 16.2 Tg/a。任丽新等[28]认为，甲烷通量与地区差异有关，成都平原在1996~1999的4年间稻田甲烷通量为12.2 mg/m2·h，而四川乐山为30 mg/m2·h。

在对N2O排放总量的估算上，人们普遍关注的焦点一直是农田。黄国宏等[29]测定出大豆、玉米、春小麦等农田生态系统甲烷排放总量分别为 5.8，26.1和 1.0 GgN(112 d)。Xing等[30]在大田观测实验中发现，我国南方地区水稻田N2O排放通量为39.5 μg/m2·h，北方旱地排放通量为30.60 μg/m2·h。宋文质等[31]测得的旱田 N2O排放平均通量为 16.0 μg/m2·h，同时估算出1990年农田排放N2O总量为 0.096 Tg，与当年我国N2O总排放量 0.95 Tg相比占到10%左右。

3 温室气体通量测定方法

3.1 静态箱法

目前，在陆地农业生态系统中测定温室气体排放大多是采用静态箱法，其工作原理是用观测箱子罩住被测表面并加水密封，隔绝箱内与外界气体进行交换，对箱内空气中被测气体浓度（随时间的变化）进行定量地测定，以此来计算被测表面该种气体的交换通量。Smith等[32]采用巨箱(64 m2)观测草地气体的排放通量，验证了其测量后得出结果的准确度和代表性，但同时也降低了箱内外气体的渗漏性。

3.2 动态箱法

动态箱法的特点是测量的开放性，它允许一定流量的空气通过箱子，同时对箱体入口处和出口处空气中的被测气体浓度进行测量，来获得并计算出被罩表面该气体的交换通量。虽然这在一定程度上可以降低自然环境状况对箱体中被测表面的干扰，但其实际操作存在一定困难。

除了以上常用方法外，在实际中也尝试性地应用微气象学法、梯度法、遥感法、对流边界层收支法等，但其实际操作和推广较难。

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