气候变化是国际社会公认的最主要全球性环境问题之一。草地碳储量仅次于森林碳储量，在全球碳循环中起着十分重要的作用。草地不仅占全球土地总面积的 1/4，而且也是目前人类活动影响最为严重的区域，对草地生态系统碳循环及其影响因素的研究是认识全球碳循环的关键之一。由于下垫面的复杂性和人类活动的干扰，陆地生态系统碳循环存在着最大的不确定性，已成为全球变化研究的焦点。草地作为地球上分布最广的植被类型之一，对全球气候变化具有一定的影响和响应。生态系统 CO2净交换定量地表达了 CO2在生物圈和大气圈的交换。通过草地 CO2净交换的观测，有助于更好地理解草原生态系统的地球化学循环过程及其反馈机制。试验在对传统静态箱法改进的基础上，采用动态箱法对不同恢复演替状态下典型草原植物群落进行了全天候连续自动观测，获得的海量数据可以较好地表达 CO2通量的日变化情况。从而，可以了解 CO2净生态系统碳交换量的差异及其机制。
1 材料与方法
1． 1 研究地概况及试验方法 研究区设在锡林浩特国家气候观象台野外试验研究基地( 116°18'45″ E，44°08'31″ N) 。属大陆性半干旱温带草原气候，年均气温 2．5 ℃，降水量 273mm。生长季( 5 ～ 9 月份) 平均气温 16． 6 ℃ ，降水量 251 mm。土壤主要为典型栗钙土。主要植物种类有: 克氏针茅( Stipakryloyii) 、羊草 ( Aneurolepidium chinense) 、糙隐子草 ( Cleisto-genes serotina) 、知母( Anemarrhena asphodeloides) 、矮葱( Alliumanisopodium) 、冷蒿( Artemisia frigida) 等。生长季由天然植被覆盖，天然牧草生长平均高度 0．5 m，覆盖度 80%以上。于2011 年 9 月 14 与 17 日，分别在 2007 年围封植物群落与自由放牧植物群落内采用动态箱法进行 24 h 群落 CO2净交换的连续观测，样地的群落组成状态见表 1
动态气体采样系统由缓冲瓶、鼓风机、冷却装置、流量计、PVC 管、气体分析仪和开路箱组成。气体经过 PVC 管被鼓风机鼓入箱体。为防止气体被冠层上方 CO2的浓度波动所干扰，将进气口设在 4 m 高处。箱体的侧板和顶板由无色、光滑的 3 mm 有机玻璃制成，能透过 99% 的有效光合辐射，尺寸为50 cm ×50 cm ×60 cm。在箱子顶内安有小风扇，对箱中的气体起搅拌作用。在采样箱子的进出口两端侧板安有2 个采气孔，用聚四氟乙烯管与 Li-Cor7000 便携式红外CO2分析仪( Li-Cor 公司) 相连形成回路，对箱内的 CO2通量进行 24h 全天候的观测。除进出气口外，箱体完全密封，连续测定箱内 CO2通量的变化，每1 s 记录1 个 CO2体积分数值。大尺度涡度相关测定数据则来自试验区通量塔的测定( Li-Cor7500 二氧化碳水汽分析仪) 。
1． 2 数据分析方法 气体的通量表示单位时间单位面积观测箱内该气体质量的变化。一般正值表示气体从土壤排放到大气，负值表示气体从大气流向土壤或土壤吸收消耗大气中的该气体。气体通量利用以下公式求得:
式中，F［mg/( m2·s) ］为气体通量; C1为箱内气体( 即流出箱子的气体) 所含被测气体的浓度，C2为流入箱子的气体所含被测气体的浓度，v 为通过箱子的气体流量，A 为采样箱底面积。统计数据处理与分析应用 SPSS 和 Excel 进行。
2 结果与分析
2． 1 不同植物群落 CO2净交换的日变化特征 不同植物群落状态下，其日 CO2净交换的变化趋势截然不同( 见图1) 。围封群落在夜间表现为净呼吸，随着日出导致光合有效辐射增强，温度升高，开始进行光合作用，接近中午时，由于温度的抑制，群落开始进入午休，呼吸作用增强并且停止固定碳，群落由碳汇变为碳源; 下午 15: 00 左右，由于温度适宜，植物再次进入光合作用阶段，这一过程一直持续到日落。
但日净 CO2交换量为负值，即表现为碳汇。而自由放牧植物群落却表现为碳源。
2． 2 与区域尺度下涡度相关数据的比较 与同步进行观测的较大尺度涡度相关的数据( 图2) 表明: 区域尺度上典型草原植物群落是碳源时，小尺度测定的围封植物群落是碳汇;而区域尺度上表现为碳汇时，自由放牧植物群落则是碳源。
由此可知，当大面积的草原植物群落开始进入衰落期时，围封植物群落仍然具有很强的固碳能力; 而当大面积的草原植物群落还在固碳时，自由放牧的退化植物群落却已经表现出衰退成为碳源。
3 结论
( 1) 在传统的 CO2净交换测定的静态箱法基础上，通过规避被测植物处于密闭箱内的应激状态，采用自制的动态箱法使得被测植物群落处于最接近自然状况的环境下，观测数据也更加接近群落真实值。
( 2) 对不同恢复演替状态下的典型草原植物群落观测结果表明其 CO2源汇特征各异，且对草原适度的围封有利于其群落的碳固持。
( 3) 与同时期该区域涡度相关测定数据的对比表明，围封植物群落固碳能力( CO2净交换) 显着优于典型草原的平均水平。
参考文献
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