温室气体通量

• 2．3土壤浓度廓线法 该法是指假设土壤浓度均一，就可以通过测定土 壤剖面不同深度的气体浓度来计算土壤与大气间的 气体交换通量。土壤剖面温室气体浓度的测量方法 主要有2类：土壤气体采样管和多层采样探头，但是 无论哪一种，都必须先破坏土壤基质再进行管路或 探头含有较轻原子(如12C)的化学键活化能 较低，产物中C浓度会由于化学或生物酶反应 增加，而反应基质中则是12C浓度增加，从而 可以鉴定土壤中排放出来的CH4的量。由于在 沉积物中氧化生成CH4，因此碳同位素比例上 有很大不同，因此可通过实验测定土壤产生的 CO2和CH4中的元素同位素组成。根据同样原 理，也可用同位素15N鉴定N20。但N20含量较 低，很难获得准确的分析结果。
引言
• 大气中温室气体体积分数增加导致的全球气温升 高，引起了世界各国政府和科学家的共同关注， 已成为全球生态环境研究中的一个热点领域。 • CO2、CH4、N2O是大气中最主要的3种温室气体， 在对温室效应的贡献中，CO2占70％，CH4占23％， N2O占7％，它们对全球气候变暖的增温贡献分别 是60％、15％和5％。
2大气通量的测量方法
• 2．1箱法 箱法是目前最常用的方法，用来测量土壤和大气间微 量气体交换通量，工作原理简单，用特制箱子罩在一定面积 的下垫面上方，隔绝箱内外气体的交换，随时间的变化测定 箱内温室气体，根据计算得出气体交换通量。主要分为3种 类型：密闭式静态箱、密闭式动态箱和开放式动态箱。
• 密闭式静态箱又包括碱液吸收法和气相色谱法2种，碱液吸 收法是用溶液吸收CO2，形成碳酸根，主要是NaOH或 KOH溶液，吸收结束后进行滴定，计算出土壤在这一段时 间内的CO2排放量。采样箱分为透明箱和暗箱2种。 • 密闭式动态箱只是增加了气体的循环过程，具体测量原理 与静态箱原理相似。而开放式动态箱气体并不再回流，并 且是通过计算箱入口和出口处气体浓度差异来确定气体的 排放通量。箱内气体排放、吸收速率用通量的计算方法， 即单位时间单位面积观测箱内该气体质量的变化，正值表 示气体排放到大气，负值表示气体的吸收，用公式表示为： • • 式中，F为气体通量(mg•m-2•h-1)，V为观测箱的容积(L)，V 为观测时包围的土壤面积(m2)，H为采样箱露出沉积物大气 界面的高度(m)，Δv/Δc为采样箱内气体浓度随时间的变化 率(mg•L-1•h-1)。
• 2．2微气象学法 微气象学法包括空气动力学方法、涡度相关法、波文比能量平 衡法等。 • （1）空气动力学方法。该方法认为，近地面层温度、水汽压和风 速等各种物理属性的垂直梯度，受大气传导性的制约，根据温度、 湿度和风速的梯度及廓线方程，用不同的积分公式求解出农田上 的蒸发潜热和显热通量。 • （2）涡度相关法。用特制的涡动通量仪直接测算下垫面显热和潜 热的湍流脉动值，而求得植被腾发量的方法。其计算式为： • • 式中：E为瞬时蒸发值；ρ是空气密度；是垂直风速；q是湿度的瞬 时脉动值。在计算时取它们乘积的半小时或长时间的平均值。 • (3)波文比能量平衡法。以下垫面的水热交换为基础，在假定热量 交换系数和水汽的湍流交换系数相等的情况下，根据相似理论引 入波文比显热通量与潜热通量之比，并将β微分化为差分后代入湿 度常数系数，简化下垫面的能量平衡方程而求得植被腾发量的方 法。
• 人类活动的影响，大气中CO2，体积分数从1800年的 80×10-6增加到目前的345 X 10-6，而且目前正以每年0．5％ 的速度在增长；CH4是大气中除CO2外最为丰富的含碳化合 物，虽然在大气中只有10a的存活时间，但它是一种红外辐 射活性气体，其红外吸收能力是CO2的20～30倍，是一种很 重要的温室气体。 • 20世纪70年代末80年代初，大气CH4含量随时间变化的监测 工作开始在世界不同地方进行，随着研究的不断深入，国 内外多项观测结果表明，大气中CH4体积分数从过去的 0．72×10-6上升到现在的1．78×10-6，已经增长了一倍多， 且目前正以每年0.8％-1.1％的年速率在增长。 • 据估计，全球每年排放CH4总量约为420×1012～620×1012g。
4温室气体通量测量方法应用与发展方向
• 4.1与遥感技术结合 近年来，新兴的遥感技术被逐渐应用在通量研 究中，尤以Rs和GIS技术应用广泛。早在20世纪90年 代初，加拿大学者研究森林生态系统的碳库及其动 态变化所用的就是GIS方法，取得了良好的效果，同 时建立了气候变化和碳通量之间的关系模型。由于 RS的连续动态监测能力和GIS的空间数据分析能力， 使它们越来越多地被应用在通量研究中。
1.湿地温室气体国内外研究现状
• 国外对自然湿地温室气体的排放研究报道较少，中国的 湿地温室气体研究主要集中若尔盖和青藏高原的草丛湿 地。辽河三角洲芦苇湿地、三江平原的草丛湿地和沿海 红树林湿地等湿地的研究。 • 目前世界上研究较为完善的是日本等发达国家。典型草 甸小叶章湿地的N20排放与5cm地温的相关性较大，而 沼泽化草甸小叶章湿地与之相关并不明显，积水环境条 件对其影响更为明显。
• 4.2与高精度仪器结合 测量仪器的精密、准确程度决定了气体通 量测量的准确性。近年来新兴的技术有可调谐二 极管激光吸收光谱技术和美国LICOR公司的LI8150系统，其中前者为快速测定温室气体浓度提 供了新的手段，可实现多种土壤温室气体同步观 测，而后者则可实现多点测定。 因此，高精度仪器的研发及其各项功能的拓展有 助于获得更精确的碳通量研究结果，并进一步推 动气体通量及其相关研究的进程。
3方法比较
• 箱法操作简单，目前应用比较广泛。但密闭静态箱对观测 有扰动，并且多种因素都会对气体交换通量的测量产生影 响。 • 而所有微气象法对观测下垫面都有极为严格的要求。从测 量原理分析，土壤浓度廓线法可以获得真实的气体交换通 量，但测量土壤剖面CO2浓度时，都必须先破坏土壤基质， 采样过程中也同样会存在压差问题。 • 而同位素法价格昂贵，难以广泛采用。 • 综上所述，现有的测量方法没有哪一种是完美的。具体的 方法比较见表1。具体的方法选择要根据实际情况决定。