本文基于中科院安塞水土保持综合试验站2010 年11 月到2011 年10 月期间涡度
相关法观测到的CO2 通量数据、小气候观测系统相关气象数据、土壤温湿度、热通
量数据等，结合草地生长季不同时期（萌发期、生长初期、生长旺盛期、衰亡期）的
生物量调查和土壤养分测定数据，分析了黄土丘陵区天然草地CO2 通量、气象因子
及土壤温湿度、热通量等的日变化和季节变化特征，生长季生物因子、土壤养分因子
变化，并对影响CO2 通量的主要气象因子、土壤因子、生物因子进行了研究，计算
了CO2 月通量和CO2 年通量。得到如下结论：
1） 草地群落CO2 通量的日变化
在草地群落的生长季节(4 月-10 月)，各月的日间(总辐射≥1W·m-2)和夜间(总辐射
<1W·m-2)CO2 通量均具有明显的变化规律。日间CO2 通量大致呈倒抛物线似的单峰曲
线。一天中，草地群落在7:00-8:30 之间由释放CO2 转变为吸收CO2。在此之前，CO2
通量随着时间的推移而增大，在此之后CO2 通量随着时间的推移不断减小，接着又
逐渐增大直到CO2 通量值再次由负值变为正值，CO2 通量变为正值后其值又逐渐增
大，但变化不明显。日间草地生态系统在7:00-8:30 之间由释放CO2 变为吸收CO2，
又在17:30-18:30 之间由吸收CO2 变为释放CO2，其CO2 吸收峰值通常出现在
11:30-13:30 之间，并随着草地植被的生长先提前后又推迟，6 月和7 月CO2 吸收峰值
出现的最早为11:30，其最大CO2 吸收速率为0.9266 mgCO2·m-2·s-1，出现在八月份。
夜间CO2 通量最大值出现在21:00-22:00 之间，从4 月到10 月其出现的时间先推
迟后又提前，6 月份其出现的最晚，是22:00。比较各日CO2 通量最大值，其最大值
也出现在八月份，为0.2131 mgCO2·m-2·s-1。最大值出现之前，CO2 通量逐渐增大，之
后其值先逐渐减小，接着进入一个变幅不大的稳定期，至凌晨4:00 到6:00，CO2 通
量又开始慢慢减小。
2） 草地群落CO2 通量的季节变化
草地群落生长季和非生长季夜间和日间CO2 通量总值、CO2 日通量也具有不同的变化特征。生长季，夜间CO2 通量总值先逐渐增大，到八月份达到最大，后又减低，
最大值出现在8 月份为16.0358 gCO2·m-2·d-1；日间CO2 通量总值总体上先呈减小的趋
势，到8 月份达到最小，后又增大，其最小值也出现在八月份为-48.9550 gCO2·m-2·d-1；
在植被生长的过程中，CO2 日通量基本上全为负值，草地群落表现为“碳汇”，其变
化趋势与日间CO2 通量总值的基本一致，最小值为-40.8067 gCO2·m-2·d-1。
非生长季，11 -12 月夜间CO2 通量总值先逐渐降低，到12 月底达到最低，1-3
月保持相对稳定的状态；日间CO2 通量总值和CO2 日通量的变化趋势基本一致，在
11 月和12 月份保持相对稳定的状态，1 月份有所降低，从2 月份开始又逐步上升，
到3 月底达到最低且为负值。
3） 气象因子与CO2 通量的关系
影响生长季日间、非生长季日间和夜间CO2 通量的主要气象因子各不相同。对
于生长季日间，影响CO2 通量的主要气象因子为太阳短波辐射、1m 处空气湿度、潜
热通量和感热通量。太阳短波辐射主要通过潜热通量间接影响CO2 通量，1m 处空气
湿度、潜热通量、感热通量均是通过自身直接作用于CO2 通量的；对于非生长季日
间为太阳短波辐射和感热通量。太阳辐射主要通过感热通量作用于CO2 通量，感热
通量通过自身影响CO2 通量；对于夜间为1m 处空气温度、湿度、潜热通量、感热通
量。他们均是通过自身影响CO2 通量的。
4） 土壤因子与CO2 通量的关系
夜间和生长季日间CO2 通量与0-10cm 土壤温度、0-20cm 土壤体积含水量显著相
关（P<0.05），非生长季日间CO2 通量只与0-10cm 土壤温度显著相关（P<0.01）。对
于不同层的土壤养分与CO2 通量做回归分析表明：对于土壤有机质，与CO2 通量相
关性最高的是0-10cm 土壤，最低的是20-40cm 土壤；对于土壤全氮，与CO2 通量相
关性较高的是10-20cm 土壤和80-100cm 土壤，最低的是0-10cm 土壤；对于土壤全
磷，与CO2 通量相关性较高的是80-100cm 土壤，最低的是10-20cm 土壤。比较三种
养分与CO2 通量的相关性，土壤全氮含量与CO2 通量的相关性最高，其次是土壤有
机质含量。
5） 生物因子与CO2 通量的关系
CO2 通量与地上活生物量呈显著的负相关（P＜0.01，r=-0.990），与地表枯立物
呈显著的正相关（P＜0.01，r=0.991），其他因素和CO2 通量没有显著的相关性。将
CO2 通量与地上活生物量、地上枯立物进行回归分析，得地上活生物量、地上枯立物与CO2 通量的线性关系显著（P<0.05），且这两个因子能较好地解释CO2 通量的变化
状况（R2=0.999）。
6） 草地群落的碳源汇特征
草地群落在非生长季表现为碳源，生长季表现为碳汇。从2010 年11 月开始CO2
月通量逐渐增大，12 月达到最大值（7.01 gCO2·m-2·month-1），从2011 年1 月份开始
又逐渐减小，到8 月份达到最小值（511.54 gCO2·m-2·month-1），后又开始增大。一年
中，草地群落总体表现为碳汇，单位面积吸收1397.93 gCO2·m-2 。
关键词：CO2 通量；涡度相关；草地群落；黄土丘陵区；气象因子；土壤因子；生物
因子