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陆地生态系统与大气间CO<,2>交换是影响大气CO<,2>浓度的主要过程之一。农田生态系统碳交换的长期观测有助于人们理解碳循环过程和影响碳循环的机制。本文在华北平原冬小麦/夏玉米轮作田分别采用涡度相关法和密闭箱法对农田净碳交换和土壤呼吸进行了连续4年(2002年11月至2006年10月)的观测，研究农田生态系统碳通量的构成及其变化特征，分析碳交换对主要环境因子的响应，及农田生态系统对光能、水分的利用，结果显示：
冬小麦田和夏玉米田土壤呼吸(R<,s>)、生态系统呼吸(R<,ec>)均随5cm地温增加呈指数增长，并达显著水平。麦田、玉米田土壤呼吸的Q<,10>值范围分别在2.0～3.2、1.9～4.0：生态系统呼吸的Q<,10>值范围分别为3.5～5.4、2.4～4.5。
(1)农田生态系统的光合参数季节和年际变化明显，小麦冠层a、P<,max>和R<,d>一般小于玉米。小麦冠层光合参数与温度、VPD的相关性显著。玉米冠层光合参数与温度、VPD的相关性不显著。冬小麦、夏玉米光合参数与LAI具有明显的相关性。阴天或多云时冬小麦的a、P<,max>大于晴天。GPP与LAI和温度的相关性显著。农田日平均CO<,2>吸收量与LAI呈显著正相关。麦田和玉米田日平均CO<,2>吸收量与5℃以上气温呈显著正相关。5℃以下气温对麦田日平均NEE影响不明显。
(2)在作物主要生长季，农田土壤呼吸和NEE日变化都很明显。农田生态系统白天净吸收CO<,2>，夜间净排放CO<,2>。农田土壤呼吸白天大于夜间。其它季节农田以碳排放为主，土壤呼吸与NEE日变化都不明显。
(3)农田R<,s>、R<,ec>、GPP和NEE季节变化明显。麦季土壤呼吸高峰出现在4～5月，玉米季土壤呼吸高峰一般出现在6月底到7月初。2003年R<,ec>全年最大出现在8月份，其余年份R<,ec>最大出现在5月份。麦田和玉米田的最大日平均碳吸收量分别出现在4～5月和8月中旬，和GPP峰值出现日期一致。作物主要生长季农田为碳汇，NEE由GPP支配。其余月份NEE以R<,ec>为主，农田为碳源。温度成为NEE的主要控制因子。
(4)4年中农田土壤呼吸年总量范围在748～898gC·m<-2>·yr<-1>。农田生态系统呼吸年总量范围在1039～1332gC·m<-2>·yr<-1>。GPP年总量范围在 1512～1720 gC·m<-2>·yr<-1>。农田土壤呼吸约占生态系统呼吸的66％～76％。季节平均NEE麦季范围在-194.9～339.6 gC·m<-2>·yr<-1>；玉米季范围在-85.5～404.7 gC·m<-2>·yr<-1>。除2003年外玉米季CO<,2>净吸收量均大于麦季。2003～2006年的农田年均 NEE 分别为-195.3、-489.5、-637.4和-615.0 gC·m<-2>·yr<-1>。考虑籽粒碳后，2003～2006年的农田年均NEE分别变为323.8、-106.6、-89.3和-162.8gC·m<-2>·yr<-1>，农田碳汇变小，甚至变为碳源。
(5)作物冠层RUE季节变化明显的。冬小麦冠层最大日平均RUE出现在4月，夏玉米冠层最大日平均RUE出现在7月底或8月初。生长季平均RUE范围麦季在0.8～1.2gC·MJ<-1>，玉米季在1.9～2.2gC·MJ<-1>，夏玉米RUE大于冬小麦。冬小麦、夏玉米冠层URE与LAI相关性显著。冬小麦冠层RUE与气温相关性显著。夏玉米冠层RUE与VPD有显著的相关性。
(6)作物主要生长季农田WUE日变化和季节变化明显。一日中，WUE日最大值出现在早晨。一年中，WUE峰值麦田出现在4月，玉米田出现在7月底或8月初。4年期间，生长季平均RUE范围麦季在6.6～7.4 mgCO<,2>·(gH<,2>O)<-1>，玉米季在8.4～12.1 mgCO<,2>·(gH<,2>O)<-1>，夏玉米田WUE大于冬小麦田。WUE与VPD、太阳辐射和大气CO<,2>浓度相关性显著。农田日平均WUE与LAI相关性著。麦田日平均WUE与土壤湿度相关性显著。