很多研究結果都普遍認為在過去的一個世紀裡由於耕作強度不斷增強，致使農田生態系統成為陸地生態系統中的一個明顯碳源（Baker&Griffis，2005），在歐洲北部某些乾旱和半乾旱地區的農田生態系統即使在夏季的生長季也處於淨碳排放狀態（Soegaard et al，2003）。但是，農田生態系統二氧化碳通量的多樣性和變異性也與土地利用方式顯著相關（Schimel et al，2000），過去因不合理的耕作和管理手段造成農田生態系統碳儲量流失的事實也說明採取適當的耕作和管理措施（如免耕、少耕和輪作）有可能增加農田生態系統的碳吸收能力，而使其轉變為淨碳匯。長期連續的碳通量觀測與定期的群落凋査相結合有助於我們更準確地了解農田生態系統中的碳水循環過程及其環境控制機理，從而為農業政策決策者制定合理的農田管理措施提供理論依據和數據支持。
基本介紹
- 中文名：農田生態系統通量觀測
- 外文名：Farmland ecosystem flux observation
- 背景：農田生態系統成為一個明顯碳源
- 目的：制定合理的農田管理措施等
- 意義：了解農田生態系統中的碳水循環
- 特點：發育過程的階段性明顯等
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農田生態系統通量觀測的特點
用渦度相關技術進行通量觀測需要兩個基本條件：邊界層大氣均勻混合；具有一定面積的均勻平坦的下墊面。農田生態系統的群落物種單一，其矮小的植被冠層結構簡單均質性高，是進行渦度相關通量觀測實驗和技術理論研究的理想植被類型。
試驗研究特點
此外，在農田生態系統開展試驗研究還有以下三個特點：
農作物植被發育過程的階段性明顯，具有明顯的季節性變化；
農田群落物種單一，便於進行葉面積指數、群落結構、生物量動態變化等生態學調査，以及光合作用、呼吸作用和蒸騰蒸發等生理生態測定；
農田生態系統中易於開展人工控制實驗（施肥、灌溉、種群密度）監測其水分和養分平衡等狀況。
鑒於以上的種種有利條件，農田生態系統的通量觀測最容易與生態、生理觀測相結合，開展通量觀測的方法論、通量形成的生態過程機理模型的開發與驗證等方面的研究工作。實際上最早的植被-大氣間能量和水碳通量觀測的實驗性研究也是從農田生態系統開始的。早期因缺乏快回響的CO2感測器，通量觀測只能在晴好天氣條件下的平坦的低植被（農田）地區進行，主要研究大氣邊界層結構及短期的熱量和動量通量傳輸（Swinbank，1951；Baklocchi，2003）。至20世紀50年代末60年代初，日本科學家首先在低矮平坦的農田植被上開展了CO2通量觀測（Inoue，1958）；1968年在美國堪薩斯州的農田開展的大規模的近地大氣邊界層觀測實驗，正式將超聲風速計投入到實際的渦度相關通量觀測之中（Kaimal et al，1990）。這些早期的農田實驗研究為後來興起的渦度相關通量觀測奠定了良好的理論和實驗基礎，也在近地大氣邊界層結構和特性研究中發揮了重要作用。而現在流行的大多數通量觀測技術、邊界層氣象學、湍流理論和相關模型開發大多都是以農田生態系統為平台開始的。
面臨難題
在農田生態系統的通量觀測因各種因素的限制也會遇到一些難題。首先，農田生態系統的生理生態學研究歷史悠久，研究手段先進，如果通量觀測系統的觀測達不到期望的精度，其觀測數據對生理生態學研究起不到關鍵的作用，那么使用昂貴的通量觀測設備將失去其意義。其次，農業生態系統的生產和經營目標明確，其研究工作的主題往往是針對生態系統管理的套用性研究，必須面對大量的複雜田間實驗處理，有限的觀測儀器如何在田間有效布置就會面臨許多難題。再者，在現實的農業生產中，來自農業經營、耕地所有權（使用權）、種植制度和耕種習慣等方面的因素，使得農田生態系統的斑塊化比較嚴重，下墊面經常無法滿足渦度相關通量觀測的基本要求。最後，如果針對農田管理進行通量觀測，那么，如何解釋從複雜的田間試驗獲得的觀測數據，如何區分各種實驗處理的影響（包括來自地上和地下的影響）就存在很大的困難。
研究目的
早期的農田生態系統通量觀測主要是圍繞認識大氣邊界層的湍流特徵、研究通量觀測技術和理論及開發生態系統生產力和水分消耗評價方法而開展的。而現階段的農田通量觀測研究目的主要包括以下幾個方面：
驗證通量觀測的新理論，開發新的通量觀測技術；
認識農田生態系統二氧化碳、水汽和能量通量的日變化和季節變化特徵，分析生物和環境因素以及農業管理措施對農田生態系統碳循環和水循環過程的影響；
驗證生態系統碳循環和水循環的過程機理模型和大尺度的衛星遙感模型；
評價農業耕作制度和管理措施對生態系統水、碳循環的影響及其生態環境效益；
研究農田生態系統生產力對全球變化的回響與適應，預測糧食生產與食物安全囤開發節水農業灌溉技術。
