程 功, 劉廷璽, 王冠麗, 段利民, 馬立群

(1.內蒙古農業(yè)大學 水利與土木建筑工程學院, 呼和浩特 010018;2.內蒙古自治區(qū)水資源保護與利用重點試驗室, 呼和浩特 010018; 3.南京市水利規(guī)劃設計院股份有限公司, 南京 210000)

CO2，CH4，N2O作為溫室效應貢獻最大的3種溫室氣體，其排放是造成全球變暖的主要原因[1]，在過去的數年里，這3種溫室氣體分別以每年0.3%，0.9%，0.5%的速率快速增長[2]。CH4，N2O的增溫潛勢分別為CO2的25倍，298倍[3-4]。土壤—大氣界面進行著復雜的溫室氣體交換，溫室氣體的源和匯對全球氣候變化有著重要影響，因此了解溫室氣體的排放調控機理，并減緩溫室氣體排放成為了當今生態(tài)環(huán)境研究的重要議題。

干旱半干旱地區(qū)各生態(tài)系統(tǒng)作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在維護全球生態(tài)系統(tǒng)健康和碳氮循環(huán)上起著重要作用[5-6]。目前對CO2，CH4和N2O通量的觀測及其相關因子研究主要集中在森林[7]、農田[8]、草地[9-10]和濕地[11]等孤立的生態(tài)系統(tǒng)，對干旱半干旱地區(qū)沙丘生態(tài)系統(tǒng)和相鄰的多種生態(tài)系統(tǒng)整體性研究較少[12-16]。土壤含水量、土壤溫度、不同群落的植物根系呼吸以及不同地貌下土壤總有機質、總磷、總氮含量引起不同生態(tài)系統(tǒng)土壤溫室氣體通量變化規(guī)律存在時空差異[17-18]，有研究表明，即便是相鄰的兩個生態(tài)系統(tǒng)之間的溫室氣體通量變化規(guī)律也存在差異[19-20]?？茽柷呱城稹莸樘菁壣鷳B(tài)系統(tǒng)中包含多種呈梯級分布的生態(tài)系統(tǒng)，且該地區(qū)屬于干旱半干旱地區(qū)，受到水分脅迫的影響溫室氣體通量變化較為復雜，對于該地的研究較少，不利于碳氮循環(huán)機理的研究[20]。

本文以科爾沁沙丘—草甸梯級生態(tài)系統(tǒng)中呈梯級分布的半流動沙丘、半固定沙丘、人工林地、農田(玉米)、和草甸濕地作為研究對象，于2017年5—10月觀測整個生育期溫室氣體通量、土壤溫度、土壤含水量和各個地貌下土壤的總有機質、總氮、總磷含量，分析生育期內梯級生態(tài)系統(tǒng)不同地貌溫室氣體通量變化特征及其對各影響因子的響應。通過對比研究梯級生態(tài)系統(tǒng)中不同地貌土壤和植物的階梯性變化，對研究多生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體通量變化規(guī)律提供數據支持，并對科爾沁沙丘—草甸梯級生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體通量的研究提供科學依據和后續(xù)研究基礎。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)地理坐標為122°33′00″—122°41′00″E，43°18′48″—43°21′24″N，位于內蒙古自治區(qū)通遼市科爾沁左翼后旗阿古拉鎮(zhèn)，面積55 km2，地處科爾沁沙地東南緣，境內海拔最高235 m，最低184 m。區(qū)內自北向南沙丘、林地、農田、草甸濕地相間分布，為典型的沙丘—草甸梯級生態(tài)系統(tǒng)。該區(qū)多年平均降水量386 mm，主要集中在6—9月；多年平均水面蒸發(fā)量(Φ20 cm蒸發(fā)皿)1 410 mm，主要集中在4—9月；多年平均相對濕度55.7%；多年平均氣溫6.5℃，年極端最低氣溫-33.9℃，年極端最高氣溫36.4℃；年平均風速3～4 m/s。植物生長主要依賴天然降水，草甸濕地部分濕生植被還依賴地下水。區(qū)內沙丘地帶性土壤和非地帶性土壤廣泛發(fā)育，交錯分布，地帶性土壤為栗鈣土，非地帶性土壤主要為風沙土、鹽堿土。風沙土是主要的土壤類型，包括流動風沙土、半固定風沙土以及固定風沙土。

本文選擇沙丘—草甸梯級生態(tài)系統(tǒng)中自北向南呈梯級分布的半流動沙丘、半固定沙丘、人工林地、農田和草甸濕地作為研究對象。半流動沙丘和半固定沙丘大部分地面裸露，主要植物分別為差巴嘎蒿(Artemisiahalodendron)和小葉錦雞(Caraganamicrophylla)，土質干燥、松散，保水持水能力差；人工林地主要生長人工種植楊樹，樹種為小葉楊與黑楊雜交(Populussimonii×Populusnigra)，樹齡介于25～30 a，平均為28 a，樹高平均為11.9 m，胸徑平均為11.2 cm，株行距約2 m×3 m；農田種植農作物為玉米(ZeamaysL.)，5月播種，9月下旬收割；草甸濕地天然植被主要為蘆葦(Aneurolepidiumchinense)和羊草(Phragmitescommunies)，土壤含水量充沛且保水持水能力較強，9月1號草甸濕地開始人工刈割牧草，歷時2 d。除農田試驗區(qū)在初次播種時澆灌，生育期內全部地區(qū)只受到自然降水影響。試驗區(qū)樣方內土壤理化性質及其他相關信息見表1。

表1 試驗區(qū)土壤物理化學特征參數及相關信息

注：土壤取樣深度為0—10 cm；根系量取樣深度為0—40 cm，分8個層位每層5 cm；表中數據均為平均值。

2 研究方法

2.1 樣地設置

分別在不同的生態(tài)系統(tǒng)中選取3塊平坦且能夠代表該地區(qū)生境的10 m×10 m的樣方，并在每個樣方內隨機選取3個重復取樣點，即每塊試驗區(qū)共9個重復取樣點。在試驗開始一周前將靜態(tài)箱基座插入土壤中，盡量不破壞原有植物及土壤狀態(tài)，采集時植物罩在箱內，盡可能將人為因素對微量氣體交換的擾動降到最低。

2.2 氣體樣品的采集和測定

采用靜態(tài)箱—氣相色譜法，靜態(tài)箱由厚2.0 mm的pvc非透明板制成，靜態(tài)箱規(guī)格為50 cm×50 cm×50 cm，包括頂箱和基座兩部分，內設小風扇和溫度計。基座邊緣設有水槽，將頂箱置于基座上，上下箱體用水槽中的水密封。實際計算通量時以地箱高度為準。所測定結果為土壤大氣系統(tǒng)之間的氣體交換量(含植物呼吸)。

于2017年5—10月(生育期)內每7 d左右選取晴好天氣的9：00—11：00時段，在所設立的取樣點同時(多人同時操作)進行溫室氣體通量的原位觀測。采用30 min罩箱時間，即每個采樣箱分別罩箱后的0，10，20，30 min抽取氣體樣品。采樣容器為100 ml帶三通閥的醫(yī)用注射器，將注射器與箱體一側的排氣閥相連，抽取30～60 ml氣體樣品放入氣袋，同時記錄取樣時間和箱內溫度。氣樣帶回實驗室后，一周之內使用安捷倫7890B氣相色譜儀分析CO2，CH4和N2O濃度。

2.3 土壤溫度和含水量

氣溫和降水量等氣象要素通過試驗點5 m左右布設的波文比—土壤環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)全天候24 h自動采集，氣溫由距地面2 m高處的傳感器(HMP45C,Vaisala,Helsinki,Finland)測量，降水量通過距無冠層遮擋的地面0.7 m高處的自記雨量計(TE525MM,Texas Electeonices,Dallas,USA)測量，土壤溫濕度通過分層位(10，20 cm等)埋在土壤中的探頭(Hydra Probe Ⅱ，Stevens，USA)測量，探頭均在測量區(qū)域內以三角分布(即為3個重復)，以上數據通過數據采集器(CR1000,Campbell,Logan,USA)每10 min在線采集一次，計算平均值，自動存儲。

2.4 氣體通量及溫度敏感性指標的計算

溫室氣體通量根據一定面積一定時間內氣體濃度梯度進行計算。氣體交換通量(F)計算公式[21]：

F計算=Δm/(A·Δt)=(ρ·V·Δc)/(A·Δt)=

ρ·H·(Δc/Δt)

(1)

式中：F計算為氣體交換通量；ρ為箱內氣體密度；Δm，Δc，Δt分別為時間內箱內氣體質量和混合比濃度的變化；A，V，H分別為采樣箱的底面積、體積和氣室高度；Δc/Δt為箱內氣體濃度變化。計算通量過程中，通過式中引入箱內溫度和氣壓值，對氣體濃度進行矯正[22]：

F校正=F計算·[(273+T0)·(P0+PA)]/

[P0·(273+TA)]

(2)

式中：F校正為校正后氣體交換通量；T0為標準狀態(tài)溫度(20℃)；P0為標準大氣壓(0.101 33 MPa)；PA為測量當日當地大氣壓；TA為測量時平均溫度，當F為負值時表示吸收；F為正值時表示排放。

建立F和Ts的指數型函數：

F=aebTs

(3)

式中：F為氣體交換通量；Ts為土壤平均溫度；a，b為常數；Q10為溫室氣體排放的溫度敏感性指標，用溫度變化10℃時氣體通量的相對變化來表示，其計算公式為[23]：

Q10=e10b

(4)

2.5 數據分析

使用Excel 2010和SPSS 19.0對數據進行統(tǒng)計分析，采用指數和線性方程函數分別擬合各層為土壤溫濕度等相關因子與溫室氣體通量的關系(設置α=0.05)。用逐步回歸分析法對溫室氣體通量與相關影響因子進行多元線性回歸分析，找出影響3種溫室氣體的主要因素。繪圖采用Excel 2010和Origin 8.0，圖中均為平均值±標準差。

3 結果與分析

3.1 梯級生態(tài)系統(tǒng)大氣與土壤水熱變化

如圖1所示，2017年降雨分布不均，2017年科爾沁地區(qū)4—10月自然降雨23次，累計降雨量319.8 mm，降雨主要集中在8月上旬，8月4日、8月10日和8月15日分別集中降雨111.3，35.0，47.4 mm，共212.1 mm，占整個生育期降雨的66.3%。2017年生育期均溫19.4℃。

試驗區(qū)土壤溫度變化趨勢均與大氣溫度相近；土壤含水量變化差異顯著(p<0.05)，半流動沙丘和半固定沙丘土壤含水量整體較低，土壤含水量大部分時間低于4%。土壤含水量平均值表現(xiàn)為濕地草甸(37.5%)>農田(18.5%)>人工林地(8.7%)>半固定沙丘(3.6%)>半流動沙丘(3.1%)(圖2)。試驗區(qū)土壤有機質含量、氮含量、磷含量也均呈梯級分布(表1)。

圖1 2017年研究區(qū)生育期降雨和溫度變化

圖2 2017年研究區(qū)土壤水熱變化

3.2 溫室氣體的季節(jié)變化

溫室氣體通量在生育期均具有明顯的季節(jié)性變化(圖3)。CO2通量變化范圍為39.73～1 274.24 mg/(m2·h)，生育期內表現(xiàn)為排放，其排放最大值出現(xiàn)在8月22日附近，草甸濕地的排放量最大1 274.24 mg/(m2·h)；最小值出現(xiàn)在生育期初期，為半流動沙丘39.73 mg/(m2·h)。CH4通量變化范圍為-133.49～-0.84 μg/(m2·h)，生育期內表現(xiàn)為吸收，其吸收的最大值出現(xiàn)在8月22日附近，人工林地吸收值最大-17.51 μg/(m2·h)；吸收最小值出現(xiàn)在6月14日附近，為半流動沙丘-0.84 μg/(m2·h)。N2O通量變化范圍為0.006～24.41 μg/(m2·h)，生育期內表現(xiàn)為排放，其排放最大值出現(xiàn)在7月21日附近，草甸濕地的排放值最大24.41 μg/(m2·h)；最小值出現(xiàn)在生育期末期，為草甸濕地[0.006 μg/(m2·h)]。

試驗區(qū)溫室氣體通量平均值均呈梯級分布，CO2通量表現(xiàn)為：半流動沙丘[180.86 mg/(m2·h)]<半固定沙丘[241.32 mg/(m2·h)]<人工林地[347.14 mg/(m2·h)]<農田[404.54 mg/(m2·h)]<草甸濕地[486.17 mg/(m2·h)]，以試驗區(qū)類型為主要因子對試驗區(qū)CO2通量進行單因素方差，分析結果表明不同試驗區(qū)之間沒有顯著差異性(p>0.05)(圖3A)；CH4通量表現(xiàn)為：半流動沙丘[-42.36 μg/(m2·h)]>半固定沙丘[-43.41 μg/(m2·h)]>人工林地[-45.19 μg/(m2·h)]>農田[-48.66 μg/(m2·h)]>草甸濕地[-51.39 μg/(m2·h)]。在生育期草甸濕地和其他試驗區(qū)CH4通量變化規(guī)律不同，其他試驗區(qū)均在8月上中旬連續(xù)集中降雨后達到了全年吸收的最大值，但在8月初連續(xù)密集降雨開始后草甸濕地的CH4吸收值有所下降(圖3B)；N2O通量表現(xiàn)為：半流動沙丘[6.21 μg·(m2·h)]<半固定沙丘[6.47 μg/(m2·h)]<人工林地[7.79 μg/(m2·h)]<農田[8.02 μg/(m2·h)]<草甸濕地[9.01 μg/(m2·h)]。草甸濕地N2O通量變化規(guī)律在生育期初期和其他試驗區(qū)不同，其他試驗區(qū)在生育初期隨著溫度的上升N2O通量緩慢增大，草甸濕地N2O通量隨著土壤含水量的降低出現(xiàn)明顯的減小趨勢(圖3C)。

在整個生育期過程中，5塊試驗區(qū)溫室氣體吸收和排放均值與之前研究者得到的數據相近[7-16]，但由于各地土壤理化性質和氣候環(huán)境以及植物生長情況等諸多因素的不同，也導致各研究區(qū)溫室氣體通量之間有所差異[17-18]。

圖3 研究區(qū)生育期溫室氣體通量值的月變化(n=9)

3.3 梯級生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體通量關鍵因子分析

通過逐步回歸分析的方法，對影響土壤溫室氣體通量的影響因子進行計算，發(fā)現(xiàn)10 cm處土壤含水量是影響半固定沙丘、人工林地和農田土壤CO2通量的最關鍵因子，同時土壤溫度對半固定沙丘、人工林地和農田也產生一定影響，二者共同作用可以解釋66.8%，87.2%，85.2%的土壤CO2通量變化。半流動沙丘土壤CO2通量變化的關鍵因子只有10 cm處的土壤含水量，可以解釋其變化的30.7%；影響濕地草甸CO2通量變化的關鍵因子為10 cm處的土壤溫度，土壤溫度可以解釋34.1%的土壤CO2通量變化(表2)。

10 cm處土壤含水量是影響半流動沙丘、半固定沙丘和人工林地土壤CH4通量的關鍵因子，土壤含水量可以解釋半固定沙丘土壤CH4通量變化的48.4%，同時20 cm處土壤溫度也對半流動沙丘和人工林地的CH4通量產生影響，二者共同作用可以解釋土壤CH4通量變化的50.3%，84.9%。農田和草甸濕地土壤CH4通量的關鍵因子為10 cm處土壤溫度，土壤溫度可以解釋草甸濕地土壤CH4通量變化的39.2%，土壤溫度和土壤含水量共同作用解釋了農田土壤CH4通量變化的85.8%(表2)。

逐步回歸分析結果表明，10 cm處土壤含水量是半流動沙丘土壤N2O通量的關鍵因子，和10 cm處土壤溫度共同作用可以解釋半流動沙丘土壤N2O通量變化的72.5%，10 cm處土壤溫度是影響半固定沙丘、人工林地、農田和草甸濕地土壤N2O通量的關鍵因子，分別可以解釋土壤N2O通量變化的51.0%，71.1%，81.7%，50.6%(表2)。

表2 溫室氣體與土壤溫濕度的逐步回歸方程

注：M為土壤含水量，T為土壤溫度，下標為土層深度，下表同。

3.4 梯級生態(tài)系統(tǒng)土壤含水量對溫室氣體通量的影響

經Pearson法相關分析，結果表明半流動沙丘、半固定沙丘、人工林地和農田在生育期的溫室氣體通量均值(n=9)與土壤含水量呈極顯著相關(圖4)。本研究區(qū)屬于干旱半干旱地區(qū)，土壤含水量常年較低，半流動沙丘、半固定沙丘、人工林地和農田在生育期土壤含水量差異性顯著(p<0.05)，其平均值3.1%，3.6%，8.7%，18.5%，均長期小于田間持水率9.41%，11.1%，29.7%，25.4%。土壤含水量較低的地區(qū)，水分脅迫是限制溫室氣體吸收或排放的重要因素[24]，水分脅迫會使微生物(包括甲烷氧化菌)及活性酶對水分的依賴增強[25-27]，因此土壤含水量是半流動沙丘、半固定沙丘、人工林地和農田土壤CO2，CH4通量變化的關鍵因子。這也解釋了CO2和CH4通量在7月20日和8月上中旬大量降雨后分別出現(xiàn)了排放和吸收高峰的情況(圖3)，降水規(guī)律所引起的土壤含水量變化是影響土壤溫室氣體通量的重要因素[28]。水分狀況對土壤N2O通量的生成有明顯影響，同時也對土壤通氣狀態(tài)和傳輸能力有影響，溫度適宜的干旱半干旱地區(qū)土壤處于田間持水率以下時，N2O通量與土壤含水量成正比[29]。干濕交替的土壤狀況也可能會增加土壤N2O通量[30]。這也解釋了7月20日降雨后土壤N2O通量出現(xiàn)排放高峰的情況。

草甸濕地土壤CO2通量與土壤含水量之間沒有呈現(xiàn)出顯著的相關性(p>0.05)(圖4)。草甸濕地本身土壤含水量較大，在8月中上旬連續(xù)降雨后土壤含水量高出田間持水率39.8%，有研究表明：土壤含水量對土壤溫室氣體通量的影響存在一個臨界值，在土壤含水量高于此臨界值時其對土壤溫室氣體通量的影響不明顯[31-32]，過多的土壤水分減少了土壤孔隙中的氧氣含量，同時也降低了微生物(包括甲烷氧化菌)的活性和植物根系的呼吸[33-35]，從而限制草甸濕地溫室氣體通量的吸收或排放，這也解釋了8月上中旬持續(xù)降水中，CH4通量只在8月6日附近出現(xiàn)了吸收峰值后，直至生育期末期土壤CH4吸收值呈現(xiàn)減小趨勢。

圖4 CO2，CH4和N2O通量和土壤含水量的關系

3.5 梯級生態(tài)系統(tǒng)土壤溫度對溫室氣體通量的影響

土壤溫度通過影響植物根系的呼吸作用、微生物呼吸酶的活性以及硝化反應和反硝化反應，從而對土壤溫室氣體通量產生影響[36-37]。生育期各生態(tài)系統(tǒng)土壤CO2通量與土壤溫度均呈現(xiàn)顯著指數正相關關系，CO2的排放值隨溫度的升高而增加(圖5)。CH4通量(N2O通量)與土壤溫度呈顯著負(正)相關，其吸收(排放)值隨著土壤溫度的升高而增大。土壤含水量平均值表現(xiàn)為：草甸濕地(37.5%)>農田(18.5%)>人工林地(8.7%)>半固定沙丘(3.6%)>半流動沙丘(3.1%)(圖2)，Q10值表示土壤CO2排放速率對溫度變化的敏感性，Q10也顯示出相近的規(guī)律:農田(4.18)>草甸濕地(2.87)>人工林地(2.51)>半固定沙丘(2.41)>半流動沙丘(2.36)。干旱半干旱地區(qū)土壤溫室氣體通量對土壤溫度的響應高度依賴于土壤含水量[38]，草甸濕地主要生長蘆葦群落，蘆葦群落對于土壤含水量具有良好的適應性，且草甸濕地土壤營養(yǎng)豐富，土壤溫室氣體通量隨著溫度的增加而增大，但當土壤含水量超過田間持水率時，土壤溫室氣體通量又會隨著土壤含水量的增大而降低[39-40]，從而影響草甸濕地土壤溫室氣體通量對土壤溫度的響應。

圖5 CO2，CH4和N2O通量和土壤溫度的關系

本研究區(qū)內半流動沙丘、半固定沙丘土壤保水持水能力差，表層(0—80 cm)土壤含水量長期處于較低水平，且在7月、8月份日照強度大、空氣溫度較高，高溫條件下土壤淺層的根系萎頓，微生物死亡，會致使溫室氣體排放受到抑制[41-42]，同時一段時間內的干旱導致土壤含水量較低，這也解釋了7月30日左右CO2，CH4通量出現(xiàn)排放和吸收值低谷的現(xiàn)象，其中半流動沙丘和半干旱沙丘植物和微生物較少，此時的排放和吸收低谷更甚于其他試驗區(qū)(圖3—4)。產生N2O的硝化反應和反硝化反應強度主要依賴于土壤溫度[43-44]，生育期N2O通量的季節(jié)變化趨勢和氣溫變化趨勢相近(圖1，圖3C)，因此土壤溫度是土壤N2O通量的關鍵因子(表2)。

3.6 梯級生態(tài)系統(tǒng)土壤理化性質對溫室氣體通量的影響

本研究區(qū)呈梯級分布的各生態(tài)系統(tǒng)的土壤總有機質、總氮、總磷含量呈現(xiàn)明顯的梯級分布(表1)。土壤中的總有機質含量、總氮、總磷影響產生和吸收溫室氣體的植物根系及微生物數量、硝化反應和反硝化反應的強度等因素[41-44]。

在梯級生態(tài)帶上生育期的土壤CO2通量隨著土壤有機質和磷含量的梯級分布，也呈現(xiàn)出梯級增長的趨勢(總有機質含量：R2=0.960，p<0.01;總磷:R2=0.967，p<0.01)，其中沙丘因土壤有機質和磷含量較小，總體CO2排放水平較低，草甸濕地相對較大。有研究表明，土壤CO2的排放強度主要取決于土壤中有機質、磷的含量以及礦化速度[45]；土壤CH4通量也隨著土壤中總有機質含量的變化呈現(xiàn)出梯級變化的趨勢(p<0.01)，二者之間呈現(xiàn)出極顯著的負相關性[46]，土壤中的有機質是影響土壤CH4通量的因素之一[47]，它們?yōu)榧淄榫峁〤H4原料和能源從而間接地影響CH4的吸收；梯級生態(tài)帶上呈梯級分布的總氮含量和土壤N2O通量之間呈現(xiàn)出極顯著的相關性(總氮：R2=0.997，p<0.01)。有研究表明，土壤N2O通量和土壤氮含量呈現(xiàn)顯著正相關[48]，本文研究結果與這一研究結果相同。

表3 梯級生態(tài)系統(tǒng)土壤理化性質與溫室氣體的關系

注:*表示p<0.05;**表示p<0.01。

4 結 論

科爾沁沙丘—草甸梯級生態(tài)系統(tǒng)土壤溫室氣體通量因其土壤理化性質和生長植被的不同而有所差異，土壤溫室氣體通量具有明顯的季節(jié)性變化，CO2和N2O在生育期表現(xiàn)為排放，CH4表現(xiàn)為吸收。CO2，N2O和CH4通量分別在水熱條件較好的7月21日附近和8月22日附近達到排放和吸收的峰值。

土壤溫室氣體通量的季節(jié)性變化受到土壤溫度和土壤含水量的共同影響，二者通過影響土壤中植物的根系、微生物和活性酶以及硝化反應和反硝化反應的強度來影響溫室氣體的排放或吸收，在不同條件下二者皆有可能成為土壤溫室氣體通量的關鍵因子。在受到水分脅迫的干旱半干旱地區(qū)，土壤含水量對CO2和CH4通量的變化起到了決定性的作用，而土壤溫度對CO2和CH4通量的影響高度依賴于土壤含水量：半流動沙丘、半固定沙丘、人工林地和農田地區(qū)土壤含水量較低，土壤溫度對CO2和CH4通量有一定貢獻，但土壤含水量的波動主導了CO2和CH4通量的變化，且過高的土壤溫度會殺死微生物和植物根系，從而抑制CO2和CH4的排放和吸收；草甸濕地土壤含水量較高，草甸濕地生長的蘆葦對土壤含水量變化具有良好的適應性，其對CO2和CH4通量影響最大的因素是土壤溫度，但由于土壤含水量過高，CO2和CH4的吸收或排放會隨著土壤水分的升高而降低，從而影響土壤溫度對CO2和通量的影響。而產生N2O通量的硝化反應和反硝化反應對土壤溫度的響應更為強烈。

本研究區(qū)內溫室氣體吸收(CH4)/排放值(CO2和N2O)在生育期整體呈現(xiàn)出半流動沙丘<半固定沙丘<人工林地<農田<草甸濕地，其主要原因是呈現(xiàn)梯級分布的半流動沙丘、半固定沙丘、人工林地、農田和草甸濕地土壤中總有機質、總氮、總磷含量也呈現(xiàn)出梯級分布的特性。從相關分析結果來看，CO2通量與總有機質、總磷含量呈極顯著正相關，CH4通量與總有機質含量呈極顯著負相關(即CH4吸收值與總有機質含量呈極顯著正相關)，N2O通量與總氮含量呈極顯著正相關。