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二十世纪中叶以气温升高和降水格局的改变为主要特征的全球气候变化已成不争的事实，这与化石燃料燃烧和土地利用变化等人类活动导致大气中温室气体浓度增加有着密切的联系[1－2]。CO2、CH4和N2O对温室效应的贡献率分别达到了60%、20%、6%[3]。大气中温室气体浓度增加引起的全球气候变化，对人类社会的生存和发展带来巨大挑战，严重地威胁着人类生存与社会经济的可持续发展，已经成为全球强烈关注的重大环境问题[1]。 我国人口众多、地域广阔，陆地生态系统复杂多样，是欧亚大陆面积最大、对全球气候变化具有重大影响的关键区域。准确快速的监测温室气体的通量和浓度，尤其是对农田、森林、草地、湖泊、垃圾填埋场等各类生态系统的温室气体通量准确的监测和评估，是获取中国陆地生态系统第一手碳收支观测资料的前提，必将为应对气候变化和社会经济可持续发展做出重大贡献。因此，准确测量与估算温室气体通量对气候变化及其影响研究具有重要的现实意义。 陆地生态系统土壤温室气体的排放或吸收过程极为复杂，并且不同温室气体排放或吸收之间相互影响，因而使测量工作难度加大，测量准确度降低；同时受所采用测量方法的科学性和测量精度的限制，测量结果的准确性和代表性也会受到影响。故对目前陆地生态系统温室气体通量的各种测定方法的科学性和适用性进行客观评价就显得尤为重要。本文较全面地介绍了当前国内外用以测定土壤温室气体通量的各种方法[4-7]，并对他们的科学性和实用性进行了比较和评价。 1土壤CO2通量的测定方法 1.1静态箱-气象色谱法 基于气相色谱仪的箱式测定技术是近年来科学家们普遍用来测定土壤CO2通量的方法[8-11]。该方法采样时一般提前一天将底座埋入土中[12]，盖上盖子后立即用注射器采集气室内的空气，并在较短的时间内每隔几分钟采集一次[8]。国内学者一般选用气袋存储样品，如果野外采样－实验室分析的周期过长，建议采用玻璃注射器存储气体样品[8]，然后利用气相色谱仪来分析所采集气体内的CO2的浓度；最后，根据CO2浓度的时间变化计算出土壤呼吸的速率。静态箱-气象色谱法具有简单易行、机动性强，且能同时分析气体样品中的多种成分（CO2、CH4和N2O）、分析精度高等优点[13-15]。但是，该方法也存在一些缺点：对被测表面的自然环境状态产生了一定的干扰，如气室内温度、湿度和光照强度等均会与自然状态有所不同；采样瓶或气袋在长时间的运输过程中容易漏气，给测量值带来一定的误差；由于气样的采集和分析过程均是由人工完成的，不可避免的会产生一定的误差；气相色谱仪操作复杂并且管理成本比较昂贵。 1.2密闭式动态箱法 近年来，由于CO2红外分析技术的箱法逐渐成熟，该方法倍受研究者的青睐并广泛运用于土壤CO2通量测定的研究中[16-19]。目前常用的是人工手动测定法，它是将气室和红外线CO2分析仪连成闭合回路，使一定流量的空气在回路内循环，同时检测CO2浓度随时间的变化。密闭式动态箱的优点是：箱内气体循环流动，有利于气体混合；对IRGA的测定精度要求不高；测定时间短，可在数分钟或几十秒内完成，对观测土壤的干扰较小，且不必安装复杂的控温设备。这种方法也存在如下问题：首先，该方法无法进行多点同步监测；其次，该方法在测定过程中对生态系统产生一定的干扰，进而影响到监测结果。因此，CO2红外分析技术的气室测定法逐渐向多点化、自动化的方向发展。目前，主要以美国LICOR公司生产的Li-8150多通道土壤呼吸自动测量系统为代表。该系统能够对生态系统内部多点进行长期连续自动观测，是未来土壤CO2通量监测的主要发展方向。 1.3开放式动态箱法 20世纪70年代初，Denmead等[20]尝试使用开放式法测定陆地生态系统温室气体排放。开放式动态箱法测定CO2通量的基本原理是让一定流量的空气通过箱体，通过测量箱体入口处和出口处空气中被测气体的浓度来确定被罩表面CO2通量。开放式动态箱的气体不再回流,主要优点在于它能基本保持被测区域表面的环境状况，使之接近于自然状态。且随着气相色谱/氢焰离子检测器和气相色谱/电子捕获检测器灵敏度的提高，能够直接进样测定气流中的CO2、CH4和N2O等温室气体的浓度[21-22]。理想状态下开放式动态箱能测量所有物体表面的实际排放通量，但在实际应用中仍存在许多困难：开放式动态箱系统对于引入气流压力不足非常敏感，“泵效应”有可能引起通量脉动变化；且开放式动态箱系统要求通过箱子的气流处于准稳态，但准稳态气流的产生需要很严格的设计[23]。 1.4基于微气象学原理的涡度相关法 涡度相关法是基于微气象学基本原理的测定方法[24]。涡度相关法观测的是整个生态系统的净CO2通量，适于大范围、中长期定位观测，但其无法实现对生态系统内部通量空间变异的研究[25]。另外，利用涡度相关法测定土壤呼吸要求建立观测站，包括观测塔和相关的气象观测仪器和设备，代价昂贵，需要专门人员定期的维护。因此，利用涡度相关法测定土壤CO2通量也存在一定的局限性。 2土壤CH4与N2O通量的测定方法 与工业和城市等排放源相比，大部分生态系统中大气的CH4与N2O浓度极低，普通监测设备的灵敏度远远无法满足通量测定的需求。目前，土壤CH4与N2O通量的测定技术主要是应用静态暗箱/气相色谱法。该方法与上述基于气相色谱的土壤CO2通量测定方法相似，即采用气室罩住土壤表面，然后在一定时间间隔内用注射器多次抽取样气并注入到不同真空采样瓶或气袋内，运回实验室利用气相色谱仪测定CH4与N2O的浓度，并根据气室内的CH4与N2O浓度变化计算它们的通量[26-30]。 3不同方法比较 相关研究对不同的测量方法进行了比较[31]。Nay[32]评价了碱吸收法和密闭式动态箱法，结果显示当土壤CO2通量低时，测定结果高于真实值；若土壤CO2通量处于很高水平，则测定结果会低于真实值；而密闭式动态箱法总是低估了土壤CO2通量。Blackmer等[14]比较碱吸收法、气象色谱法和开放式动态箱法，发现开放式动态箱测得的通量都等于实际CO2通量，而其余两种方法都不同程度的低估了土壤CO2通量。从这些比较研究可以看出，对于哪个方法最好、可作为土壤呼吸测量的标准的问题目前仍没有形成一个一致的看法。尽管如此，几个比较研究都指出，虽然开放式动态箱法比较复杂，需要控制气室内的压力，也需要很大的技术投入，但它是测量土壤呼吸的方法中最为可靠的一种。#p#分页标题#e# 4未来土壤温室气体测量方法的发展趋势 目前市场上的自动测定仪器多限于土壤CO2通量的测定，多种土壤温室气体的同步、原位监测将是未来土壤温室气体监测的发展趋势。 （1）多种气体同步观测。目前的测量技术仅能对某种单一的土壤温室气体进行监测，无法实现对多种温室气体进行同步的连续观测。因此，对多种土壤温室气体进行同步的连续观测成为众多土壤温室气体研究者的迫切需要。 （2）温室气体浓度高精度快速分析。近年来逐渐发展起来的可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS）为快速测定温室气体浓度提供了新的手段。该技术的主要原理是利用半导体二极管激光器波长调谐特性，获得被测气体的特征吸收光谱范围内的吸收光谱，从而对温室气体浓度进行定量分析。该土壤温室气体测量方法具有精度高、选择性强、响应速度快等特点。这种技术的发展和完善将可实现多种土壤温室气体同步观测。 （3）多点自动连续监测。由于温室气体通量存在很大的时空变异，迫切需要多点自动连续观测系统。目前，美国LICOR公司的LI-8150系统可以进行多点测定，但该系统只能监测土壤的CO2通量，无法自动测量CH4和N2O的通量。 （4）通量与关键环境要素耦合同步观测。土壤温室气体的排放与其周围环境条件存在极为密切的关系。因此，将控制土壤温室气体排放的关键环境因素与其通量耦合在一起同步监测势必成为未来土壤温室气体通量监测领域的发展方向。
