冬季北黄海溶解态CH_4和N_2O的浓度分布及海-气交换通量

2014年1月开展了北黄海表层海水中溶解态甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O)浓度及海水温盐等参数的观测研究.结果显示,冬季北黄海表层海水溶解态CH_4和N_2O的浓度范围分别为4.3—7.3 nmol·L-1和12.8—14.9 nmol·L-1,饱和度范围分别为150%—255%和128%—149%,是大气CH_4和N_2O的源.通过针对性开展温盐数据校正,区域和全球尺度大气CH_4和N_2O摩尔分数参考值的对比计算等关键过程的研究,优化提高了溶解态CH_4和N_2O饱和度及海-气交换通量计算方法和结果的准确度,得出1月份海-气CH_4和N_2O交换通量分别为6.3±5.1μmol·m-2·d-1和9.4±8.0μmol·m-2·d-1(W2014).并结合文献报道的春、夏、秋季节观测结果,将北黄海N_2O年释放量修订为1.02×10-2Tg.     

黄河三角洲养殖塘水-气界面CO_2、CH_4和N_2O通量特征

随着经济的增长和人口的增加,沿海地区养殖业迅速发展,故养殖区水-气界面的CO_2、CH_4和N_2O交换通量对大气中温室气体浓度的影响不容忽视。以黄河三角洲神仙沟(桩11)南部的养虾塘为研究对象,于2013年6月—2014年4月,采用漂浮箱-气相色谱法对养殖塘白天水-气界面CO_2、CH_4和N_2O通量进行观测,并同步测定养殖塘部分环境因子。结果表明,黄河三角洲养殖塘CO_2、CH_4和N_2O的通量范围分别为-71.140 3~7.278 6、-0.005 8~0.016 5、-0.002 0~0.007 9 mg·m~(-2)·h~(-1),均值分别为-36.347 5、0.005 9、0.002 7 mg·m~(-2)·h~(-1),整体上表现为从大气吸收CO2的汇和向大气排放CH_4和N_2O的源。养殖塘温室气体通量存在明显的季节变化特征,在温度较高的夏秋季,CH_4和N_2O排放通量较大。相关性分析结果表明,温度、盐度、SO_4~(2-)、Cl~-和磷水平对养殖塘温室气体具有一定的影响,且盐度与N_2O通量、SO_4~(2-)浓度与CO_2通量之间的相关性达到显著水平。黄河三角洲养殖塘温室气体通量与自然水体和其他地区养殖塘存在较大差异,其中,地理位置的差异、养殖方式、杀菌剂的使用等环境因子和人为因素的作用显著。此外,养殖塘作为受人为干扰严重的水体,表现为多因子共同作用的结果,这一结论还有待于进一步的研究。研究结果对于综合评价水产养殖对区域气候变化的影响,深化人类活动对全球变暖的影响认识具有一定意义。     

华北低山丘陵区人工林土壤CH_4通量测定代表性时段研究

在日尺度上选取合适的时间段测定土壤CH_4通量,取其均值代表日均值,可使短时间内土壤CH_4通量观测数据有效反映长时间尺度上土壤CH_4通量。为此,于2014年11月─2015年10月利用土壤CH_4自动观测系统对华北低山丘陵区刺槐(Robinia pseudoacacia L)人工林的土壤CH_4通量进行昼夜连续性观测,共取得140 d完整连续数据,其中,生长季(2015年5月─2015年10月)共82 d,非生长季(2014年11月─2015年4月)共58 d。分析各月土壤CH_4通量的日均值变化特征,计算各月的代表时段与日平均的相对差异百分率,选取相对差异百分率在±10%以内作为代表性时段。各月观测代表性时段选定后,对各月代表性时刻土壤CH_4通量的平均值与日平均值进行拟合,并对其在年尺度上的有效性进行检验评估。结果表明:(1)2014年11月─2015年10月各月份的日均值变化幅度分别为-0.74~-1.16、-0.58~-0.79、-0.48~-0.67、-0.55~-0.86、-0.59~-1.49、-0.60~-0.72、-0.70~-0.80、-0.50~-0.66、-0.54~-0.71、-0.71~-0.85和-0.84~-1.09 nmol·m~(-2)·s~(-1),日较差分别为0.42、0.21、0.19、0.31、0.90、0.12、0.10、0.16、0.17、0.15、和0.24 nmol·m-2·s-1;(2)选取8:00─9:00作为生长季(2015年5月─2015年10月)土壤CH_4通量的代表性时段;选择9:00─10:00作为非生长季(2014年11月─2015年4月)的代表性时段;(3)各月的代表性时段内土壤CH_4通量平均值与24 h日平均值的相对差异分别为5.71%(正向)、4.50%(正向)、-1.98%(负向)、3.11%(正向)、6.34%(正向)、-7.37%(负向)、-1.23%(负向)、-9.03%(负向)、-4.43%(负向)、-0.71%(负向)、4.97%(正向),均在±10%以内;(4)对各月代表性时刻土壤CH_4通量的平均值与日平均值进行拟合,发现各月代表性时段土壤CH_4通量平均值与24 h日平均值数据差异最小出现在9月,最大出现在7月;(5)将选择的代表性时段内土壤CH_4通量累加至年尺度上,表明选取的代表性时段可代表研究区的全年土壤CH_4通量(r~2=0.885,P=0.000)。     

水热条件对不同坡位兴安落叶松林土壤CH_4通量的影响

兴安落叶松林是我国北方最大的针叶林,在我国具有重要的碳汇地位,对我国以及全球的气候变化具有重要影响。由于独特的高寒高湿和多年冻土的特殊生态环境,兴安落叶松林土壤中CH4的吸收与释放的规律与众不同。因此,开展对土壤CH4动态及其与环境关系的研究,对揭示兴安落叶松林碳汇能力的形成、碳释放动态以及兴安落叶松林对气候变化的作用具有重要的理论和实践意义。作者于2011年5月到9月间在内蒙古根河国家生态站,在不同坡位的4种典型兴安落叶松林群落中布设样地,采用静态箱-红外气体分析仪收集气体并分析CH4通量的变化,同时测定不同深度的土壤温度,测定土壤含水率。借助SAS方差分析、相关性分析等统计方法,对兴安落叶松林土壤CH4通量的季节变化进行研究,同时分析土壤温度及含水率对CH4通量的影响。结果表明,CH4的季节动态变化规律:坡顶CH4通量为春季释放,夏季吸收,秋季释放,吸收大于释放,通量的平均值为-68.12μg·m-2·h-1;坡上部CH4通量为春夏秋3季均吸收,通量的平均值为-342.49μg·m-2·h-1;坡下部CH4通量为春季释放,夏季吸收,秋季释放,释放大于吸收,通量的平均值为67.8μg·m-2·h-1;坡脚CH4通量为春夏秋3季均释放,通量的平均值为263μg·m-2·h-1。总的来说,在生长季兴安落叶松林土壤甲烷通量吸收大于释放,说明地处寒温带的大兴安岭是CH4的汇。观测期间CH4通量与温度及土壤含水率均有一定的相关性,二者从不同角度影响CH4通量的变化,而随着坡位的变化土壤水热条件也随之改变,这同样是影响CH4通量的一个重要因素。     

不同栽培技术对稻季CH_4和N_2O排放的影响

2014年在大田试验条件下,以水稻品种苏101为供试材料,设置超高产生产技术、常规生产技术和减肥生产技术3个处理组合,采用静态暗箱-气相色谱法,开展了不同栽培技术下水稻生长季田间甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)排放的原位监测试验,研究不同栽培技术对稻季CH4和N2O排放的影响及其温室效应,以期为稻麦两熟农田温室气体减排提供对策。结果表明:(1)不同栽培技术下水稻生长季CH4排放通量总体均呈先升高后降低的变化趋势,CH4排放峰值出现在水稻生育前期,移栽至有效分蘖临界叶龄期CH4累积排放量占全生育期排放总量的比例为79.1%~84.5%,而N2O主要在水稻生育中期搁田的时候排放量较大;(2)不同栽培技术对稻季CH4和N2O排放有显著影响,CH4季节排放总量表现为超高产生产技术(423.68 kg·hm-2)减肥生产技术(407.51 kg·hm-2)常规生产技术(195.96 kg·hm-2),N2O季节排放总量表现为常规生产技术(3.88 kg·hm-2)超高产生产技术(2.96 kg·hm-2)减肥生产技术(2.72 kg·hm-2);(3)超高产生产技术稻季排放CH4和N2O产生的增温潜势最高(CO2 11 473.6 kg·hm-2),显著高于其他处理,比常规生产技术(CO2 6 055.7 kg·hm-2)增加89%,比减肥生产技术(CO2 10 998.4 kg·hm-2)增加4.3%;(4)超高产生产技术在增加水稻产量的同时也增加了太湖地区水稻生长季的温室效应,但是其单位产量的全球增温潜势低于同样实施秸秆还田的减肥生产技术。     

麦秸还田与土壤耕作对稻季CH_4和N_2O排放的影响

2008年在大田试验条件下,设置麦秸还田旋耕、麦秸不还田旋耕、麦秸还田翻耕、麦秸不还田翻耕4个处理,采用静态暗箱-气相色谱法田间原位观测稻麦两熟制农田水稻生长季CH_4和N_2O排放通量,研究小麦秸秆全量还田与土壤耕作两项技术措施对稻季CH_4和N_2O排放的影响及其温室效应,以期为稻麦两熟制农田温室气体减排提供对策.结果表明:麦秸还田对稻季CH_4排放总量的影响达极显著水平,麦秸还田与耕作方式的互作效应对CH_4排放总量有显著影响,麦秸还田和耕作方式对N_2O排放总量的影响均达极显著水平;不同麦秸还田与土壤耕作处理稻季OH4排放总量为:麦秸还田旋耕>麦秸还田翻耕>麦秸不还田翻耕>麦秸不还田旋耕,N_2O的排放总量为:麦秸不还田翻耕>麦秸不还田旋耕>麦秸还田翻耕>麦秸还田旋耕;与麦秸不还田相比,相同耕作措施下麦秸还用排放CH_44和N_2O所产生的全球增温潜势(GWP)明显提高.麦秸还田条件下旋耕处理的GWP高于翻耕处理,而"单位产量的GWP"无明显差异,麦秸不还田条件下采用旋耕措施较翻耕可减轻温室效应.     

北亚热带红壤丘陵区3种土地利用方式下CH_4通量及其影响因素

以北亚热带红壤丘陵区林地、茶园、菜地为对象,采用静态箱-气相色谱法,对3种土地利用方式下CH4通量进行了研究,同时测定了土壤温度、含水量和无机氮含量。旨在探索不同土地利用方式下CH4"源"和"汇"的功能,对评估不同土地利用方式对全球气候变化的贡献具有重要意义。结果表明,不同土地利用方式下土壤甲烷平均通量有显著差异,分别为:林地-15.44μg·m-2·h-1,茶园-1.49μg·m-2·h-1,菜地7.11μg·m-2·h-1;菜地土壤甲烷平均通量最高,茶园其次,林地最低,CH4年累积通量分别为0.52、-0.31和-1.46 kg·hm-2,菜地土壤以排放CH4为主,而茶园和林地土壤是CH4的汇。茶园和菜地土壤CH4通量呈一定的季节性变化,春、秋季CH4通量较高。林地CH4吸收通量与土壤湿度呈显著的负相关关系(P0.05),且当土壤湿度(WFPS)高于70%时,林地土壤才以排放CH4为主;而茶园和菜地土壤CH4吸收通量与土壤含水量无显著相关关系。土壤CH4通量与土壤温度之间未呈显著的相关关系。不同土地利用方式下土壤CH4排放通量与铵态氮含量呈显著的负相关关系(P0.05),而与硝态氮含量未呈显著的相关性。     

冬季土地管理对稻季CH_4产生、氧化和排放的影响

通过室内培养和田间试验测定了冬季休闲、种麦和淹水处理水稻生长期CH4的产生潜力、氧化潜力及其排放通量,以探讨冬季土地管理对后续稻季CH4产生、氧化和排放的影响。结果表明:休闲与种麦处理间CH4产生潜力无显著差异(P>0.05),但2者均显著低于淹水处理(P<0.05);各处理间CH4氧化潜力无显著差异(P>0.05),土壤中NH4+-N含量可能是较冬季土地管理更为重要的影响CH4氧化潜力的因素;休闲处理CH4平均排放通量显著高于种麦处理(P<0.05),但2者均显著低于淹水处理(P<0.05)。冬季持续淹水稻田CH4产生潜力显著高于冬季排水稻田是其CH4排放量远高于冬季排水稻田的原因。冬季土地管理对稻季CH4排放的影响主要受CH4产生潜力而非CH4氧化潜力的限制。     

控释肥与尿素配合施用对稻季土壤CH_4和N_2O排放的影响

为明确控释肥和尿素配合施用对稻季土壤CH_4和N_2O排放的影响,通过田间原位试验,采用人工密闭箱法,观测氮肥(尿素单施、控释肥与尿素配合施用)及不同施氮水平(0、80、160、240 kg·hm~(-2))下水稻生长季土壤CH_4和N_2O的排放通量,以寻求综合温室效应最小的施肥管理措施。结果表明:水稻生长季N_2O排放总量、水稻产量均随氮肥施用量的增加而增加,而CH_4排放总量、综合温室效应与氮肥施用量之间没有显著相关性。控释肥与尿素配合施用对水稻生长季CH_4和N_2O排放及水稻产量的影响因氮肥施用量的不同而不同。与尿素单施相比,不同施氮水平下配合施用控释肥能有效降低N_2O排放总量3.6%~49.6%,其中,烤田期是控释肥发挥减排作用的关键时期。与尿素单施相比,在80 kg·hm~(-2)和160 kg·hm~(-2)施氮水平上,配施控释肥分别增加CH_4排放总量48.1%和27.5%及稻田综合温室效应45.0%和22.8%,而水稻产量无显著差异;在240 kg·hm~(-2)施氮水平上,配施控释肥处理土壤CH_4排放总量降低4.2~15.1%,水稻产量增加5.7%~13.9%,且综合温室效应降低7.5%~19.8%。在240 kg·hm~(-2)施氮水平上,与尿素∶控释肥为3∶7、1.5∶8.5、0∶1的配施处理相比,尿素∶控释肥为4.5∶5.5配施处理的综合温室效应最小,且水稻产量最高。因此,施氮量为240 kg·hm~(-2),尿素和控释肥按4.5∶5.5比例混合施用可作为稻田控释肥推荐施用方式。     

典型红壤农田区气溶胶浓度特征及其与降雨的关系

于2005-2006年,借助TH-150A采集器和微气象观测场对典型红壤区(鹰潭站)大气气溶胶总悬浮颗粒物(TSP)与降雨进行定点观测与采样分析,结果表明,2005-2006年研究区气溶胶TSP质量浓度为17.07～266.11μg·m-3,月均值分别为104.57和101.73 μg·m-3,峰值分别出现在2005年的2月(201·71 μg·m-3)和2006年的10月(266.11 μg·m-3),最小值均出现在各年的5月,分别为29.76和17.07 μg·m-3.2个年份间气溶胶浓度变化差别较大,这与气溶胶自身特性、气象因素及周边环境相关.邓肯差异分析表明,研究区大气气溶胶浓度与降雨量、降雨频率分别呈显著线性负相关(n=24,P=0.007;n=22,P=0.000 2).     

有机-无机肥不同配施比例对稻季CH_4和N_2O排放的影响

2015年通过大田小区试验,以粳稻品种武运粳29号为供试材料,在等氮量有机肥替代化肥条件下,设置5个不同有机-无机肥配施比例处理,采用静态箱暗箱-气相色谱法,对水稻生长季稻田CH_4和N_2O排放通量进行观测,并运用全球增温潜势(global warming potentials,GWP)对稻田CH_4和N_2O排放的温室效应进行测算。结果表明:(1)不同处理稻季CH_4排放的季节性变化趋势基本一致,但排放量大小差异显著,单施化肥(M1)、25%有机肥(M2)、50%有机肥(M3)、75%有机肥(M4)、100%有机肥(M5)替代化肥处理稻季CH_4累积排放量分别为203.37、242.06、255.04、288.06、334.46 kg·hm-2;不同处理稻季N_2O排放的季节性变化趋势也基本一致,但排放量大小差异显著,M1、M2、M3、M4、M5处理稻季N_2O累积排放量分别为3.96、3.43、3.27、2.97、2.60 kg·hm-2;(2)不同处理稻季排放CH_4和N_2O产生的增温潜势高低顺序为:M5M4M3M2M1,M5处理的增温潜势为9 136.8 kg·hm-2;(3)有机肥替代化肥与单施化肥比较,增加了太湖地区的稻田温室效应,但是,50%有机肥替代化肥的M3处理在获得较高水稻产量的同时,其单位产量的全球增温潜势在配施有机肥的各处理中表现为最低,是相对适宜的有机肥替代化肥的替代比例。     

互花米草入侵盐沼湿地CH_4和N_2O排放日变化特征研究

甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)是导致全球气候变暖的2种重要温室气体,探索其源汇及地域排放特征一直是全球变化研究领域的核心内容。CH4和N2O通量的日变化研究是正确估算大时间尺度下CH4和N2O排放量的基础。利用静态箱法原位观测了江苏沿海芦苇(Phragmites australis)、盐蒿(Suada salsa)、光滩、水面以及互花米草(Spartina alterniflora)入侵湿地CH4和N2O排放的日变化特征。结果表明,1)互花米草湿地地上部生物量为1.70 kg·m-2,土壤有机碳质量分数为13.55 g·kg-1;分别是芦苇和盐蒿湿地的2.50~3.43和2.15~4.15倍。2)互花米草和芦苇湿地土壤10 cm处氧化还原电位(Eh)有明显日变化,最低值出现在3:00,最高值出现在12:00;光滩和盐蒿湿地没有明显的日变化。3)互花米草湿地CH4日平均排放通量为0.52 mg·m-2·h-1,是其他湿地的2.12~6.40倍;N2O日平均通量为-3.24μg·m-2·h-1,显著低于盐蒿湿地、光滩和水面(P0.05)。互花米草和芦苇湿地CH4排放通量最高值(0.73 mg·m-2·h-1和0.30 mg·m-2·h-1)出现在15:00,最低值(0.37mg·m-2·h-1和0.17 mg·m-2·h-1)出现在3:00,均与土壤孔隙水中CH4浓度呈显著负相关(P0.05)。互花米草湿地CH4排放通量与10 cm土温、Eh和生态系统CO2净交换量(NEE)显著正相关(P0.05)。互花米草和芦苇湿地N2O通量9:00-18:00为负值,21:00—6:00为正值,均与NEE呈显著负相关(P0.05)。盐蒿湿地、光滩和水面CH4和N2O排放通量没有明显日变化特征。互花米草入侵提高了沿海湿地CH4排放,但降低了N2O排放,植物对CH4传输作用以及向根际传输O2和易分解有机物是导致互花米草和芦苇湿地CH4和N2O排放表现出日变化特征的原因。     

西北干旱区PM_(10)浓度特征及其与水平能见度的关系

利用环保部门的API、PM10数据和气象部门的能见度、相对湿度等相关数据,分析了2011─2013年西北干旱区(包括新疆、甘肃、内蒙古PM监测站点分别19个、5个、13个)PM10浓度的空间分布特征和时间变化特征,并以新疆为例,研究了其PM10浓度特征及其与水平能见度(包括全部天气条件和晴空条件,以及干能见度、干消光系数)的关系,以期了解西北干旱区的PM10浓度状况,为有效控制PM10污染提供科学依据。结果表明,(1)2011─2013年,整个西北干旱区的PM10浓度存在明显的区域差异,新疆的PM10浓度明显高于甘肃、内蒙古,且新疆和甘肃大部分城市的PM10浓度已超过国家二级质量标准。就季节分布而言,整个西北干旱区冬春季PM10浓度相对较高,秋季次之,夏季最低。(2)2011─2013年,西北干旱区绝大多数城市的PM10浓度月变化波动都比较大,波动曲线基本呈现出"M"型、"U"型、"N"型和"n"型4种。(3)PM10浓度与水平能见度呈负相关关系。为了降低分析误差,我们将PM10数值以100μg·m-3为步长进行了分组,分析了PM10浓度距平与水平能见度的关系,得出当PM10浓度为负距平时,能见度距平多为正值,且对应的水平能见度比相应气象条件下的平均值高,而当PM10浓度为正距平时,能见度距平多为负值,且对应的水平能见度比相应气象条件下的平均值低。     

三江平原湿地岛状林CH4和N2O排放通量的特征

利用静态箱-气相色谱法对三江平原湿地岛状林生长季N2O、CH4的排放通量进行了为期4个月的原位测定,分析了三江平原湿地岛状林CH4、N2O排放通量的季节特征,并初步探讨了CH4、N2O排放通量与温度和土壤水分的关系.湿地岛状林CH4、N2O通量均呈现出明显的正负交替的变化特征, 通量范围分别为-560.45～706.35 μg/(m2·h)和-28.87～43.59 μg/(m2·h), 季节均值分别为41.88 μg/(m2·h)和11.56 μg/(m2·h).结果表明, 湿地三江平原湿地岛状林土壤是CH4和N2O的汇.相关分析表明,CH4和N2O的排放与箱内温度具有弱相关性.土壤水分是影响湿地岛状林土壤CH4吸收、排放关系的重要因素, 而土壤的干湿交替能促进岛状林土壤N2O的排放.     

辽河沉积物中多环芳烃的污染水平与特征

测定了辽河干流15个沉积物样品中16种EPA优先控制多环芳烃的含量.结果表明,辽河沉积物中总PAHs含量介于27.8-1479 ng·g-1,平均值为285.5ng·g-1,其中蒽、菲、芴含量较高.特征化合物荧蒽/202与茚并[1,2,3,2cd]芘/276的比值表明辽河沉积物中的PAHs主要来源于燃烧产物.     

河西走廊极端干旱区PM10质量浓度分布特征及其与气象要素关系研究

利用敦煌和酒泉2007—2011年的PM10质量浓度资料和风速、气温、相对湿度、气压、天气现象等相关气象要素资料,分析了河西走廊西部极端干旱区不同下垫面环境PM。0质量浓度的时空分布特征,结果表明,下垫面是沙地环境的敦煌PMl0质量浓度年平均值为128．9lμg·m-1,明显高于绿洲环境酒泉的76．1mg·m-1两站均是春季大于其他季节,尤以4月最为显著,敦煌和酒泉分别达到272．1lμg·m0和151lμg·m-2;PMl0质量浓度的不同分布特征与气象因素有密切的关系,尤其受沙尘天气的影响较大,其最大值可以反映沙尘天气的强度,非沙尘日PMl0质量浓度在不同下垫面条件下虽有一定相差,但空气质量状况均在“良”以上。两站PM10质量浓度日变化差异较大,敦煌四季的日变化特征均不特别显著,变化比较平稳,基本都呈单峰单谷型分布,最大值出现在17：00时左右,最小值出现在6：00左右;酒泉春、秋季日变化基本一致,呈单峰型,最大值出现在正午时段;夏季日变化规律性不明显,变化幅度比较平缓;冬季呈双峰双谷型,最大值和次大值分别出现在16：00和2：00左右,最小值和次小值分别出现在10：00和0：00左右。进一步分析发现,在沙尘日和非沙尘日PM10质量浓度明显不同,其对应的压、温、湿、风及能见度也有一定规律,沙尘日的日均风速和日最大风速大于非沙尘日,相对湿度、气压和能见度小于非沙尘日。两站的气温、气压、相对湿度、风速等气象要素与PM10质量浓度均有一定相关性,但PM10质量浓度的分布最终是受各要素综合影响的结果,敦煌和酒泉,PM值与PM10质量浓度日均值的相关性都很显著,相关系数分别为0．8961和0．9152,远高于其他各单气象要素与PM10质量浓度的相关性。两站沙尘日的昂M均值分别是非沙尘日2-3倍,因此气象影响指数能有效的区别沙尘日和非沙尘日。IPM的分布也能较好的反映PMl0质量浓度的分布,因此可用抽d来量化评价PM10质量浓度。     

双台子河与大辽河表层水体微塑料特征与分布研究

微塑料是全球新兴环境热点问题之一.据估算,80％的海洋微塑料来于陆源输入,而河流被认为是陆源微塑料输入海洋的主要路径之一.为揭示辽河流域水体微塑料污染特征、空间分布及其对渤海微塑料污染的潜在贡献,本文基于密度分离原理并利用傅里叶变换红外光谱方法,研究了双台子河与大辽河下游至入海口(盘锦段)河道表层水体微塑料丰度、材质组...     

施肥与不施肥措施下小麦田的CO_2、CH_4、N_2O排放日变化特征

二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)是对全球气候变化影响最大的温室气体。由于土壤与大气之间的水热交换需要一定的传导平衡时间,因此土壤温室气体与温湿度之间的关系存在不同的表现形式。目前,有关温室气体研究多集中于季节性排放特征,而关于CO2、CH4、N2O的日变化研究却少见报道。以北京小麦(Triticum aestivuml)农田土壤为研究对象,对施肥和不施肥条件下CO2、CH4、N2O交换通量和气温、土壤温度进行连续观测,来探讨3种温室气体的日变化特征。采用人工静态暗箱法对小麦田土壤进行连续48 h原位观测,每2 h测定1次,每次盖箱时间为30 min。气体样品中的CO2、CH4、N2O用气相色谱仪(Agilent 6890A,FID/ECD)测定。结果表明:施肥与不施肥条件下小麦生育后期麦田土壤CO2、CH4、N2O交换通量具有明显的日变化特征。土壤表现为CH4的吸收汇、CO2和N2O的排放源。CH4的吸收通量、CO2和N2O的排放通量均表现为施肥区对照区。CO2、CH4的交换通量的70%以上出现在白天,而施肥区和对照区的N2O白天排放通量分别达到全天的81.8%、91.1%。另外,相关性分析表明,CO2、N2O交换通量的日变化与气温和5 cm地温呈极显著(P0.01)或显著(P0.05)的正相关关系,且N2O交换通量日变化与10 cm地温呈现极显著的正相关关系,说明温度是影响CO2、N2O交换通量日变化的重要因素;而气温、5 cm地温、10 cm地温对CH4交换通量日变化不存在显著性影响。     

不同经营方式及生境对大兴安岭高纬度林区生长盛季森林土壤CO_2、CH_4、N_2O通量的影响

为了确定不同森林经营利用方式(原始林、皆伐林、渐伐林)及不同生境(有林地、无林地、湿地)对于森林土壤-大气主要温室气体通量的影响,于2013年生长盛季(7─8月),在内蒙古大兴安岭兴安落叶松(Larix gmelinii)林区选取了16块样地,采用静态箱/气相色谱法进行了土壤-大气温室气体通量的原位观测。气体监测的同时,测定了土壤湿度和各层土壤温度以及各样地土壤的物理、化学性质。实验结果表明:大兴安岭兴安落叶松林区生长盛季CH4通量平均值为C(-133.6±62.3)μg·m-2·h-1。沼泽湿地(PD2和PD7)CH4表现为释放,CH4通量平均值为C(130.0±41.0)μg·m-2·h-1,其它14个样地土壤CH4为吸收,吸收通量变化范围为C(-242.0~-42.6)μg·m-2·h-1,变异系数为47%。所有样地CO2的地-气通量变化范围是C(94.9~1164.0)μg·m-2·h-1,平均值为C(671.3±324.3)μg·m-2·h-1,变异系数是48%。所有样地N2O通量的范围是N(1.2~21.6)μg·m-2·h-1,平均值为N(7.3±6.1)μg·m-2·h-1,变异系数为84%。通过数据分析显示,大兴安岭林区生长盛季不同经营方式及不同生境对森林土壤-大气CH4、CO2、N2O通量均无显著相关性。CH4通量与土壤各层温度及各层湿度并未发现有显著相关性,仅显示CH4通量与土壤有机质(SOC)呈正相关关系、土壤全氮(TN)呈负相关关系;CO2通量与土壤5 cm处温度显著相关(P=0.042 3),与土壤0 cm及10 cm处温度无显著相关性,CO2通量与土壤各层温度呈正相关关系,与腐殖质层、0~10 cm以及10~20 cm土壤湿度呈负相关关系,与SOC、TN呈负相关关系;N2O通量与土壤各层温度、湿度及SOC均呈正相关关系,与TN呈负相关关系。     

典型菜地土壤剖面N_2O浓度、扩散通量与净周转率变化

利用地下气体原位采集系统-气相色谱法,周年监测休耕裸地与轮作菜地(茼蒿-空心菜-大青菜)7、15、30和50 cm土层N_2O浓度变化,旨在探究菜地土壤剖面N_2O扩散通量变化和净周转率.结果显示:菜地土壤剖面N_2O浓度呈现较大的时空变异性,轮作菜地7、15、30和50 cm土层N_2O平均浓度分别达到休耕裸地对应土层的1.9、8.7、9.2与26.7倍,0-30 cm土层土壤N_2O浓度随土层深度增加而增加,30-50 cm土层逐渐降低,表明氮肥施用显著促进了上层土体内N_2O的产生.休耕裸地与轮作菜地4个土层N_2O扩散通量(以N计)变幅分别为-354-420μg m~(-2)h~(-1)与482-1 510μg m~(-2)h~(-1),其中休耕裸地30-50 cm土层N_2O扩散通量为负值,表明该土层N_2O以吸收为主.轮作菜地7-15 cm土层N_2O扩散通量最高为1 510μg m~(-2)h~(-1),分别比0-7 cm、15-30 cm与30-50 cm高68.1%、2.5%与36.6%,表明7-30 cm为N_2O的主要产生位点.休耕裸地与轮作菜地0-15 cm土层间N_2O净周转率以负值为主,15-50 cm以正值为主,表明N_2O的周转在土壤剖面中层(7-30cm)最快.综上,N_2O浓度在土层中的分布情况为从上到下先增加后减少,主要产生位点于30 cm土层并从该层向其上下层扩散输送;结果可为菜地土壤N_2O产生位点的定位及其转化过程的研究提供参考.(图4表2参33)