三江平原沼泽湿地N2O浓度与排放特征初步研究

2001年8月到9月在三江平原沼泽湿地进行N₂O的原位静态箱观测.结果发现近地气层N₂O平均浓度为281.7×10^-9m³/m³,低于大气背景浓度,说明沼泽湿地可能是人类目前了解较少但很重要的N₂O汇.选取积水状况和地表植被不同的毛果苔草沼泽、小叶章湿草甸(Ⅰ,Ⅱ)以及作为对照的小麦休耕地进行观测,发现4个地点的N₂O排放日变化形式不完全相同,除小麦田全天持续排放N₂O外,其余各点一天当中均出现排放与吸收交替出现的情况.温度是影响排放模式的主要因素.观测期内毛果苔草沼泽、小叶章湿草甸(Ⅰ,Ⅱ)和小麦休耕地N₂O的平均排放强度分别为0.22μg/(m²·h),1.75μg/(m²·h),1.31μg/(m²·h)和4.86μg/(m²·h).氧化还原电位是决定沼泽湿地N₂O排放特征的关键因子,地表积水情况和土壤水分状况则是影响N₂O排放的另一重要因素.     

三江平原泥炭沼泽湿地N2O排放通量及影响因子

运用静态暗箱-气相色谱法观测了三江平原毛苔草泥炭沼泽湿地植物生长季N2O排放通量,并分析了其关键影响因子.结果表明:生长季N2O排放通量季节变化动态明显,最大值出现在7月上旬;平均排放通量为76.77μg/(m2·h),高于潜育沼泽湿地[20~60μg/(m2·h), 2002~2005].N2O排放通量与土壤温度存在极显著指数关系(P<0.01),且随土壤深度(土壤10cm以下)的增加相关关系逐渐减弱;与水位呈极显著负相关关系(P<0.01);另外,植被是影响N2O排放的主要生物因子,有植被参与的N2O排放是无植被的1.7倍.总之,水位和土壤温度是控制泥炭沼泽N2O排放呈明显季节变化的主要因素,而土壤水文物理特性的差异是引起泥炭沼泽N2O排放高于潜育沼泽的主要原因.经初步估算,三江平原泥炭沼泽每年植物生长季N2O排放总量约为72.9Mg,表明泥炭沼泽湿地在生长季是重要的N2O潜在排放源.     

沼泽湿地草甸N_2O排放通量日变化规律研究

利用静态暗箱/气相色谱法对三江平原小叶章(Calamagrostis angustifolia)草甸进行N2O排放通量的日变化观测实验.结果表明,小叶章草甸土壤-植物系统和土壤的N2O通量均具有明显的日变化规律,小叶章草甸土壤-植物系统和土壤的N2O通量最大值均出现在16:00,最小值均出现在6:00,其变化趋势与气温.地表温度和5、10.15,20 cm地温均呈正相关关系.小叶章植株的存在,促进了土壤一植物系统N2O的排放,土壤-植物系统N2O日平均通量是土壤的1.81倍.小叶章草甸土壤-植物系统N2O通量日变化的变异系数大于土壤.     

太湖地区湖水与河水中溶解N2O及其排放

水体是N2O排放的重要来源.2000-09～2001-09,每月2次采样(重复3次)连续监测太湖地区太湖和大运河水体N2O排放通量和水中溶解的N2O浓度,还同时监测不同深度水样中的N2O浓度.结果表明,太湖N2O-N的年均排放通量为3.53 μg/(m2@h),而大运河已高达122.5,μg/(m2@h).太湖湖水中溶解N2-O-N浓度为0.36μg/L,大运河河水中浓度高达11.31μg/L,浅水型水体是N2O排放的源.结果还表明,不同深度水中N2O浓度差异不明显,而时间差异显著.水面N2O的排放通量和水中溶解的N2O浓度呈显著正相关关系,二者又都与水温呈显著正相关.     

人为干扰对闽江河口短叶茳芏湿地N2O排放的影响

采用静态箱-气相色谱法和浮箱-气相色谱法,分别对闽江河口潮间带短叶茳芏(Cyperus malaccensis var. brevifolius)湿地、互花米草(Spartina alterniflora Loisel)入侵斑块湿地、输入养分的短叶茳芏湿地和踩踏形成的裸露湿地N2O通量进行测定,以研究不同的人为干扰方式对短叶茳芏湿地N2O通量的影响.结果表明:互花米草入侵斑块N2O通量[15.37μg/(m2·h)]低于短叶茳芏湿地[18.77μg/(m2·h)],互花米草入侵降低了短叶茳芏湿地的N2O排放,互花米草入侵的减排作用与潮汐关系密切,而与植物生长季节关系不明显;养分输入显著增加了短叶茳芏湿地N2O排放.秋季,养分输入后,短叶茳芏湿地N2O排放平均值为163.72μg/(m2·h),春季,养分输入后,高潮淹水时和高潮无淹水时,短叶茳芏湿地N2O排放平均值分别为227.62μg/(m2·h)和1178.64μg/(m2·h),极显著高于对照,高潮淹水时N2O排放峰值出现较高潮无淹水时早,N2O通量远低于高潮无淹水时;踩踏形成的裸露湿地N2O平均通量为-0.76μg/(m2·h),表明踩踏降低了短叶茳芏湿地N2O通量,但降低程度因植物的生长季节和潮汐环境的差异而不同.     

三江平原小叶章湿地H2S和COS排放动态

利用静态箱/气相色谱法,观测了生长季(5～9月)三江平原小叶章沼泽化草甸H2S和COS的释放动态,结果表明,H2S、COS的排放通量具有季节和日变化规律,小叶章沼泽化草甸H2S的平均释放通量为0.34μg·(m2·h)-1,COS的平均释放通量为-0.29μg·(m2·h)-1;在生长季,小叶章沼泽化草甸表现为H2S的源,COS的汇小叶章的生长过程对H2S、COS的排放影响显著,在小叶章生长旺盛期,H2S出现排放峰值,COS出现吸收高峰,H2S和COS的释放通量呈负相关.     

沼泽湿地CO2、CH4、N2O排放对氮输入的响应

利用静态暗箱-气象色谱法，选取小叶章沼泽化草甸进行野外原位试验，研究氮输入对沼泽湿地CO2、CH4和N2O等3种温室气体排放的影响,结果表明：氮输入对沼泽湿地CO2和CH4排放有明显影响，其季节排放总量分别是对照处理的1.3和2.5倍，但对CO2和CH4的季节变化模式无明显影响；氮输入对N2O的排放强度和季节变化模式均有显著影响,CO2排放通量与5cm深土壤温度存在显著的正相关关系，与地表温度和1.5m气温存在指数关系，而CH4和N2O排放与温度之间没有显著的相关性．在20、100和500年时间尺度上氮输入处理的CH4和N2O全球增温潜势（GWP）分别比对照处理增加了150％、150％和80％，表明氮输入在长、短时间尺度上都是增强CH4和N2O的温室效应的。     

沼泽湿地N2O通量特征及N2O与CO2排放间的关系

对三江平原淡水沼泽湿地进行了连续4年的野外原位观测.结果表明,沼泽湿地冬季是N2O的汇,但从全年来看,仍为N2O排放的源.5～8月是N2O排放的主要时期.土壤温度是影响N2O通量季节变化的重要环境因素,生长季内的积水水位和土壤温度则会影响到N2O通量的年际变化;沼泽湿地N2O与CO2排放间相关性显著,促使二者间产生这种内在联系的因素包括温度、植物根系的作用、有机质分解的联系作用以及植物气孔行为的调节.     

不同水分条件沼泽湿地土壤轻组有机碳与微生物活性动态

通过野外实验与室内分析,对三江平原生长季内毛果苔草(Carex lasiocapa)沼泽湿地生物量及0~20cm土壤不同有机碳组分进行观测,分析了不同水分条件下毛果苔草湿地土壤轻组有机碳(LFOC)与微生物量碳(MBC)的变化动态.结果表明,随水位增加毛果苔草群落地上生物量积累明显,与10~20cm积水条件相比,17~30cm水位状况下湿地土壤具有较高的轻组有机质含量与比例.生长季初期冻融过程提高了土壤轻组分(LF)有机碳含量与LFOC含量,之后随植物生长毛果苔草沼泽湿地土壤重组有机碳(HFOC)含量增长快于LFOC,说明毛果苔草沼泽湿地土壤具有较高的重组有机质持有能力.此外不同水位条件下毛果苔草沼泽湿地微生物活性受到土壤有机碳含量影响不同,低水位条件下微生物量碳与SOC呈显著正相关关系(R2=0.859),17~30cm水位条件下二者关系不显著,并且高水位毛果苔草沼泽湿地具有较低的MBC与微生物熵,表明该条件下土壤碳库具有较高的稳定性.     

沼泽湿地植物光合特性及固“碳”潜势对外源氮输入的响应

以沼泽湿地典型草甸植被小叶章(Calamagrostis angustifolia)为研究对象,在三江平原进行了野外培养实验,探讨了4个不同氮素输入水平(0(NO)、6(N6),12(N12)、24(N24)g·m-2· a-1)下沼泽湿地植物生长与光合特性的响应特征,并从光合固"碳"的角度分析了小叶章沼泽湿地的固"碳"潜势.结果表明,外源氮输入明显促进了小叶章的株高、叶面积及植株数,显著增加了碳的生物量积累,到植物生长季结束,N6、N12和N24三个施氮水平下,小叶章地上部分生物量分别比对照增加了58.79%、133.11%和190.55%.同时,小叶章叶片全氮含量、叶绿素、可溶性蛋白和游离氨基酸含量也显著增加,净光合速率明显提高,分别比对照增加了20.70%、26.69%和53.54%.从光合固"碳"的角度来看,外源氮输入能够促使沼泽湿地植物通过光合作用固定更多CO2.