北京地区暖温带森林土壤温室气体排放规律

本研究利用静态箱法在北京市东灵山暖温带森林生长期选择3种不同类型的森林(阔叶混交林、辽东栎林和油松林)的土壤进行了温室气体(CH₄、CO₂和N₂O)排放规律的野外原位观测.研究结果表明:暖温带主要代表森林类型的土壤作为CH₄的汇吸收大气中的CH₄,同时作为CO₂和N₂O的源向大气排放.观测结果显示:不同的森林土壤类型其温室气体排放通量、范围各不相同,阔叶混交林土壤CH₄、CO₂和N₂O通量范围分别是:42～103μg/(m²·h),15～344mg/(m²·h)和-61～101μg/(m²·h);辽东栎林土壤3种气体通量范围分别是:13～182 μg/(m²·h),23～380mg/(m²·h)和-15～183 μg/(m²·h);油松林土壤3种气体通量范围分别是:12～128 μg/(m²·h),15～292mg/(m²·h) 和 -94～153 μg/(m²·h).观测期内阔叶混交林土壤CH₄、CO₂和N₂O平均通量分别是:-66 μg/(m²·h),145mg/(m²·h)和22 μg/(m²·h);辽东栎林土壤3种气体平均通量分别是:-67 μg/(m²·h),146mg/(m²·h)和45μg/(m²·h);油松林土壤3种气体平均通量分别是:-79 μg/(m²·h),150mg/(m²·h)和31μg/(m²·h).本研究估算了不同类型的森林土壤不同的温室气体生长期内的排放总量,阔叶混交林土壤CH₄、CO₂和N₂O排放总量分别是:-5.34kg/(hm²·a),13.9Mg/(hm²·a) 和2.58kg/(hm²·a); 辽东栎林土壤3种气体排放总量分别是:-6.20kg/(hm²·a), 14.07Mg/(hm²·a)和4.19kg/(hm²·a); 油松林土壤3种气体排放总量分别是-6.85kg/(hm²·a), 15.71Mg/(hm²·a)和4.30kg/(hm²·a).     

太湖水土界面氮磷交换通量的时空差异

利用原柱样静态释放实验及间隙水分子扩散模型对太湖典型草型湖区(东太湖)及藻型湖区(梅梁湾)的氮磷释放通量进行了逐月研究.原柱样氮磷静态界面交换通量(F_i)在同一湖泊不同生态类型湖区有差异性,东太湖氨态氮和可溶性磷酸盐的年平均交换通量分别为(44.9±21.9)mg·(m²·d)^-1(平均值±标准偏差)和(2.06±1.71)mg·(m²·d)^-1,梅梁湾为(16.2±12.0)mg·(m^-1·d)^-1和(0.53±0.52)mg·(m²·d)^-1.2湖区的分子扩散通量(F_m)同样表现为这样的差异,但是其绝对值与静态释放通量相比有数量级的差异,该模型不能用于太湖这样风浪显著且底栖生物活性较高的湖泊水土界面氮磷营养盐交换通量的估算.仅从不同生态类型的湖区比较结果看,草型湖区比藻型湖区有更高的氮磷交换通量.F_i/F_m比值作为1种反映底栖生物活性的指标反映出东太湖有更高的底栖活性.在水体溶解氧水平通常保持在较高的水平,即好氧状态下,氮磷界面交换通量与溶解氧水平(DO)无显著相关.同样,在现有浓度水平下,其水土界面交换通量与水体氮磷浓度无显著相关.东太湖较高的释放通量与相对较低的水体营养盐负荷的差异来自于大型水生植被的消浪促沉降及其本身的吸附吸收作用,这是恢复水生植被以重建健康水生生态系统的重要理论依据.     

青海湖东北岸天然草地CO2 通量变化特征

采用涡度相关法对青海湖东北岸地区草甸化草原生态系统的CO₂ 通量进行了观测,结果表明： 在生长季节(5~9 月),就日变化,08:00~19:00 为CO₂ 净吸收,20:00~07:00 为CO₂ 净排放,CO₂ 通量 净吸收峰值一般出现在12:00 时,7 月份12:00 时CO₂ 净吸收峰值为1.41 g·(m2·h)^-1;就月变化,7 月 是生长季CO₂ 净吸收最高月份,月CO₂ 净吸收量达到162.70 g·m^-2,整个生长季CO₂ 净吸收的总量达 468.07 g·m^-2。非生长季节(1~4 月及10~12 月),CO₂ 通量日变化振幅极小,最大CO₂ 净排放通量出现 在3 月,为0.29 g·(m2·h)^-1,除12 月和1 月各时段CO₂ 通量接近于零,其余月份各时段CO₂ 净排放在 0.02~0.29 g·(m2·h)^-1;3 月是全年CO₂ 净排放的最高月份,全月CO₂ 净排放量为72.33 g·m^-2,整个非生 长季CO₂ 净排放为319.78 g·m^-2。结果表明,无放牧条件下青海湖东北岸地区草甸化草原,全年CO₂ 净吸收量达148.30 g·m^-2,是显著的CO₂ 汇。     

太湖水-气界面CO2交换通量观测研究

基于2003-01～2005-06利用静态箱法对太湖水-气界面CO2交换通量的观测,对太湖水-气界面交换通量的变化特征进行了分析研究.结果表明:太湖水-气界面CO2交换通量存在明显的日变化,春、夏、秋、冬4季日平均通量分别为-0.79 mg/(m2·h)、-4.89 mg/(m2·h)、-4.06 mg/(m2·h)和-2.56 mg/(m2·h),太湖均是CO2的汇.一般污染越重的区域,CO2通量值越大.藻型湖区水-气界面CO2交换通量季节变化不明显,草型湖区水-气界面CO2交换通量季节变化很明显,夏秋季高,冬春季低.CO2通量变化的可能相关因子还有天气情况、太阳辐射、风速及水温、pH、TA、Chla、TC、TN和TP等.     

鄂南4种典型土地利用方式红壤CO2排放及其影响因素

以湖北省咸宁地区分布的红壤为研究对象,采用静态箱法对4种典型土地利用方式（水稻-油菜轮作田,旱地,林地,果园）土壤CO₂的排放特征及其相关影响因子进行了观测研究.结果表明,4种利用方式土壤CO₂的年排放总量从高到低分别为水稻-油菜轮作田1 129 g/(m²·a),果园828 g/(m²·a),旱地632 g/(m²·a),林地533 g/(m²·a).土壤CO₂排放通量呈现明显的季节性变异,水田夏季淹水期排放低,而其它3种土壤都是夏季最高,春秋次之,冬季最低,并与对应的大气温度、土壤温度变化趋势基本一致.其中5 cm地温与4种土壤CO₂排放通量均成极显著的相关关系,且以林地的相关性最大.除水田外,其它土壤CO₂排放通量与大气温度均呈显著正相关关系.根据5 cm地温与CO₂排放通量的相关方程计算得出,4种利用方式红壤的Q₁₀分别为水田1.51,果园1.88,林地2.08,旱地2.7.土壤CO₂排放通量与土壤WFPS之间并没有明显的相关关系.土壤可溶性有机碳（DOC）含量与CO₂排放通量的变化趋势基本一致,且DOC在降水或淹水的情况下显著增大.     

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N₂O-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. .     

亚热带稻田生态系统CO2通量的季节变化特征

为估算和评价稻田生态系统碳源/汇强度及其对大气CO₂浓度变化的贡献,研究了稻田生态系统与大气间CO₂交换通量的季节变化特征及其影响因素.采用涡度相关技术对我国亚热带稻田生态系统CO₂交换通量进行了连续监测,在数据剔除、校正和差补的基础上,对瞬时CO₂通量值进行计算求得日CO₂通量值和年CO₂通量值,并对CO₂通量季节变化及其与主要气象因子的关系进行了探讨.结果表明,稻田生态系统光合吸收CO₂通量（GPP）、呼吸排放CO₂通量（R_eco）和净吸收CO₂通量（NEE）的季节变化均呈6～9月较高,1～5月和10～12月较低的对称分布.其中5～9月水稻生长时期的NEE总量占年总量的80%以上,对年NEE总量起决定性作用.光合有效辐射（PAR）和日平均气温（T_a）是GPP与NEE季节变化的最主要影响因子,二者与GPP和NEE分别存在显著的二元线性关系.年净吸收CO₂总量为2?475.6 g/(m²·a),这表明我国亚热带稻田生态系统是大气CO₂的汇.     

基于涡度相关技术的农田生态系统碳收支评估

以涡度相关技术为主要观测手段,连续观测冬小麦和水稻生态系统主要生长季净生态系统CO₂交换（NEE）的变化规律,评估两种农田生态系统CO₂的源/汇功能.结果表明,整个观测期间,两种作物生态系统CO₂浓度的日变化曲线呈现白天低、晚上高的"一峰一谷"型,冬小麦生态系统变化较为平缓,而水稻生态系统变化则比较剧烈.冬小麦和水稻生态系统白天30 min CO₂通量的平均值分别为-13.4 μmol·m^-2·s^-1和-12.9 μmol·m^-2·s^-1,通量最高值分别出现冬小麦的孕穗期与水稻的开花期.此外,两种作物生长季CO₂通量表现出"U"形曲线的日变化特点,白天以吸收CO₂为主,冬小麦和水稻生态系统分别于12：00和11：30达到吸收峰值;夜间CO₂通量变化较为稳定,表现为呼吸排放CO₂.两种农田生态系统均表现为碳汇,冬小麦与水稻生态系统净碳交换分别为188.2 g·m^-2与233.8 g·m^-2.     

季节非对称升温对喀斯特土壤CO2释放的影响

全球变暖呈现季节非对称升温特征,若在研究全球变化对生态系统的影响时未充分考虑该特征,很可能导致研究结果失真.基于红外线辐射增温法,野外模拟不同升温情景下喀斯特土壤CO₂释放的短期（4 a）特征.升温情景包括不升温（对照）、对称升温（全年同步升温2.0℃）和非对称升温（冬春/夏秋季升温幅度为2.5℃/1.5℃、3.0℃/1.0℃、3.5℃/0.5℃和4.0℃/0℃）.结果表明,与对照相比,升温样地土壤CO₂通量显著提高,增加了0.26 μmol·（m²·s）^-1,增幅为17.41%,其中冬春季通量增加了0.23 μmol·（m²·s）^-1.在平均升温2.0℃情景下,土壤CO₂释放的温度系数（Q₁₀）变幅为1.53~3.24之间,平均值为2.23.对称升温处理中夏秋季土壤CO₂通量升温贡献率（80%）远高于冬春季（20%）;非对称升温处理夏秋季和冬春季平均升温贡献率相当（46%和54%）.5个升温情景下CO₂通量和Q₁₀呈现随升温的非对称性增加而降低的趋势,其中对称升温处理CO₂通量显著高于中度、高度和极端非对称升温处理.各处理中,夏秋季Q₁₀均大于冬春季,这可能与土壤含水量、土壤微生物、可溶性无机碳和植被生长等有关.研究揭示,基于对称升温情景可能会高估全球变暖对喀斯特土壤CO₂释放的影响.     

典型喀斯特河流水-气界面二氧化碳交换特性及其营养调控因素

为探索喀斯特河流水-气界面二氧化碳（CO₂）交换特性及其营养控制因素,以我国典型喀斯特河流——芙蓉江为研究对象,探索了区域气象水文参数、碳酸盐平衡参数、营养元素及总有机碳（TOC）的空间变化特征,同时分析了CO₂分压（pCO₂）的空间变化调控因素,pCO₂与总氮（TN）、总磷（TP）和TOC及其化学计量比的耦合关系,对比了该研究河流与世界河流的CO₂排放情况.结果表明,芙蓉江水-气界面CO₂交换速率（k）在2.71~13.0 m·d^-1范围内,pCO₂在78.5~21491.2 Pa范围内,且支流高于干流;河流表层水体TOC、TN和TP分别为（302.8±50.1）、（128.9±67.9）和（0.65±0.98）μmol·L^-1,整体表现为磷限制营养状态;河流pCO₂与磷及其相关的化学计量比显著耦合,说明微生物新陈代谢是河流CO₂饱和的主要原因;芙蓉江水-气界面CO₂排放通量（F）为（534.5±801.4） mmol·（m²·d）^-1,高于一些世界河流,具有巨大的CO₂排放潜力.     

三峡库区典型河流水-气界面CO2通量日变化观测及其影响因素分析

为研究河流水-气界面CO_2通量的季节和日变化特征;于2016年7月15～17日以及2017年11月4～6日对三峡库区嘉陵江支流竹溪河进行定点定时采集表层水样,并同步监测关键环境因子,采用亨利定律结合薄边界层模型计算其水-气界面CO_2通量F(CO_2).结果表明,竹溪河表层水CO_2分压p(CO_2)及界面CO_2脱气通量呈现出显著的日间和季节变化,以及明显的日内变化特征:在上午09:00前后达到释放高峰,随后波动下降;水-气界面CO_2通量日间均值分别为(100. 9±31. 6)、(78. 6±12. 1)、(83. 9±29. 7)、(137. 5±42. 1)、(147. 6±34. 0)、(132. 4±21. 7) mmol·(m~2·d)~(-1);并表现出夏季表层水体CO_2释放通量明显低于秋季,其均值分别为(87. 8±27. 5) mmol·(m~2·d)~(-1)和(139. 2±34. 0) mmol·(m~2·d)~(-1);总体表现出大气CO_2源的特征.竹溪河p(CO_2)和F(CO_2)受到诸多环境因子的影响,相关分析表明,pH、碱度、水温和气温是主要环境影响因子,CO_2释放通量可以用pH和碱度预测.     

红枫水库水-气界面二氧化碳分压及扩散通量的时空变化

红枫水库是我国西南喀斯特地区典型的人工湖泊,具有特殊的水文地质特征。准确估算其CO_2排放通量,对了解该水库碳循环具有重要意义。因此,于2017年7月至2018年4月采用走航式监测对库区(南湖和北湖)水气界面二氧化碳分压(pCO_2)和水质参数的时空变化进行了调查。结果表明,红枫水库pCO_2的分布具有明显的时空差异。库区秋、冬季表层水体pCO_2均超过大气pCO_2,表现为CO_2的净排放;春、夏季则相反,表现为CO_2的净吸收。从空间分布上来看,春、秋季北湖pCO_2要明显高于南湖,特别是秋季更为明显。另外,基于高频的走航监测数据,计算得到红枫水库全年CO_2的排放均值约为613mmol/(m~2·d)。     

五里峡水库初级生产力对水气界面二氧化碳和甲烷排放速率时空变化的影响

近年来水库温室气体备受关注,为揭示水库水气界面CO_2和CH_4在时间和空间上的变化特征,于2016年7~12月采用静态箱法在五里峡水库对其CO_2和CH_4排放速率进行4次监测,并测试微型光合生物初级生产力等.结果表明,五里峡水库夏季为大气CO_2的汇,变化范围在-30.14~-3.47 mg·(m~2·h)~(-1),秋、冬季均为大气CO_2的源,变化范围在15.57~115.06 mg·(m~2·h)~(-1).甲烷排放速率在夏季变化幅度明显,变化范围在0.08~1.03 mg·(m~2·h)~(-1),而在秋、冬季变化稳定,变化范围在-0.07~0.43 mg·(m~2·h)~(-1).受水库周期性蓄水和排水影响,CO_2和CH_4排放速率在空间上表现为水库消落带和坝尾较低而库区较高的分布格局.此外,CO_2和CH_4排放速率时空变化与微型光合生物初级生产力分别呈显著负相关和正相关(r为-0.477和0.771).这是因为产甲烷菌能够将夏季微型光合生物固定的有机碳转化成CH_4释放到大气中,从而使微型光合生物对水圈CO_2和CH_4循环产生负反馈效应和正反馈效应.因此,本研究结果为进一步评估微型生物对岩溶水体碳循环的贡献提供了理论依据.     

杭州西溪湿地CH4、CO2通量及其主要影响因子

本研究采用便携式温室气体分析仪连接通量箱在线监测杭州西溪湿地CH_4、CO_2通量日变化及季节变化,同时也对包括有机碳含量、湿度、孔隙度、比重、p H、Eh在内的潜在影响因子进行了研究。结果表明,通常情况下,CH_4、CO_2通量的变化分别为-0.001 9~0.035 3mg/(m~2·h)和-109.76~442.55mg/(m~2·h);CH_4、CO_2通量的变化存在明显正相关关系。CH_4通量的季节变化表现为夏季秋季春季冬季;CO_2通量的季节变化表现为夏季春季冬季秋季。土壤湿度是影响CH_4通量变化的重要因子,通常湿度越大,CH_4通量越大;在生长季维管植物有助于CH_4的氧化;西溪湿地土质差异也使CH_4、CO_2通量排放有所差异,具体表现在土壤有机碳含量相差较大,而土壤中有机碳的含量与CH_4产生潜力呈显著正相关。     

香溪河库湾夏季温室气体通量及影响因素分析

采用LGR-密闭式动态通量箱法对三峡水库香溪河库湾夏季水-气界面温室气体(CO2和CH4)通量进行了24 h连续观测.结果表明,观测点处水-气界面CO2和CH4的释放通量具有明显的日变化特征,且二者的日变化过程呈较强的负相关性.监测期间,CO2的吸收和释放过程明显,CH4全天均为释放状态,其全天平均通量分别为0.336 mg.(m2.h)-1和0.088mg.(m2.h)-1.分析发现,水-气界面碳通量与温度、pH、叶绿素a、气压、辐照强度的相关性明显,而Eh对碳通量的影响并不显著,其中,CO2与各环境因子的相关性较CH4更为密切.     

三峡水库两条支流水-气界面CO2、CH4通量比较初探

三峡水库是亚热带气候背景下的超大型水库,其水生生态系统碳循环过程存在显著的时空异质性.本研究于2010年6月～2011年5月对三峡水库两条支流(龙溪河、澎溪河)水-气界面CO2、CH4通量特征进行了1 a的定位跟踪观测与比较分析.研究发现,位于三峡水库库尾变动回水区的龙溪河CO2、CH4通量年均值分别为(7.30±1.89)mmol·(m2.h)-1、(0.11±0.095)mmol·(m2.h)-1.而位于三峡水库库中常年回水区的澎溪河CO2、CH4通量年均值分别为(0.71±0.46)mmol·(m2.h)-1、(0.007 4±0.001 7)mmol·(m2.h)-1.龙溪河的温室气体通量水平显著高于澎溪河,季节性变化剧烈,幅度也显著大于澎溪河.相比澎溪河,龙溪河回水区极不稳定的水力、生境条件让浮游植物难以稳定生长,其水体固碳能力显著受限;加之龙溪河受淹区域土壤有机质、全氮含量以及单位流域面积内污染负荷程度均显著高于澎溪河,共同导致了龙溪河温室气体通量水平普遍高于澎溪河流域.两条支流CH4通量的主要影响因素仍需进一步研究.     

新安江水库二氧化碳排放的时空变化特征

新安江水库是我国华东地区最大的水库,面积580 km2,平均深度30 m,水库水体处于中贫营养状态.为了研究新安江水库中CO_2排放的时空变化特征,2014年12月至2015年12月采用静态浮箱法收集水库表面以分子扩散方式排放的CO_2,使用气相色谱仪分析CO_2浓度.结果表明,新安江水库CO_2排放通量从上游入库河流[(120.39±135.41)mg·(m~2·h)~(-1)]至库区主体[(36.65~61.94)mg·(m~2·h)~(-1)]呈下降趋势,而大坝下游河流中CO_2排放通量[(1 535.00±1 447.46)mg·(m~2·h)~(-1)]显著增加,约分别是上游入库河流和库区主体的13倍和25~42倍.但随着与大坝距离增加,大坝下游河流中CO_2排放通量显著下降,如7 km处的CO_2排放通量仅为出库水体处的20%.在库区主体中,CO_2排放通量具有明显的季节变化:CO_2排放通量在秋、冬季时为正值,最大值出现在冬季(12月或1月),说明此时库区表层水体是CO_2排放源;而CO_2排放通量在春、夏季为负值,最小值出现在春季(3、4或5月),说明此时库区表层水体是CO_2吸收汇,这可能与春、夏季时水体中藻类繁殖有关.所以,在调查水库表面CO_2排放时,应对水库的上游入库河流、库区主体和坝下河流进行全面长期的观测,才能避免低估水库中CO_2排放总量.     

河滨修复湿地不同植物配置对甲烷排放的影响

为了探讨河滨修复湿地在不同条件下CH₄的排放规律及降低CH₄排放的调控途径,以自行设计和建造的河滨湿地为研究对象,对植物种类配置及植株密度进行人为调控,运用静态箱-气相色谱法测定CH₄排放通量. 结果表明:①CH₄排放通量具有明显的季节性变化规律,其中夏季最大,占全年CH₄总排放量的50%以上;冬季最小,低于全年CH₄总排放量的5%. ②植物种植会明显增加CH₄的排放,不同植物类型通过改变w(SOC)(SOC为土壤有机碳)、气体传输机制以及产CH₄菌群落来改变湿地的CH₄排放,4种供试植物中,通气组织较发达的芦苇和水葱湿地CH₄排放通量分别为(1.98±0.78)和(1.41±0.58)mg/(m2·h),显著低于黄菖蒲的(6.77±1.92)mg/(m2·h). ③提高植株密度可以通过增加输气通道和提高w(SOC)来促进湿地CH₄排放,黄菖蒲植株密度为150株/m2时,CH₄平均排放通量为(10.31±2.56)mg/(m2·h),比植株密度为56株/m2时高出近30%. 因此,建议在新建和修复河滨湿地的设计和建造过程中,种植芦苇和水葱等通气组织较发达的植物,并在满足湿地修复、生态环境保护和景观营造等要求的前提下,适当控制植株密度,以有效减少CH₄排放.