环境变化对小兴安岭沼泽湿地甲烷和氧化亚氮排放的影响

摘要

湿地是地球上最重要的生态系统类型之一，湿地生态系统储存了大量有机碳，是大气CO2的汇，同时，也是大气CH4和N2O的排放源。小兴安岭是我国重要的沼泽湿地分布区和多年冻土分布区，近年来，受全球变化的影响，该区多年冻土处于快速退化过程中，同时，该区极端干旱和降水事件以及N沉降增加的趋势也越来越明显。但是，关于全球变化对该区沼泽湿地温室气体排放的研究还少有报道，这不利于对该区域温室气体排放的精确估计，也不利于全球气候变化模型的建立。
　　本文以小兴安岭典型泥炭沼泽湿地为研究对象，运用野外原位观测与控制实验相结合的方法，研究小兴安岭岛状多年冻土区沼泽湿地温室气体（CH4和N2O）通量对多年冻土退化的响应，预测由于CH4和N2O排放变化对全球气候变暖产生的反馈作用;研究沼泽湿地在极端气候和氮沉降增加背景下CH4和N2O排放的变化趋势，并分析沼泽CH4和N2O排放随外界环境变化的驱动机制。以期为区域温室气体排放清单的精确编制和全球气候变化模型的建立提供基础数据，为国家涉及碳的外交谈判提供科学依据。研究结果如下:
　　(1)随着多年冻土退化程度的加深，沼泽湿地CH4排放季节规律逐渐变得明显，生长季CH4排放峰值逐渐增大，沼泽湿地土壤吸收CH4的现象逐渐减少直至消失。随着多年冻土退化程度的加深，沼泽湿地CH4排放的季节平均值有逐渐增加的趋势，多年冻土轻度退化、重度退化和未退化沼泽湿地CH4排放季节平均值分别为6.58 mgm-2h-1、0.38 mgm-2h-1和0.12 mgm-2h-1。CH4排放的增加是由多年冻土退化导致的多年冻土活动层加深，以及由此引起的土壤温度升高、水位升高以及植被类型变化共同决定的。增加的CH4排放可能对气候变暖产生正反馈作用。
　　(2)多年冻土退化既没有改变沼泽湿地N2O排放的季节变化规律，也没有改变其季节排放总量，因此，即使全球气候变暖和多年冻土退化进一步加剧，该区沼泽湿地的N2O排放也不会急剧增加，不会对气候产生正反馈作用。
　　(3)轻度干旱不会降低沼泽湿地CH4排放，反而会使CH4排放有短期的增加，而随着干旱时间延长、干旱程度加重，CH4排放会降低;严重干旱时，沼泽湿地会从大气CH4的源转变为大气CH4的汇。干旱后，充足的降水会促进CH4排放的恢复，而降水不足时CH4排放恢复较慢;干旱时间越长，干旱结束后，CH4排放恢复所需时间也越长。干旱和降水处理导致沼泽CH4排放降低7.1％～49.3％，主要是由干/湿交替过程中水位和土壤含水率的降低引起的。
　　(4)N2O排放受干/湿交替的影响较大，轻度干旱增加沼泽湿地N2O排放，而重度干旱降低沼泽湿地N2O排放;干旱后适当降水有利于沼泽湿地N2O排放，而大量降水不利于沼泽湿地N2O排放。干旱和降水处理导致沼泽N2O排放升高21.3％～68.1％，N2O排放升高主要是受到水位的影响导致的，同时土壤含水率和土壤孔隙水铵态氮含量对N2O排放也有一定程度的影响。
　　(5)N沉降增加导致小兴安岭泥炭湿地草本植物生物量显著增加，但却对CH4排放没有显著影响，可能是由于施N导致铵含量增加，抑制了湿地土壤的CH4生成。5倍和10倍N沉降处理的湿地N2O排放的季节平均值分别为对照系统的8倍和20倍，增加的N2O排放主要来源于施N后的短期(＜3 d)高排放。施N后的N有效性增加是导致N2O排放增加的主要原因。

目录

摘要

1 绪论

1．1 论文选题的目的意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 多年冻土退化对湿地CH4和N2O排放的影响

1．2．2 极端干旱和降水对湿地CH4和N2O排放的影响

1．2．3 氮沉降增加对湿地CH4和N2O排放的影响

1．3 主要研究内容

1．4 拟解决的关键科学问题

1．5 技术路线

2 研究地概况

2．1 地理位置

2．2 地貌

2．3 气候

2．4 植被

2．5 土壤

2．6 多年冻土分布

3 多年冻土退化对小兴安岭沼泽湿地CH4和N2O排放的影响

3．1 引言

3．2 研究方法

3．2．1 样地选择与实验布置

3．2．2 CH4和N2O通量观测

3．2．3 环境因素观测方法

3．2．4 CH4和N2O含量的室内分析方法

3．2．5 数据分析处理

3．3 结果与分析

3．3．1 环境因子变化

3．3．2 CH4排放差异

3．3．3 N2O排放差异

3．4 讨论

3．4．1 多年冻土退化对沼泽湿地CH4排放的影响

3．4．2 多年冻土退化对沼泽湿地N2O排放的影响

3．5 本章小结

4 极端干旱和降水对小兴安岭沼泽湿地CH4和N2O排放的影响

4．1 引言

4．2 研究方法

4．2．1 土壤—植被系统取样

4．2．2 干旱模拟

4．2．3 强降水模拟

4．2．4 CH4和N2O通量观测

4．2．5 环境因素观测和分析方法

4．2．6 数据分析处理

4．3 结果与分析

4．3．1 干旱和降水处理前，不同土壤．植被系统间CH4和N2O排放比较

4．3．2 干旱和降水处理对土壤含水量的影响

4．3．3 干旱和降水处理对土壤-植被系统CH4排放的影响

4．3．4 不同干旱和降水处理对土壤-植被系统N2O排放的影响

4．3．5 土壤-植被系统CH4和N2O排放的影响因素

4．4 讨论

4．4．1 干旱和降水处理对沼泽湿地CH4排放的影响

4．4．2 干旱和降水处理对沼泽湿地N2O排放的影响

4．5 本章小结

5 氮沉降增加对小兴安岭沼泽湿地CH4和N2O排放的影响

5．1 引言

5．2 研究方法

5．2．1 土壤—植被系统取样

5．2．2 N沉降模拟

5．2．3 CH4和N2O通量观测

5．2．4 数据分析处理

5．3 结果与分析

5．3．1 预培养期不同土壤-植被系统间CH4和N2O排放差异

5．3．2 N沉降增加对土壤-植被系统环境因子的影响

5．3．3 N沉降增加对土壤-植被系统CH4排放的影响

5．3．4 N沉降增加对土壤-植被系统N2O排放的影响

5．4 讨论

5．4．1 N沉降增加对土壤-植被系统CH4排放的影响

5．4．2 N沉降增加对土壤-植被系统N2O排放的影响

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

个人简历

声明