哈尔滨周边泥炭型水库水-气界面CO2通量研究

摘要

本研究从2008-2010年利用静态箱-气相色谱法对我国北方泥炭型水库生态系统水-气界面CO2通量进行全面观测。实验选取哈尔滨周边泥河和西泉眼两座典型的东北大型水库为主要研究对象。通过对水库春、夏、秋三季（平均200天）无冰期水-气界面CO2通量进行测定以研究其变化特征，对影响CO2通量的环境因子进行分析，重点讨论了水生植物对CO2通量的影响。由于水库每天进行渔业捕捞作业，鱼类的数量及其分布很难定量测定，所以本研究没有讨论水生动物对CO2通量的影响，在此特别说明。
　　通过大量的数据分析，我们发现:
　　(1)水库水-气界面CO2通量时间变化规律明显
　　通过对泥河水库和西泉眼水库三季（春、夏、秋季）水-气界面CO2通量变化的研究发现，水库生态系统总体上为大气CO2的源。CO2通量时间变化明显。从季节角度看，泥河水库基本变化趋势为:夏季756.42±54.58（mg m-2 d-1）＞春季714.16±83.45(mg m-2 d-1)＞秋季600.67±77.14（mg m-2 d-1）。西泉眼水库与泥河水库略有不同，其变化规律为春季787.42±43.03(mg m-2 d-1)＞秋季409.24±13.64（mg m-2 d-1）＞夏季255.21±28.2(mg m-2 d-1)。
　　从昼夜角度看，西泉眼水库的昼夜变化与泥河水库相似，即水库的CO2通量日间小于夜间。尤其是6、7月份非常明显，昼夜间差额比高达121％。一般CO2通量的极小值出现在午后13:00，CO2通量的极大值出现在21:00或1:00左右。
　　(2)水库水-气界面CO2通量存在空间异质性特征
　　通过分析，我们发现水库CO2通量存在一定的空间异质性，泥河水库各研究点CO2通量大小依次为出水口＞库心区＞入水口。西泉眼水库各试验点的CO2通量大小依次为A＞C＞D＞B。水库水位和消落带的变化以及水生植物的种类和分布成为影响CO2通量空间变化的主要因素。
　　(3)水库水-气界面CO2通量的影响因子复杂
　　水-气界面CO2通量变化的涉及影响因子较多，主要分为三大类，首先是生物因子，主要指水生植物对碳通量的影响，通过叶绿素与碳通量的负相关性可以得到有效的印证。二是气候条件因子:包括风速、温度和天气情况，其中，温度对CO2通量的影响最为显著，呈明显的负相关性，风速与碳通量呈正相关。三是水体理化因子:包括DOC、水位、碱度、TP、TN和pH等;
　　(4)北方水库水-气界面CO2通量的估算及对比
　　本文对泥河水库和西泉眼水库CO2通量年排放量进行估算，二者全年碳排放量分别为1.01Gt a-1和1.08Gt a-1(G=1×109g)，相差不大。通过对西泉眼水库和泥河水库碳通量的细节对比发现，水库的理化特性、地理位置、营养化水平和水生植物的类型等因子会对水库的CO2通量造成影响。通过与不同纬度、地区水库生态系统碳通量研究结果对比发现，北方泥炭型水库CO2总体排放量并没有想像中的高，其排放量较高寒地区以及贫营养犁水体要高，但是明显低于热带及亚热带水体碳排放水平，两个水库的通量值接近于湖泊生态系统CO2通量。
　　(5)对水库生态系统温室气体减排措施的建议
　　通过研究我们明确了水库CO2通量的排放特征及影响水库CO2通量的主要因子，针对研究地水库的情况提出以下建议:
　　①加强对上游及库区水质的控制;
　　②优化水库植被的种类和结构;
　　③重视水库渔业碳汇的作用。

目录

摘要

1 绪论

1．1 立题背景及研究意义

1．1．1 碳循环与全球气候变化

1．1．2 湿地生态系统碳循环

1．1．3 研究的目的意义

1．2 水库生态系统碳通量研究现状

1．2．1 水库生态系统碳循环概述

1．2．2 水库碳循环的界面过程

1．2．3 水—气界面碳通量研究

1．3 箱法测定碳通量的原理与方法

1．3．1 静态箱—气相色谱法

1．3．2 动态箱法测定碳通量

1．4 研究目标和内容

1．4．1 主要研究目标

1．4．2 主要研究内容

1．5 本文创新点

1．6 技术路线

2 研究区域和研究方法

2．1 泥河水库

2．1．1 库区概况

2．1．2 采样地点和时间

2．2 西泉眼水库

2．2．1 库区概况

2．2．2 采样地点和时间

2．3 采样方法

2．3．1 CO2采集

2．3．2 浮游植物采集

2．4 分析方法

2．4．1 样本分析

2．4．2 数据分析

3 泥河水库水-气界面CO2通量变化

3．1 泥河水库环境因子变化

3．2 泥河水库CO2通量变化

3．2．1 CO2通量昼夜特征

3．2．2 CO2通量季节变化

3．3 讨论

3．3．1 CO2通量日变化影响因子分析

3．3．2 CO2通量季节变化影响因子分析

3．4 本章小结

4 西泉眼水库水-气界面CO2通量变化

4．1 西泉眼水库环境因子变化

4．2 西泉眼水库CO2通量变化

4．2．1 CO2通量昼夜变化

4．2．2 CO2通量季节变化

4．3 讨论

4．3．1 西泉眼水库CO2通量空间异质性

4．3．2 环境因子的影响

4．4 本章小结

5 西泉眼水库与泥河水库碳通量对比

5．1 CO2年排放对比

5．1．1 泥河水库CO2年排放估算

5．1．2 西泉眼水库CO2年排放估算

5．2 CO2通量昼夜和季节对比

5．2．1 昼夜对比

5．2．2 季节对比

5．3 与其他研究对比

5．4 本章小结

6 管理建议与研究展望

6．1 水库管理建议

6．1．1 加强对水质的控制

6．1．2 优化植被的种类和构成

6．1．3 重视水库渔业碳汇的作用

6．2 研究展望

6．2．1 研究中存在的不足

6．2．2 相关研究展望

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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