小兴安岭阔叶林沼泽温室气体排放及其对人为采伐干扰的响应

摘要

CO2、CH4和N2O是大气中三种最重要的温室气体，对其源汇的研究是陆地生态系统和全球变化研究的主要领域之一。小兴安岭是我国山区沼泽主要分布区之一，沼泽类型丰富，因此对其不同类型沼泽开展温室气体源汇通量的实验研究，探索相关的环境变化因素和人类活动对其通量的影响具有重要的科学意义。本文选择小兴安岭山区两种典型的阔叶沼泽林类型:毛赤杨(Alnus sibirica)沼泽和白桦(Betula platyphylla)沼泽为研究对象，利用静态暗箱-气相色谱法，研究两个生长季内沼泽湿地在自然状态下CO2、CH4、N2O三种温室气体排放通量的时间和空间变化规律及其主要影响因素，及其在不同采伐干扰（皆伐、45％择伐）方式下，沼泽生态系统生长季节CO2、CH4和N2O排放通量的变化过程。结果表明:
　　(1)小兴安岭阔叶林沼泽生长季节CO2排放通量具有明显的变化规律，排放高峰期主要集中在春、夏两季，秋季在较低水平排放直至秋末达到最低。温度和植物生长状况对沼泽CO2通量季节变化影响较大，且温度与CO2排放相关性显著。
　　(2)小兴安岭阔叶林沼泽CO2日变化具有一定规律性，大多都为单峰曲线，同一沼泽不同季节CO2排放日变化规律较一致，峰值发生在样地温度较高时段。两种阔叶林沼泽CO2日平均通量都表现夏季＞春季＞秋季，这与生长季观测尺度上保持一致。
　　(3)小兴安岭阔叶林沼泽不同年份生长季节都表现为CO2的排放的源，但时空排放具有一定差异性。在时间变化尺度上，生长季节2007年CO2排放量明显高于2008年;在空间尺度上，生长季节白桦沼泽CO2排放量高于毛赤杨沼泽。水位和地表温度是CO2排放年际差异的主要影响因子，而水位又是同一时期CO2空间排放差异的主导因子。
　　(4)小兴安岭阔叶林沼泽生长季节CH4排放通量具有明显的季节变化规律，排放高峰期主要集中在夏、秋两季，而在春季和秋末甲烷通量在较低水平排放。水位和深层土壤温度共同影响沼泽CH4通量季节变化，且与CH4排放相关性较显著;当水位达到一定高度不再成为限制因子时，温度对CH4排放影响表现的更为显著。
　　(5)小兴安岭阔叶林沼泽CH4排放通量具有一定的日变化规律性，大多都为单峰曲线。同一沼泽不同季节CH4日排放变化规律较一致，峰值发生时间也较一致。两种阔叶林沼泽CH4日排放通量都表现为秋季＞春季＞夏季，这与生长季观测尺度上基本保持一致。
　　(6)小兴安岭阔叶林沼泽不同年份生长季节都表现为CH4排放的源，但时空排放差异性较大。在时间变化尺度上，同一样地不同年份生长季节CH4排放量2008年明显高于2007年;在空间尺度上，生长季节毛赤杨沼泽CH4排放量显著高于白桦沼泽。水位和深层土壤温度是CH4年际排放差异的主要影响因子，而温度、水位和维管植物丰富度又是同一时期CH4空间排放差异的主要因素。
　　(7)小兴安岭阔叶林沼泽生长季节N2O排放通量季节变化规律不一致，但排放高峰期主要集中在春、夏两季，且在早春和秋末N2O出现吸收现象。温度与生长季节N2O排放通量有一定相关性。
　　(8)小兴安岭阔叶林沼泽N2O日变化规律差异性较大，但大多都为单峰曲线。毛赤杨沼泽N2O日排放通量在较高水平上波动;白桦沼泽不同季节N2O日变化规律较一致，夜间出现吸收现象。毛赤杨沼泽日排放量秋季＞夏季＞春季，白桦沼泽是夏季＞春季＞秋季，其日排放量差异和季节排放规律不一致。
　　(9)小兴安岭阔叶林沼泽不同年份生长季节都表现为N2O的排放源，但时空差异性较大。在时间变化尺度上，同一样地不同年份生长季节N2O平均排放量2007年明显高于2008年;在空间尺度上，生长季节毛赤杨沼泽N2O排放量显著高于白桦沼泽。水位和土壤温度对N2O年际排放差异有一定的影响，而水位和植物特有的固氮能力可能是N2O空间排放差异的主要原因。
　　(10)人为采伐（皆伐、45％择伐）干扰后两种阔叶林沼泽温室气体排放产生较大差异性，CO2排放量除白桦择伐地外都有所上升，CH4排放量除白桦皆伐地外都大幅度下降，N2O排放量毛赤杨采伐地都大幅度上升、而白桦采伐地却显著降低。这主要是由于采伐后温度和水位发生变化，二者的共同作用导致采伐后阔叶林沼泽气体通量的变化。从减少温室气体排放及环境生态的角度考虑，应该避免对森林沼泽进行皆伐，对毛赤杨沼泽应该进行适当保护，避免因采伐而降低其储水能力、养分流失及温室气体排放增加;对白桦沼泽进行经营时可以选择适当的择伐。

目录

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究进展

1．2．1 湿地的研究进展

1．2．2 温室气体研究机理

1．2．3．湿地生态系统温室气体排放规律研究

1．3 温室气体排放通量的研究方法

1．4 研究内容、目的及意义

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究目的

1．4．3 研究意义

2 研究地区概况与研究方法

2．1 研究地区自然概况

2．2 研究方法

2．2．1 样地设置

2．2．2 气体采集与分析方法

2．2．3 环境因子测定

2．2．4 数据统计分析

3 阔叶林沼泽CO2通量排放特征及其影响因子

3．1 阔叶林沼泽CO2通量排放特征

3．1．1 CO2季节性变化规律

3．1．2 CO2日变化规律

3．1．3 CO2年际变化规律

3．1．4 CO2空间变化规律

3．2 阔叶林沼泽土壤CO2排放的主要影响因子

3．2．1 季节性变化与影响因子关系

3．2．2 日变化与环境因子关系

3．3 讨论

3．3．1 生长季CO2排放规律

3．3．2 CO2日排放规律

3．3．3 CO2年际排放规律

3．3．4 CO2空间排放差异

3．4 小结

4 阔叶林沼泽CH4排放特征及其影响因子

4．1 阔叶林沼泽CH4排放特征

4．1．1 CH4季节性交化规律

4．1．2 CH4日变化规律

4．1．3 CH4年际变化规律

4．1．4 CH4的空间变化规律

4．2 阔叶林沼泽CH4排放的主要影响因子

4．2．1 CH4季节性变化与环境因子关系

4．2．2 日变化与环境因子关系

4．3 讨论

4．3．1 CH4季节排放规律

4．3．2 CH4日排放规律

4．3．3 CH4年际排放规律

4．3．4 CH4空间排放差异

4．4 小结

5 阔叶林沼泽N2O排放特征及其与其影响因素

5．1 阔叶林沼泽N2O排放特征

5．1．1 N2O的季节性变化规律

5．1．2 N2O日变化规律

5．1．3 N2O年际变化规律

5．1．4 N2O空间变化规律

5．2 N2O排放与环境因子的关系

5．2．1 N2O排放季节变化与环境因子关系

5．2．2 N2O日变化与环境因子关系

5．3 讨论

5．3．1 N2O季节排放规律

5．3．2 N2O日排放规律

5．3．3 N2O年际排放规律

5．3．4 N2O空间排放差异

5．4 小结

6 阔叶林沼泽温室气体排放总量的初步估算

6．1 研究方法

6．1．1 东北地区阔叶沼泽湿地面积

6．1．2 东北山区阔叶沼泽CO2、CH4和N2O总量的加权平均值

6．2 东北山区阔叶沼泽CO2、CH4和N2O排放总量的初步估算

6．3 本章小结

7 人为采伐干扰对阔叶林沼泽温室气体排放影响

7．1 实验设计及研究方法

7．2 人为采伐干扰对阔叶林沼泽土壤温度和水位季节变化规律的影响

7．3 人为采伐干扰对阔叶林沼泽温室气体排放季节变化规律的影响

7．3．1 阔叶林沼泽人为干扰下CO2通量排放的季节变化规律

7．3．2 阔叶林沼泽人为干扰下CH4通量排放季节变化规律

7．3．3 阔叶林沼泽人为干扰下N2O通量排放季节交化规律

7．4 人为采伐干扰下阔叶林沼泽温室气体排放的主要影响因子

7．4．1 人为采伐后阔叶林沼泽CO2排放的主要影响因子

7．4．2 人为采伐后阔叶林沼泽CH4排放的主要影响因子

7．4．3 人为干扰后阔叶林沼泽N2O排放的主要影响因子

7．5 讨论

7．5．1 采伐对阔叶林沼泽土壤温度和水位的影响

7．5．2 采伐对温室气体排放的影响

7．6 小结

8 结论及存在问题

8．1 结论

8．2 存在的问题和建议

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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