鄱阳湖典型湿地温室气体排放的季节规律及影响因素的研究

摘要

湿地生态系统素有地球之肺的美誉，是全球碳循环的重要组成部分。湿地生态系统也是全球温室气体最大的自然排放源，在全球气候变暖的大环境下，湿地生态系统对碳的高汇集速率及高分解效率受到国内外专家的高度关注。鄱阳湖作为中国最大的淡水湖，具有独特的水文特点，也拥有国内最大的湿地系统，其科学研究价值不容小觑。对鄱阳湖湿地生态系统温室气体排放通量的研究方法与理论逐步成熟，但是对鄱阳湖湿地土壤温室气体的产生能力及影响因素的研究较为局限。为了探索鄱阳湖典型湿地CH4和CO2季节排放规律、温度和水位对湿地CH4和CO2排放通量的影响及碳氮磷元素添加对其产生能力的影响，加深对土壤温室气体产生机理的认识，本文于2016年9月到2017年6月的不同季度利用静态箱法对鄱阳湖低水位期星子洲滩薹草带的CH4和CO2的排放通量进行了相关研究，同时采集南荻带和藜蒿带土样进行实验室温育实验，探索碳氮磷不同的营养素组合对南荻带、藜蒿带两个样带土壤CH4和CO2产生能力的影响，为评估人类活动对湿地产生温室气体能力的影响提供数据。实验结论如下： （1）鄱阳湖星子洲滩薹草带CH4和CO2的排放通量具有明显的季节性变化，以6月份为代表的夏季CH4和CO2的排放通量最高为0.203mg·m-2·h-1和6013.74mg·m-2·h-1；以9月份、4月份为代表的秋季和春季次之，这两个月份CH4的排放通量分别为0.094mg·m-2·h-1和0.086mg·m-2·h-1，CO2的排放通量分别为5844.93mg·m-2·h-1和4642.85mg·m-2·h-1；以12月份为代表的冬季CH4和CO2的排放通量最低分别为0.019mg·m-2·h-1和1057.66mg·m-2·h-1。CH4和CO2的排放通量与温度呈正相关关系，随温度增长呈指数增长，鄱阳湖水位对CH4和CO2的排放通量的影响也不容忽视，但是排放通量随水位增长的方式比较复杂，水位主要是通过影响土壤生物群结构、湖泊底泥和洲滩土壤的氧化还原电位间接影响湿地CH4和CO2的排放通量，鄱阳湖湿地CH4和CO2的排放通量与单因子水位不存在正相关关系。 （2）厌氧环境下按一定比例添加葡萄糖、硝酸钾、磷酸二氢钾三种营养物的不同组合（空白组；添加葡萄糖实验组；添加葡萄糖、硝酸钾实验组；添加葡萄糖、磷酸二氢钾实验组和添加葡萄糖、硝酸钾、磷酸二氢钾实验组）对南荻带和藜蒿带CH4、CO2的产生潜力的影响不同，只添加葡萄糖和磷酸二氢钾会促进土壤产生CH4和CO2，该实验组CH4的产生速率和产量最大，南荻带添加葡萄糖、磷酸二氢钾实验组CH4的产生速率和产量为8.88μg/h和2803.42μg，藜蒿带添加葡萄糖、磷酸二氢钾实验组CH4的产生速率和产量为5.97μg/h和1945.80μg；而添加葡萄糖和硝酸钾实验组CH4产生速率和产量最低，该实验组南荻带CH4产生速率和产量为1.68μg/h和640.85μg，藜蒿带CH4产生速率和产量为0.89μg/h和380.71μg；但是对于CO2产生而言，添加葡萄糖和硝酸钾实验组CO2的产量高于空白对照组；此外，添加葡萄糖、硝酸钾、磷酸二氢钾实验组，CH4的产生同样受到抑制，主要由于硝酸盐对CH4产生存在抑制作用，但是三种营养物都添加促进CO2的产生，其CO2的产量均高于其他四个实验组。 （3）好氧环境下，两个样带CH4的产生无规律，南荻带和藜蒿带均出现CH4累积释放量降低的现象，主要由于有氧条件下CH4的产量几乎为零。而两个样带CO2的产生规律一致，添加营养物会促进CO2产生和释放，南荻带五个实验组CO2释放量大小顺序为：添加葡萄糖和磷酸二氢钾实验组＞添加葡萄糖、硝酸钾和磷酸二氢钾实验组＞添加葡萄糖实验组＞添加葡萄糖、硝酸钾实验组＞空白对照组；藜蒿带五个实验组CO2释放量顺序为：添加葡萄糖、硝酸钾和磷酸二氢钾实验组＞添加葡萄糖和磷酸二氢钾实验组＞添加葡萄糖、硝酸钾实验组＞添加葡萄糖实验组＞空白对照组。 （4）不管是厌氧环境下还是好氧环境下，南荻带CH4和CO2的产量高于藜蒿带，主要因为两个样带各自的土壤理化性质不同，南荻带土壤的营养物含量高于蒿带。总体而言鄱阳湖湿地好氧状态下CO2的产生量高于厌氧状态CO2的产生量。

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