不同類型河濱濕地甲烷和二氧化碳排放的研究.pdf

1、濕地生態(tài)系統(tǒng)在全球碳循環(huán)中起著重要作用。有研究表明,濕地在低氧環(huán)境中促進(jìn)碳累積的同時產(chǎn)出溫室氣體--甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2),濕地的碳源和碳匯功能近來成為全球氣候變化研究關(guān)注的重點問題。對于保護(hù)和修復(fù)濕地等生態(tài)工程措施與濕地溫室氣體排放量之間的關(guān)系還不明確,本文以河濱地區(qū)不同類型的自然、半人工和人工河濱濕地為研究對象,嘗試在不同的水文模式和植被生長狀況下,研究不同濕地類型的CH4和CO2的時空排放規(guī)律及對比,探討影響CH4和C

2、O2排放量的主要因子及其可能的調(diào)控途徑,并以此提出了針對濕地碳排放的河濱恢復(fù)濕地建造與管理建議和措施。
　　 研究內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　 研究開展于美國俄亥俄州哥倫布市Olentangy河河濱沖擊平原上的Wilma H.Schiermerier Olentangy河濕地研究中心(ORWRP),研究濕地類型包括:人工種植植被的腎形淡水草澤(濕地1)、自然生長植被的腎形淡水草澤(濕地2)、河流分岔半人工牛軛湖(牛軛湖)和自然

3、河道旁低洼濕地(河道邊濕地)。于2008年11月至2009年10月,運(yùn)用靜態(tài)箱-氣相色譜法對四種類型河濱濕地進(jìn)行CH4和CO2時空動態(tài)變化的排放的測定。其中:間歇性淹沒地區(qū)中氣體的采集使用靜態(tài)集氣箱,在長久淹沒區(qū)域中使用浮力箱。在實驗濕地和半人工牛軛湖的采樣點沿著入口至出口呈縱向分布,從干濕交錯區(qū)至淹沒深水區(qū)呈橫向分布。
　　 在ORWRP中4種不同類型河濱濕地的甲烷排放量具有顯著的時空異質(zhì)性,甲烷排放速率(中值)的范圍為:自然

4、濕地(0.33～85.7 mg-CH4-C m-2 hr-1)>人工濕地(0.02～20.5 mg CH4-C m-2 hr-1)>半人工濕地(-0.04～0.09 mg CH4-C m-2hr-1)。濕地1、濕地2、半人工濕地和自然河道旁濕地土壤的CO2排放通量的中值(平均值)分別為9.8(19.2)、13.5(20.6)、24.7(36.0)和33.7(40.3)mg CO2-Cm-2h-1。在濕地1、濕地2和河道邊濕地中的甲烷排放

5、量與土壤溫度顯著性相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為R2=0.88、R2=0.86和R2=0.85；濕地1、濕地2和牛軛湖濕地CO2通量與土壤溫度相關(guān)性顯著,相關(guān)系數(shù)分別為0.63、0.54和0.67,土壤溫度與CH4和CO2的季節(jié)排放模式相關(guān)。在不同類型濕地中,土壤含水率與甲烷排放量具有一定的相關(guān)性(R2=0.39)；與二氧化碳排放通量具有顯著負(fù)相關(guān)性(R2=0.72)。不同類型濕地采樣點中土壤碳含量與其相應(yīng)的CH4和CO2排放量之間關(guān)聯(lián)度都較高(

6、R2=0.82,R2=0.69)。在同一區(qū)域淡水河濱濕地中,自然濕地的CH4和CO2排放通量均大于恢復(fù)濕地,并且不同類型濕地CH4和CO2排放的空間異質(zhì)性是由于洪水沖擊頻率、土壤狀況、地下水位及凈初級生產(chǎn)力等因素決定的。
　　 補(bǔ)償河流分盆半人工牛軛湖濕地中CH4排放通量非常低,全年的平均值僅為0.09 mg CH4-C m-2 hr-1,這與牛軛湖濕地顯著的干濕季節(jié),較低的土壤碳含量及其大型植被的缺乏有關(guān)。牛軛湖濕地深水區(qū)和交

7、錯區(qū)域中的甲烷排放量分別為0.03(0.06)和0.03(0.12)mg m-2 hr-1,無顯著性差異(P=0.593)；深水區(qū)的土壤呼吸通量中值(平均值)(15.5(20.9)mg CO2-C m-2 h-1)明顯小于交錯區(qū)(38.7(63.0)mg CO2-C m-2 h-1)(p<0.005)。在兩個實驗濕地中,淹沒深水區(qū)比干濕交錯區(qū)有更高的甲烷排放量(P=0.000)。對于二氧化碳排放通量而言,深水區(qū)、交錯區(qū)以及高地的土壤二氧

8、化碳排放量的中值(平均值)分別為-2.2(-10.5)、41.8(53.7)和75.2(93.1)mg CO2-C m-2 h-1(P=0.000)。并且對人工濕地中甲烷排放速率和二氧化碳排放速率顯著性相關(guān)(R2=0.52,p<0.05)。建造生態(tài)系統(tǒng)適合的水文條件,在濕地的重建和修復(fù)項目中也是關(guān)鍵因子之一。通過設(shè)計具有既長又淺型狀和濕-干-濕交替水文條件的人工濕地,不僅可應(yīng)用于其它的河流沖積平原的修復(fù),也可在不同的氣候和水文條件下檢驗

9、其生態(tài)服務(wù)功能。
　　 濕地1和濕地2有相似的環(huán)境因子,自然生長植被的人工濕地CH4排放通量仍明顯大于人工種植植被濕地的排放通量,其年排放量分別為68 g CH4-C m-2y-1和114 g CH4-C m-2y-1(p=0.047),這是由于濕地2的累積凈初級生產(chǎn)力較濕地1高,和濕地1相對于濕地2有著較高的植被生物多樣性。通過2004年至今的監(jiān)測可得出,實驗濕地中的甲烷排放量在過去的5年中持續(xù)增長,這是由于濕地中植被的殘留物