【摘 要】
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全球气候变暖导致的生态环境变化对生命体的生存构成严重威胁,温室效应是引起全球变暖的主要原因,自工业革命以来三种温室气体浓度的不断增加导致温室效应持续增强,因此降低温室气体浓度、削弱温室效应、抑制气温持续升高成为当今气候变化背景下减缓地球变暖从而改善环境问题是全人类所面临的重要议题。CH4是全球第二大碳基温室气体,湿地是主要的自然甲烷排放源。控制CH4排放可以使全球温度上升的速度减少25%,因此准确
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全球气候变暖导致的生态环境变化对生命体的生存构成严重威胁,温室效应是引起全球变暖的主要原因,自工业革命以来三种温室气体浓度的不断增加导致温室效应持续增强,因此降低温室气体浓度、削弱温室效应、抑制气温持续升高成为当今气候变化背景下减缓地球变暖从而改善环境问题是全人类所面临的重要议题。CH4是全球第二大碳基温室气体,湿地是主要的自然甲烷排放源。控制CH4排放可以使全球温度上升的速度减少25%,因此准确评估湿地土壤甲烷向大气中的产出量、明确产生变化的作用机理是减排政策实施的重要前提。本研究依据人为活动的发生频率于图们江下游敬信湿地河口区选取三个不同人为干扰强度的草本湿地,采用全自动便携式呼吸系统(PS-3000)于2021年观测了三种人为干扰程度的草本湿地在植被不同生长阶段土壤CH4通量的日变化,并于生长季末采集土壤和植物样品经处理后测定理化性质指标、称取植物生物量,以上收集的数据用于研究不同人类活动强度下草本湿地土壤甲烷排放通量的时间变化特征并结合环境因子的改变对甲烷通量的变化进行分析做出解释。研究结果如下:(1)甲烷通量动态变化特征。在季节尺度上,图们江下游三种人为干扰强度草本湿地土壤-大气间甲烷气体交换速率均呈现“倒U型”季节性波动,具体表现为9月植被完全生长期的甲烷通量最高、6月植被生长初期次之,11月植被完全枯萎的冻结期最低的动态特征,通过比较不同生长阶段的湿地土壤甲烷通量,结果显示生长季甲烷通量显著高于非生长季(P<0.01)。在植被生长的不同阶段,甲烷通量的昼夜变化在三种人为干扰湿地表现出不同程度的日变异性,其中较强的日变异系数出现在植被完全枯萎的11月,日变异系数在三种人为干扰湿地间表现为重度>轻度>中度的特征。甲烷通量的昼夜变化于三个样地间存在差异:轻度人为干扰湿地在9月和11月呈现单峰值变化,中度人为干扰湿地呈现双峰值变化,重度人为干扰湿地9月呈单峰值变化11月呈双峰值变化。甲烷通量日变化峰值与谷值于三种干扰程度的草本湿地不具有规律性。但存在显著昼夜差异的样地均表现为夜间平均甲烷通量大于白天的特征。比较三种人为干扰强度草本湿地的土壤甲烷通量,发现湿地土壤-大气间甲烷气体交换速率于三个样地间存在显著差异(P<0.05),具体表现为重度人为干扰湿地甲烷通量显著低于轻度、中度人为干扰湿地。从土壤甲烷源汇功能角度分析通量数据发现三种人为干扰强度湿地中重度干扰湿地于11月整体表现为甲烷的弱吸收汇且呈现白天吸收甲烷夜间排放甲烷的特征,而轻度、中度人为干扰湿地的甲烷通量总体为正值表现为甲烷的排放源特征。(2)土壤水热因子的季节性变化对土壤甲烷通量的影响。回归分析结果显示,土壤温度和含水量对湿地土壤甲烷通量的贡献度分别为53.7%和21.2%,且均表现为显著正相关关系。温度通过改变湿地厌氧产甲烷菌的活性抑制/促进甲烷的产生过程,土壤含水量会改变土壤透气性对甲烷的氧化和传输过程产生影响,湿地土壤水热因子(温度、含水量)随气温、降水的季节性波动可以解释甲烷通量的季节变化。当甲烷的产生效率远高出甲烷氧化的消耗速率时表现为较强的甲烷排放通量,当甲烷的产生速率与甲烷的氧化速率相近时表现为弱排放特征,而当甲烷的产生速率小于甲烷氧化速率时表现为吸收状态。(3)土壤养分对草本湿地甲烷通量的影响。对三种人为干扰程度的草本湿地土壤理化性质指标进行对比发现,重度人为干扰湿地土壤有机碳、微生物量碳含量显著低于轻度和中度人为干扰湿地(P<0.05),而土壤全氮、铵态氮、硝态氮的含量显著高于轻度和中度人为干扰湿地(P<0.05),土壤质地表现为重度人为干扰湿地的土壤更为紧实,含水量显著低于轻度、中度干扰湿地。土壤含碳养分的缺失会限制甲烷的产生量,而铵态氮对甲烷的产生具有抑制作用,硝态氮参与甲烷的氧化过程促进甲烷的消耗,湿地土壤上覆浅层积水对气温的变化具有缓冲作用且可以改变土壤的透气性。综上,由于重度人为干扰湿地的碳流失、氮污染加剧以及土壤质地发生改变,使其土壤甲烷的产生能力变弱、氧化能力增强、土壤对气温和降水的变化响应更敏感,因此重度人为干扰湿地土壤最终表现为较低的甲烷交换速率且于11月土壤进入短暂的昼夜冻融交替期时白天表现为甲烷的吸收汇夜间排放源的特征。
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