退耕还湿地土壤温室气体排放及其影响因素研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:d_kong
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20世纪以来,农业开垦导致大量湿地转化为农田,导致更多的温室气体排放,加剧了全球增温的潜在风险,对全球气候产生不确定的影响。近年来,湿地萎缩和功能退化带来的一系列影响已经引起广泛关注,在因农业开垦而遭到严重破坏的湿地区,退耕还湿政策逐渐开展。目前,有关湿地土壤温室气体排放的研究集中于自然湿地、人工湿地和退化湿地上,而较少涉及退耕还湿地。退耕还湿过程中,多种因素会对土壤温室气体排放产生不确定的影响,因此明确退耕还湿过程中土壤温室气体排放特征及其影响因素具有十分重要的意义,为评价退耕还湿地的恢复效果提供参考,为后续的退耕还湿工作开展提供科学依据,对预测未来当地和全球气候变化具有重要意义。本研究以三江平原洪河国家级自然保护区内不同年份的退耕还湿地(退耕还湿年份:2010、2014和2016年)、农田、自然湿地土壤为研究对象,以土壤温室气体排放为研究核心,通过室内模拟实验,采用密闭气室——气相色谱法测定土壤排放的温室气体,研究了不同水位、不同水位波动情景、枯落物添加、氮沉降影响下土壤温室气体CO2、CH4、N2O排放通量的特征。探究、评价退耕还湿过程中以上因素对土壤温室气体排放的影响及其变化。主要得到以下结论:(1)水位恒定在-5cm、0cm、5cm内时,水位对退耕还湿地、自然湿地土壤温室气体排放有显著影响,CO2、N2O排放通量随着水位的上升而下降,而CH4排放通量在水位为0cm时最高。实验时长对CO2、N2O排放通量无显著影响,但是显著增高了CH4的排放通量。(2)水位在-8~8cm范围内波动时,水位波动对退耕还湿地和天然湿地土壤温室气体排放有显著影响,随着平均水位的升高,CO2、N2O排放通量随着平均水位上升而下降。CH4排放量在处理V(水位波动过程中交替情景)中最高。厌氧/好氧环境和通气条件是在水位波动过程中共同影响温室气体排放的因素。CO2是影响本实验中全球增温潜势值的最主要因素。(3)随着退耕还湿年份的增加,CH4排放通量呈现增长趋势,淹没对全球增温潜势的抑制作用也更显著。因此,在退耕还湿过程中,可将合理提升水位减少温室气体排放作为短期策略;当表层土壤未被明显淹没时,水位波动也能有效抑制全球增温潜势。(4)添加枯落物促进了退耕还湿地和自然湿地土壤的CO2排放,但是对CH4排放没有显著影响,添加枯落物对自然湿地土壤N2O排放存在抑制作用,但是添加枯落物后退耕还湿地土壤N2O排放略微提升。添加枯落物显著提升了土壤温室气体排放的全球增温潜势,这主要是由于添加枯落物显著提高了土壤CO2排放量。在退耕还湿过程中,应该关注不同种类枯落物及其不同分解程度对土壤温室气体排放影响的差异。(5)氮沉降显著增加了土壤N2O排放;退耕还湿地和自然湿地土壤N2O排放通量有下降趋势。氮沉降显著增加了农田土壤CO2排放量,N10处理显著增加了退耕还湿地土壤CO2排放量,但是氮沉降对自然湿地土壤影响不显著。氮沉降显著抑制了农田和自然湿地土壤CH4排放,在自然湿地中尤为明显,但是对退耕还湿地土壤CH4排放没有显著影响。退耕还湿过程中,氮沉降加剧了土壤温室气体排放对全球增温的风险,主要归因于氮沉降对N2O排放的刺激作用,由此带来的风险不容忽视。
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