自然湿地甲烷排放模拟研究——模型的灵敏度分析与应用

对甲烷湿地排放模型CH4MODwetland进行灵敏度分析表明,环境驱动因素——温度和地表水深是影响甲烷排放通量的主要因素,地表水深对季节性积水沼泽甲烷排放通量的灵敏度大于常年积水沼泽。模型对植物和土壤输入参数的灵敏度响应依次为Wmax(地上生物量最大值)FR(地下净初级生产力占植物总净初级生产力的比例)fV(植被类型系数)TAmax(植物从生长初期到最大地上生物量所需有效积温)ρ(容量),OM(土壤有积质含量)SAND(土壤砂粒含量)。以经验水位模型驱动CH4MODwetland,模拟三江平原毛果苔草和小叶章沼泽(1950年代～2000年代),以及若尔盖高原木里苔草和乌拉苔草沼泽(1960年代～2000年代)多年甲烷排放通量的变化。结果表明,年代际甲烷排放通量的变化主要受降水量的影响,但气候变暖使得降水量基本相同的年代甲烷排放通量增加:三江平原毛果苔草沼泽和小叶章沼泽(1980年代～2000年代比1950年代～1970年代模拟的甲烷排放通量分别增加了9.5%和8.3%;若尔盖高原乌拉苔草沼泽和木里苔草沼泽(1990年代～2000年代比1960年代～1970年代)分别增加了6.0%和5.5%。该结论能够为评估未来气候变化对中国湿地甲烷排放的影响提供依据。     

成都平原稻田甲烷排放的实验研究

根据1996～1999年四个稻季的观测资料,分析了成都平原单季稻甲烷排放的季节变化和年际变化特征.结果表明:在水稻生长季节甲烷排放通量变化很大,在分蘖期和成熟期一般会出现峰值.年际间的通量变化也很大,其年均排放通量的变化范围在2.35～33.95mg m-2 h-1之间.4年的平均排放通量为12 mg m-2 h-1,与四川乐山的7年平均值30mg m-2 h-1相比,存在着明显的地区差异.同时分析讨论了温度、施肥、水稻品种、土壤氧化还原电位(Eh)以及稻田水位等诸多因素对稻田甲烷排放的影响.结果表明:在成都平原水稻生长季节的平均气温对CH4的平均排放通量影响不大;而气温对CH4排放的日变化有相对重要的影响,但气温对甲烷排放日变化的影响与水稻植物体的生长阶段有关;发现了水稻植物体(根、茎、叶)重量对CH4排放的重要作用.讨论了合理使用肥料和施肥量,控制水位和Eh值对稻田CH4的减排作用,提出优化组合诸影响因子,以充分发挥其减排潜力.     

太湖流域单季稻的甲烷排放研究

根据1994～1996年太湖流域单季稻的CH4排放的观测资料,分析了该地区稻田CH4排放的日变化的一些统计特征,对排放的季节变化和年际变化及相关因子对排放的影响进行了分析和研究。结果表明:太湖地区单季稻的CH4排放的特征值为0.07～0.11 g/(m2·d),而且存在巨大的年际变化,其中1995年的排放是1994年和1996年的5～7倍。与NH4HCO3相比,施用尿素使甲烷的排放增加10%～70%。晒田使CH4的排放减少,土壤的扰动则使CH4的排放增加。文中对CH4的排放与水稻的生长的关系及温度的变化对排放的影响也进行了讨论。     

季节性冻结高寒泥炭湿地非生长季甲烷排放特征初探

高寒泥炭湿地是重要的大气甲烷(CH_4)排放源。由于高寒湿地非生长季的气候条件极其恶劣,过去的原位观测研究大多集中在生长季,致使迄今仍对季节性冻土区高寒泥炭湿地的非生长季CH_4排放缺乏充分认识。以地处青藏高原东北部的若尔盖地区典型湿地为例,采用静态暗箱—气相色谱人工观测方法,开展了跨越冬、春季和初夏季连续9个月的原位观测研究,试图了解该湿地的非生长季CH_4排放特征及其相对重要性。结果与初步结论如下:(1)整个观测期间上午09:00(北京时间,下同)至11:00时段在6个空间重复位置的CH_4通量平均值介于0.1~1.0 mg C m~(-2) h~(-1);(2)非生长季也发生着较强CH_4排放,且温度响应系数Q_(10)(18.1~29.8)远远大于生长季(1.4~2.2),这意味着非生长季的CH_4排放对气候变暖更加敏感;(3)结合其他生长季的观测结果,对观测数据的外推估计,该湿地的CH_4年排放量约为29.4 kg C ha~(-1) a~(-1),其中非生长季的贡献率高达50%以上;(4)观测期的CH_4通量具有明显季节变化,可解释为温度季节变化、土壤冻结与消融过程、水位(或土壤湿度)季节动态和植物生长节律等共同作用的结果;(5)CH_4排放年通量在湿地三种微地形之间呈现出显著差异,即凸起处相对最弱,凹陷处相对最强(p0.05),这主要是水位(或土壤湿度)、植物分布等因素的空间差异所致;(6)考虑到三种微地形在整个湿地的面积占比时,凸起处、凹陷处和过渡带对整个湿地CH_4排放年通量的贡献率依次大约为16%、11%和73%。不过,本研究中原位观测的持续时间相对较短,上述结果或结论能否在年度或更长时间尺度上重现,还需要长期连续观测研究加以检验。     

清远地区晚稻田甲烷排放的实验

根据2003年清远地区晚稻田甲烷(CH4)排放的实验观测资料,分析了该地区晚稻田生长期间CH4排放的变化规律,对影响排放的相关因子进行了分析。结果表明:晚稻田CH4排放的变化规律基本为3峰型,整个生长期间平均排放通量为6.09 mg.m-2.h-1。不同稻种之间的CH4排放通量差别不是很大,种植的2个水稻品种"金优99"和"七丝尖"相差1.08 mg.m-2.h-1。水位和土壤氧化还原电位对CH4排放通量有明显的影响。     

若尔盖高寒湿地-大气间水热交换湍流通量的日变化特征分析

湿地近地面水热交换对陆面过程乃至天气气候变化有着显著影响,准确量化湿地与大气间的水热交换通量具有重要意义。本文利用中国科学院西北生态环境与资源研究院若尔盖花湖湿地陆面过程与气候变化观测场(下称花湖观测场)2017年3月至2018年3月涡动相关系统的观测数据,各季节选取3个典型晴天,分析了若尔盖湿地近地面的感热通量和潜热通量日变化特征,并与鄂陵湖和玛曲草原的观测值进行对比,同时计算了湿地下垫面的能量闭合率。结果表明:若尔盖高寒湿地-大气间的水热交换过程存在着明显的日变化特征。感热通量和潜热通量的日变化过程都为单峰型,在14:00(北京时,下同)-15:00达到最大值,感热通量最大值可达101. 7 W·m-2。潜热通量最大值可达412. 6 W·m-2。寒冷干燥季节的感热通量日平均值比温暖湿润季节大18. 0%;而温暖潮湿季节潜热通量日平均值比寒冷干燥季节高68. 7%。本文还将湿地水热交换过程与玛曲草原以及鄂陵湖湖面的观测数据进行了对比发现:夏季,若尔盖湿地近地面与鄂陵湖湖面向大气输送的感热和潜热总量相当,但湿地日变化幅度远大于湖面,通常为湖面的4～7倍。玛曲草原夏季感热通量日变幅约为若尔盖湿地的1. 5倍,而湿地夏季潜热通量总量约为草原的1. 2倍。在地表向上的通量中,能量不平衡所占的比例:春季27. 7%,夏季22. 7%,秋季15. 7%,冬季19. 4%。湿地全年主要以潜热的形式向大气输送能量,夏季潜热通量占有效能量的比例可达58. 0%。     

平流层行星波对CH4季节变率的影响

分析了1992-2000年各季节卤素掩星试验(Halogen Oceultation Experiment)HAOLE的CH4混合比资料,并用美国国家大气研究中心(the National Center for Atmospheric Research)NCAR的平流层二维模式(Simulation of Chemistry,Radiation,and Transport of Environmentally important Species)SOCARTES研究了CH4在冬、夏季节变率与平流层行星波对CH4浓度输送之间的关系,结果表明:观测和模拟的CH4混合比季节变化都很明显,而模拟的CH4浓度季节变率比观测值小30%～60%.分析结果还表明,模式中行星波引起的CH4浓度变化主要贡献于30 km以下的季节变率.比较了模拟和观测的行星波对CH4的输送结果,结果显示模式明显低估了行星波的输送,这也是模式中季节变率比观测偏小的一个主要原因.     

稻田甲烷排放的初级模式

本文建立了一个区域尺度稻田生态系统CH4排放的初步模式，该模式能从理论上反映稻田CH4产生、传输与排放的机理，并提供了一种估计不同区域气候和土壤条件下稻田生态系统CH4排放总量的有效方法。模式主要包括三个部分:水稻的生长、土壤有机物的分解和CH4的产生、传输及排放过程。模式分别模拟了早稻和晚稻CH4的排放，模拟结果与实测比较接近，CH4的季平均排放量，模拟值与实测值的偏差在10% 左右。模式的敏感性实验表明，温度是稻田CH4排放规律的主要控制因子。     

稻田土壤中甲烷产生率的实验研究

本实验旨在研究稻田土壤中甲烷产生率对稻田CH_4排放的影响.观测结果表明:土壤各深度的甲烷产生率有很大的变化范围(1—4639ng·h~(-1)·g~(-1)d.w.).主要的甲烷产生区域是7—17cm深的土壤层,其中以13cm深的土壤层上的生成速率最大.土壤中甲烷产生率与稻田CH_4排放率在水稻生长的某些阶段有较好的相关性,但它的季节变化却不能与排放的季节变化完全耦合.在水稻生长期,土壤中甲烷产生率随时间而增大,并在8月份水稻收割前达到最大,其日平均值在38—767 ng·h~(-1)·g~(-1)d.w.间变动.稻田土壤中甲烷产生率也存在日变化,一般在下午达到最大值,但却没有发现它与土壤温度有明显的相关关系.在不同施肥及水稻品种的稻田土壤中也观测到不同的甲烷产生率.在土壤中产生的甲烷最多只有28.8％被排放到大气中,而其余多于71.2％的则被氧化在土壤中.     

我国华中地区稻田甲烷排放特征

本文主要讨论地处我国华中水稻生态区的湖南红壤稻田的CH4排放特征。稻田CH4排放的日变化都有一致的规律，即在下午16:00左右出现最大值；CH4排放的日变化幅度与天气条件和水稻植物体有关；CH4排放的日变化与温度日变化的相关性很好（R>0.90）。早稻和晚稻的CH4排放季节变化规律有明显的差别，这主要是由于早、晚稻水稻生长期间的天气特别是空气温度变化的差异引起的，早稻CH4排放率在水稻生长中期（6月）略大，而晚稻在水稻移栽后几天内CH4排放就达到整个季节中的最大值，以后随时间逐渐降低；缺水会使CH4排放率明显降低，而且在重新灌水后相当长时间内CH4排放率没有回升；CH4排放在全有机肥的田中最大，然后依次是常规施肥、全沼渣肥及化肥田；尿素、氯化钾和复合肥的多施可降低稻田CH4排放率；不同施肥田中CH4排放率的温度效应不同；施肥是控制CH4排放的一种可行手段；在整个晚稻生长季节中瞬时CH4排放率与瞬时温度呈明显的指数关系；在1991年双季水稻生长季节中，稻田中CH4的排放量为67.96 g·m-2，其中早稻的CH4排放率为0.36 g·m-2·d-1，晚稻为0.48 g·m-2·d-1。