湿地生态系统碳通量研究进展

湿地碳循环在全球气候变化中起着重要作用,而湿地碳通量研究是湿地碳循环研究的关键问题。由于湿地独特的土壤、植被以及水文过程,使得湿地碳通量有别于其他类型的生态系统。湿地温室气体特别是CO2和CH2的释放水平具有明显的时空变化特征,其通量变化与许多外部因素相关,包括土壤状况、水文条件、植被类型、外源氮等。对近年来湿地生态系统碳汇功能变化以及影响碳通量相关因子的研究成果进行了系统的分析和综述。现有的研究表明,土壤状况对湿地碳通量影响较复杂,在一定范围内,表层土壤温度与气体排放密切相关,甚至呈正相关关系;土地利用／覆盖也影响湿地碳通量变化,导致湿地温室气体排放增加;水文条件特别是水位高度对湿地CO2和CH2排放的影响不同,高水位不利于CO2排出,CH2则与之相反;植被对湿地碳排放也起到正、负两方面作用,并且物种各异。还讨论了湿地碳通量研究进展的瓶颈问题,特别对植被演替较快的潮滩湿地碳通量研究做了展望。     

闽江河口咸草湿地冬季甲烷和二氧化碳通量及影响因子分析

闽江河口是我国东南沿海典型的开放式感潮河口,咸草Cyperus malaccensis var.brevifolius为闽江河口区最大的鳝鱼滩沼泽湿地的主要土著种。采用静态暗箱-气相色谱法,测定了2008年冬季(11月、12月和次年1月)咸草湿地涨潮前、涨落潮过程中和落潮后3个阶段排向大气环境的甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)通量特征。结果表明,涨落潮过程中咸草湿地排向大气环境的甲烷通量小于涨潮前和落潮后,在时间上表现为冬季3个月甲烷排放通量持续下降;咸草湿地二氧化碳通量同样表现为涨落潮过程中小于涨潮前和落潮后,在时间上也呈递减趋势;氧化还原电位(Eh)以及pH值对咸草湿地甲烷和二氧化碳排放通量具有不同程度的影响。     

长江口滨岸湿地无机氮界面交换通量量算

基于3年长江口滨岸湿地沉积物－水界面无机氮季节性交换通量连续实测数据,建立无机氮界面交换通量空间插值模型与量算模型,对无机氮界面交换通量季节性空间分布特征、滨岸湿地不同岸段无机氮季节性界面交换总通量量算等研究。结果表明：修正GIDS插值模型在无机氮界面交换通量空间插值预测过程中精度明显优于IDS方法,而略优于普通Kriging方法;长江口滨岸湿地沉积物－水界面无机氮交换通量空间分布在不同季节表现出复杂的空间分异特征;利用修正GIDS插值模型对长江口滨岸湿地无机氮交换通量进行空间插值过程中,为提高通量量算模型精度,应采用1.2'×1.2'的空间尺度为最佳;长江口滨岸湿地无机氮界面交换总通量量算表明,长江口滨岸湿地在春季向水体释放无机氮,是水体无机氮的释放源,释放量为1.33×10⁴ t,夏季、秋季和冬季表现为净化水体中无机氮,是水体无机氮的吸收汇,分别净化无机氮量为4.36×10⁴ t、6.81×10⁴ t和2.24×10⁴ t,全年总体表现为净化水体中无机氮,净化量为12.1×10⁴ t;长江口多年水体中无机氮通量多项式拟合分析得出,2002~2004年3年长江口水体中无机氮通量平均值为52.6×10⁴ t,滨岸湿地对长江口水体中无机氮的年均净化率达23.0%。     

湿地土壤NH3挥发、N2O释放过程及影响因素

湿地土壤NH3挥发及N2O释放过程与氮的气态损失密切相关,其对于氮循环的生态意义重大。综述了湿地土壤NH3挥发、N2O释放过程及影响因素的研究动态。当前湿地土壤NH3挥发及N2O释放研究主要集中在挥发／释放特征与一般影响因素的探讨上。影响湿地土壤NH3挥发及N2O释放的因素主要包括土壤理化学性质、环境因素、水文过程、生物群落和人类活动等。鉴于当前相关研究中存在的问题,在今后研究中应亟需加强的领域包括：①NH3挥发及N2O释放的驱动机制;②NH3挥发及N2O释放应用模型表征;③全球变暖、降水改变等对NH3挥发及N2O释放过程的影响;④人类活动对NH3挥发及N2O释放过程的作用机制。     

全球碳通量东滩野外观测站的建立

湿地作为地球上一种重要的生态系统类型,其碳循环过程与特征在全球陆地生态系统碳循环研究中具有相当重要的地位。崇明东滩湿地位于长江入海口,是陆地、海洋和淡水三大生态系统的交汇区,是具有国际重要意义的生态区,目前正遭受外来互花米草入侵和人类干扰的双重影响。2004年7月,复旦大学生物多样性与生态工程教育部重点实验室在崇明东滩建立了“全球碳通量东滩野外观测站”,这个野外观测站主要包括3座涡度通量塔和两条长期监测样带,并通过借助涡度协方差技术精确地测定生态系统能量、CO2和水汽通量,同时结合遥感、水文地质学和地面生物物理学调查,研究河口/海滨湿地生态系统结构、生物物理学过程及其他因子对二氧化碳通量的影响。本文的目的是介绍在东滩建站的根据、采用的技术以及将要开展的研究工作。     

氮沉降和水位下降对湿地生态系统的影响

介绍了湿地生态系统及其氮沉降和水位下降的概况,综述了全球变化背景下的氮沉降和水位下降对湿地生态系统的具体影响。氮沉降能够在一定范围内提高生产力,具体表现在植物的地上生物量、净初级生产力、植株高度等方面,氮沉降还影响植被组成,使苔藓类植物向维管植物过渡;氮沉降通过两种方式促进微生物分解,一是解除微生物代谢的限制因素,二是改变微生物分解底物的质量;此外,氮沉降还影响温室气体(甲烷、二氧化碳、氧化亚氮)的通量。水位下降后,植被的光合速率降低,生长降低,促进微生物的分解,使温室气体二氧化碳、氧化亚氮的通量增加,使甲烷通量降低。     

中国典型湿地生态系统碳汇功能比较

选择温带湿润地区三江平原湿地、青藏高原东缘若尔盖湿地和北热带向南亚热带过渡区域的广州红树林湿地,对比分析不同气候条件下湿地生态系统碳源、碳汇特征及其影响因素.研究发现,红树林湿地在固碳速率和固碳潜力方面都要高于泥炭沼泽和苔藓泥炭沼泽.不同气候条件下,湿地的CH4和CO2排放通量有较大差异.在CO2排放通量方面,若尔盖高原湿地和三江平原湿地的排放通量要高于红树林湿地;在CH4排放通量方面,三江平原湿地的CH4排放通量要大于若尔盖高原湿地和红树林湿地.不同气候条件下,湿地生态系统总体表现为碳汇.气候因素在大尺度上影响湿地的碳源、碳汇特征,而水文、植被类型和植株密度等亦是影响不同湿地类型碳源、碳汇差异的主要因素.     

LUCC对湿地碳储量及碳排放的影响

湿地生态系统是陆地上重要的碳库,其碳储量和排放通量的变化对全球碳循环和气候变化起着重要作用。湿地碳库的变化受到诸多因素的影响,其中土地利用/覆盖变化(LUCC)是影响湿地碳库的主要因素之一。研究表明,土地利用/覆盖变化通过影响湿地植被覆盖状况、土壤湿度、氧化还原电位、微生物活性等方面,影响着湿地的碳储存与碳排放。湿地垦殖后大量的碳被释放出来,湿地的碳汇和碳源功能发生了变化。     

土壤垂直剖面的CO_2通量研究

土壤CO2释放通量是全球碳循环的重要流通途径之一,其动态变化直接影响全球C平衡.土壤CO2释放通量在时空上具有很大的变异性.传统研究只关注年、季之间以及水平空间上的土壤通量,对于垂直剖面的CO2通量变化关注较少.土壤释放到大气中的CO2是垂直方向上各个土壤层次共同产生的,因此对其垂直剖面CO2通量研究十分必要.根据近年来国内外最新的研究资料,综合介绍了土壤垂直剖面CO2通量变化以及其影响因素的变化规律,并分析研究中存在的问题.由于土壤垂直剖面的复杂性,对于研究其CO2通量的变化还存在着方法上的困难;使用气体扩散理论计算各层间的通量是否能真正反应自然状态下CO2在土壤中的传输,以及土壤温度、含水量和微生物等因素对通量的影响机理尚不明确.     

三江平原季节性积水沼泽湿地能量平衡要素研究

2005年6月1日到8月30日,在中国科学院三江平原沼泽湿地生态试验站沼泽综合试验场季节性积水沼泽湿地,观测了净辐射和土壤热通量;利用Penman-Monteith公式和地表能量平衡方程式计算了潜热通量和感热通量;同时用SHAW模型对以上4个能量平衡要素进行了模拟研究,并用观测值以及模型效率、标准差和平均方差检验和评价了其模拟效果。结果表明,三江平原季节性积水沼泽湿地净辐射在6月末至7月初较大;潜热通量主要受净辐射的影响,与土壤水分关系不密切;沼泽湿地地表在6月初至8月中旬以吸收能量为主,8月末以后则开始释放能量;感热通量在植物生长季的初期和末期较大,在中期则比较小。SHAW模型能较好的模拟出沼泽湿地的净辐射、潜热通量和土壤热通量;该模型虽对感热通量的模拟结果并不理想,但能较好的模拟其变化趋势。这说明SHAW模型基本适用于对季节性浅积水沼泽湿地（水深小于10cm）能量平衡各要素的模拟。     

胶州湾大沽河口湿地CH_4排放通量特征

利用静态箱—气相色谱法,在2009年9月15日至2010年8月15日期间,对胶州湾大沽河口芦苇(Phragmites australis)盐沼和芦苇—盐地碱蓬(Suaeda salsa)盐沼CH_4排放通量进行了观测,对两种湿地CH_4的日排放通量、不同月份观测日排放通量和不同季节观测日排放通量特征进行了研究。结果表明,两种湿地CH_4日排放通量变化规律相同,其在夏季变化最大,在春季和秋季的变化次之,在冬季变化最小。在春季和夏季观测日,芦苇盐沼CH_4排放通量白天高于夜间,在秋季和冬季采样日,夜间CH_4排放通量高于白天;芦苇—盐地碱蓬盐沼四季CH_4排放通量都为白天高于夜间,只有冬季夜间表现为微弱的吸收。芦苇盐沼和芦苇—盐地碱蓬盐沼CH_4排放通量的最小值出现在2月15日,分别为0.016[mg/(m~2·h)]和0.008[mg/(m~2·h)],最大值出现在7月15日,分别为5.736[mg/(m~2·h)]和1.880[mg/(m~2·h)],主要原因是温度和生物量的差异所致。两种湿地不同季节观测日排放通量都为夏季最高,冬季最小。芦苇盐沼在四季的CH4排放通量都大于芦苇—盐地碱蓬盐沼,主要原因是湿地的水文特征和植物种类不同所致。芦苇—盐地碱蓬盐沼CH_4排放通量与5 cm深度土壤温度、10 cm深度土壤温度、气温和箱温都显著相关(p0.01),而芦苇盐沼的相应因子则不相关,主要原因是芦苇盐沼CH_4排放除受温度影响外,潮汐周期性波动导致的水位和盐度等环境因子也影响CH_4的排放。     

氮和枯落物添加对闽江河口湿地土壤CO_2释放的影响

土壤CO_2释放是土壤碳转化的关键过程。氮(N)添加及植物枯落物的分解对湿地土壤CO_2释放速率有显著影响,在全球大气CO_2浓度和气候变化中具有重要作用。本研究选取闽江河口湿地土壤为研究对象,通过24 d的短期培养实验,研究不同氮浓度和不同枯落物添加对闽江河口湿地土壤CO_2释放速率的影响。结果表明:(1)短叶茳芏(Cyperus malaccensis)和互花米草(Spartina alterniflora)两种植物枯落物添加处理显著促进了湿地土壤CO_2释放速率(P0.05),也显著增加了闽江河口湿地土壤溶解性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)和pH(P0.05)。两种枯落物添加处理下,培养初期(0～9 d)枯落物可溶性有机碳快速释放和pH升高可能是导致土壤CO_2释放峰值时间提前的主要因素。(2)枯落物添加后不同浓度氮输入对湿地土壤CO_2释放速率均具有显著影响(P0.001),但两种枯落物对土壤CO_2释放速率的影响并无显著差异(P0.05)。土壤微生物量碳(MBC)、土壤微生物量氮(MBN)的变化是影响不同枯落物在氮添加后培养前、后期土壤CO_2释放差异的重要原因。     

长白山天然次生白桦林土壤CO_2释放通量研究

利用静态箱/气相色谱法测定了长白山天然次生白桦林土壤二氧化碳释放通量.在生长季节的春、夏、秋三个时间段对白桦林土壤CO2释放通量测定的结果表明:白桦林土壤呼吸的日变化和不同生长季节的变化均与温度的变化有明显的相关性.白昼的土壤CO2的释放通量始终高于夜晚,但白昼土壤CO2释放通量的峰值与气温的峰值相比具有一定的滞后性.土壤CO2释放通量夏季明显高于春秋两季,凋落物层对土壤CO2释放具有一定的影响,夏季去除凋落物层后土壤CO2释放通量高于未除凋落物层时CO2释放通量,而春秋两季则出现相反的结果.通过相关分析发现,有凋落物覆盖的土壤CO2释放通量与地下5cm温度相关性最好,而去除凋落物后土壤CO2释放通量则与地表温度相关性最高.     

陆地水文与海洋水文

P342,S153.612006043070长江口滨岸湿地无机氮界面交换通量量算=CalculationofinorganicnitrogenfluxesintheYangtzeEstuarytidalwetland/王军,陈振楼…∥地理学报.—2006,61(7).—729~740基于3年长江口滨岸湿地沉积物-水界面无机氮季节性交换通量连续实测数据,建立无机氮界面交换通量空间插值模型与量算模型,对无机氮界面交换通量季节性空间分布特征、滨岸湿地不同岸段无机氮季节性界面交换总通量量算等研究.图5表5参43(广兵)BeTV148.1,TV1472006043071钱塘江河口段长周期泥沙冲淤和河床变形=Long-termsed-imenterosion/depositionand…     

胶州湾河口湿地秋冬季N2O气体排放通量特征

2009年9月~2010年2月,利用静态箱-气相色谱法对秋冬季胶州湾大沽河口受潮汐影响的芦苇(Phragmites australis)湿地和潮上带常年无积水杂草湿地N₂O排放通量特征进行了研究。研究表明:两类湿地N₂O排放和吸收具有明显的昼夜变化规律。白天N₂O排放高峰出现在12时左右,夜间高峰出现在21时左右,最低值出现在凌晨6时左右。芦苇湿地和杂草湿地秋冬季的最高值分别为151.1 μg/(m²·h)、29.3 μg/(m²·h),最低值分别为-128.9 μg/(m²·h)、-21.5μg/(m²·h)。芦苇湿地秋冬季夜间N₂O排放量高于白天,分别是白天的1.54倍和2.09倍;杂草湿地秋季N₂O排放通量白天高于夜间,冬季则夜间高于白天且以吸收为主。在对芦苇湿地和杂草湿地进行监测的6个月份中11月排放量最高,排放量分别为42.42 mg/m²、6.89 mg/m²,芦苇湿地N₂O排放量普遍高于杂草湿地。芦苇湿地秋、冬季的排放通量分别为56.32 mg/m²、63.38 mg/m²,杂草湿地秋、冬季的排放通量分别为10.45 mg/m²、3.08 mg/m²,芦苇湿地高于杂草湿地,分别是杂草湿地的5.39倍、20.58倍,主要是两类湿地不同的水文特征和不同的植被种类造成的。杂草湿地秋冬季N₂O排放通量与5 cm地温、10 cm地温呈显著相关关系(P<0.05),芦苇湿地则相关不显著,主要原因是芦苇湿地N₂O排放量除了受温度影响,由潮汐引起的干湿交替过程也在很大程度上影响N₂O排放和吸收。胶州湾大沽河河口受潮汐影响芦苇湿地和常年无积水的杂草湿地秋冬季均为大气N₂O的"源"。     

湿地生态系统中主要功能微生物研究进展

阐述了湿地生态系统中主要功能微生物的多样性特点,以及主要功能微生物群落结构多样性在地域、环境、湿地类型中的差异;概括了主要功能微生物在湿地中污染物的降解、温室气体释放等方面的作用;概述了氨氧化微生物、产甲烷古菌和甲烷氧化细菌、反硝化细菌和真菌以及硫酸盐还原菌与硫氧化细菌等主要功能微生物的相关研究进展;总结了植被和养分元素对湿地生态系统中微生物影响的研究成果。针对各种外在因素影响湿地微生物的详细机制尚不明确,湿地生态系统中植被与微生物多样性的关系存在争议,以及湿地微生物在净化污水、温室气体排放等方面功能类群及分布特点研究相对匮乏等问题,提出了湿地功能微生物研究的发展方向。     

湿地生态系统CO_2源/汇研究综述

湿地生态系统独特的生态特性使其在温室气体的固定和释放中发挥了重要作用,湿地生态系统CO2源/汇成为全球气候变化研究中的热点问题。该文系统总结了近年来湿地生态系统CO2源/汇特征,探讨了自然环境因子以及人类活动对湿地CO2源/汇功能的影响。研究表明,目前绝大多数湿地生态系统是大气CO2的汇,湿地CO2源/汇特征表现出明显的时空变异性。气温是气象因素中影响湿地净生态系统CO2通量(NEE)变化的一个重要甚至首要因子;土壤状况因子包括温度、pH值等均对NEE有明显影响,但影响程度不同;湿地水文对CO2源/汇的影响主要表现在干、湿季以及水位变化对NEE的影响上;植被类型及干扰程度不同,湿地CO2源/汇功能具有很大差异;人类活动尤其是将湿地开垦为农田,会使湿地变成大气CO2的源,而生态修复则使湿地作为大气CO2汇的能力得到恢复。     

鄱阳湖湿地CO_2通量观测信号扰动特征

在高动态水位影响下,鄱阳湖区的水面积范围、形态和分布发生着显著的年际变化。受水位变化的影响,鄱阳湖周边湿地植物种群与景观变化十分明显。周期性水位变化和植物变化直接影响湿地生态系统的CO_2的吸收与释放。鄱阳湖及其周边湿地作为特殊的吞吐性湖泊生态系统,对其地球化学过程基本规律的探索,是研究全球变化及其区域响应的重要基础性工作。鄱阳湖湿地与流域研究教育部重点实验室在南矶湿地国家级自然保护区建设了野外综合实验站。该站位于鄱阳湖主湖区南部,是赣江前缘三角洲与鄱阳湖之间的水陆过渡地带,是鄱阳湖湿地的典型代表。利用该实验站GHG-Biomet LI-COR涡度相关能量平衡系统2015年4~8月获取的CO_2通量监测数据,分析通量观测信号的扰动特征。研究结果表明,1观测期间,7月9~15日CO_2通量的信号强度最好,8月9~31日信号强度最差,信号强度日变化中,较好的时段为0︰00~4︰00(凌晨时段),较差的时间段主要是4︰00~8︰00(日出时段)与19︰00~22︰00(日落时段);2CO_2通量的信号强度受到环境水热要素的综合影响,但与气温、降水量不直接相关,水热要素影响风速、露点温度和空气中水汽含量,扰动CO_2通量信号强度的稳定性,在风速强、空气中水分含量高、光合有效辐射低的情况下,CO_2通量的信号强度低,不利于涡度相关技术监测生态系统的CO_2通量;3利用涡度相关技术监测高动态水位变化条件下湿地生态系统的CO_2通量,密集的日常数据检查和仪器维护十分必要,确保监测数据质量。     

若尔盖泥炭地地下水位和土壤温度对二氧化碳排放的影响

利用中型实验生态系,对若尔盖典型泥炭地二氧化碳排放通量开展地下水位控制实验。通过比较不同地下水位条件下泥炭地生长季(5~10月)二氧化碳排放通量的日变化和月变化,探讨若尔盖泥炭地地下水位和土壤温度对二氧化碳排放的影响。结果显示,5~7月中水位(控制水位为地表以下10 cm)下的二氧化碳排放通量最高,其次是低水位(控制水位为地表以下20 cm)下的排放通量,高水位(控制水位为地表0 cm)下的排放通量最低;8月各水位下二氧化碳排放通量差异不明显;9~10月的二氧化碳排放通量随水位降低而增加;整个生长季,水位由低到高的二氧化碳排放通量平均值分别为404.65 mg/(m2·h)、438.76 mg/(m2·h)和359.18 mg/(m2·h);二氧化碳排放通量随土壤温度变化而变化,其中,中水位条件下二氧化碳排放通量对温度变化最为敏感,其次是低水位下,高水位下相对最不敏感。暖干化的气候变化趋势将导致若尔盖典型泥炭地释放更多的二氧化碳到大气中。     

极端干旱区荒漠-湿地生态系统小气候特征与碳通量变化季节对比

甘肃敦煌荒漠-湿地具有极干旱区湿地生态系统和荒漠生态系统的典型性和代表性,在中国乃至世界上都具有重要的特殊性,然而目前关于该区小气候特征以及碳通量变化的研究基本属于空白。利用2012年夏季与冬季甘肃敦煌西湖实验观测资料,从中分别选取资料较好的5个连续晴天,对比分析了该地区荒漠-湿地生态系统冬夏两季局地气候、辐射特征以及碳通量的日变化。结果表明:(1)西湖地区两个季节湍流混合都比较充分,全天以上升气流为主,两季节温差较大,表层土壤温湿度对气温以及太阳加热作用敏感,冬季波动幅度小于夏季;(2)冬夏季辐射各分量具有典型日变化特征,但冬季各分量明显低于夏季,且该地区向下和向上长波辐射比同季节同纬度高海拔地区高;(3)西湖地区生态系统碳吸收的日最大值出现在上午11∶00前后,CO2浓度随着时间的推移逐渐降低,两个季节均表现为"碳汇",冬季的碳汇作用较弱一些。