Impact of climate change on wetland ecosystems: A critical review of experimental wetlands

Climate change is identified as a major threat to wetlands. Altered hydrology and rising temperature can change the biogeochemistry and function of a wetland to the degree that some important services might be turned into disservices. This means that they will, for example, no longer provide a water purification service and adversely they may start to decompose and release nutrients to the surface water. Moreover, a higher rate of decomposition than primary production (photosynthesis) may lead to a shift of their function from being a sink of carbon to a source. This review paper assesses the potential response of natural wetlands (peatlands) and constructed wetlands to climate change in terms of gas emission and nutrients release. In addition, the impact of key climatic factors such as temperature and water availability on wetlands has been reviewed. The authors identified the methodological gaps and weaknesses in the literature and then introduced a new framework for conducting a comprehensive mesocosm experiment to address the existing gaps in literature to support future climate change research on wetland ecosystems. In the future, higher temperatures resulting in drought might shift the role of both constructed wetland and peatland from a sink to a source of carbon. However, higher temperatures accompanied by more precipitation can promote photosynthesis to a degree that might exceed the respiration and maintain the carbon sink role of the wetland. There might be a critical water level at which the wetland can preserve most of its services. In order to find that level, a study of the key factors of climate change and their interactions using an appropriate experimental method is necessary. Some contradictory results of past experiments can be associated with different methodologies, designs, time periods, climates, and natural variability. Hence a long-term simulation of climate change for wetlands according to the proposed framework is recommended. This framework provides relatively more accurate and realistic simulations, valid comparative results, comprehensive understanding and supports coordination between researchers. This can help to find a sustainable management strategy for wetlands to be resilient to climate change.     

Natural Climate Solutions for China:The Last Mile to Carbon Neutrality

正"I call on all leaders worldwide to declare a State of Climate Emergency in their own countries until carbon neutrality is reached."–António GUTERRES(United Nations Secretary General), 12 December, 2020 There is no shortcut to a carbon neutral society; solutions are urgently required from both energy industrial sectors and global ecosystems.     

1979年以来南极平流层冬季变暖

极地气候比其他区域有着更为显著的变化,这不仅反映在极地近地面和对流层,也同样反映在平流层。使用NCEP/NCAR、NCEP/DOE和ERA40月平均再分析资料,研究了南极平流层温度和位势高度的年代际变化趋势。结果表明,自1979年以来在冬季南极平流层存在变暖的趋势。分析NCEP/NCAR和NCEP/DOE再分析资料的结果是变暖主要出现在7—10月,最大增温位于30hPa,27a(1979—2005年)的最大增温幅度超过7℃。分析ERA40的结果是变暖主要出现在6—9月,较NCEP/NCAR和NCEP/DOE早1个月,最大增温位于平流层上层(5和3hPa),23a(1979—2001年)的最大增温幅度超过10℃。在平流层高层,最大增温位于极区中心;在平流层中低层,最大增温位于极区外围偏向澳大利亚一侧。伴随着温度的升高,南极平流层的位势高度也存在升高的趋势。在NCEP/NCAR和NCEP/DOE再分析资料中,最大位势高度升高位于10hPa,27a里的升高幅度超过450m。ERA40给出的结果相对弱一些,23a里的最大升高幅度接近300m。进一步的计算结果表明,进入南半球平流层的波动通量也有增加的趋势,可能是平流层波动增强导致了向南极的残余环流增强,与之相关的极圈内下沉运动也随之增强,下沉运动产生绝热加热,从而造成南极平流层增温和位势高度升高。     

温室气体排放评价指标及其定量分析

温室气体排放的科学定量评价是建立国际温室气体减排框架、确定各国合理的减排责任、部署国际减排行动的基础。通过系统阐述目前国际上通行的温室气体排放的主要评价指标(国别排放指标、人均排放指标、GDP 排放指标和国际贸易排放指标等), 并通过定量评价剖析这些评价指标的优缺点及其局限性。讨论了发展科学、公平和易于广泛接受的新评价指 标的可能性。基于可持续发展的公平性原则, 提出了“工业化累积人均排放量” 的新指标, 以客观定量评价世界各国工业化以来温室气体历史累积排放量的当代人均量。新指标的结果显示, 英美等老牌工业化国家的工业化累积人均排放量远高于全球平均水平和发展中国家的 水平。还提出并讨论了人均单位GDP 排放量、消费排放量、生存排放量等潜在的评价指标。     

富营养化湖泊夏季表层水体温室气体浓度及其影响因素

为研究富营养化湖泊水体温室气体浓度及其影响因素,以太湖西岸和竺山湾为例,共调查研究了27个点位,采用顶空平衡法对其表层水体中溶解的甲烷(CH_4)和氧化亚氮(N_2O)浓度进行测定.结果表明,太湖近岸带蓝藻水华堆积区表层水体中CH_4和N_2O两种温室气体浓度远远高于开阔湖区点位,CH_4和N_2O最高浓度分别为3.79±0.095和0.078±0.003μmol/L.蓝藻水华堆积区和开阔湖区CH_4平均浓度分别为2.33±1.46和0.14±0.059μmol/L,N_2O的平均浓度分别为0.054±0.024和0.023±0.012μmol/L.两种气体在水中均呈现过饱和状态,其中蓝藻水华堆积区表层水体中CH_4和N_2O饱和度远远高于开阔湖区点位.此外,入湖河流河口区域表层水体溶解性N_2O浓度较高.将水中CH_4和N_2O浓度与水体环境因子之间进行相关性分析,表明水体总氮、总磷、铵态氮和溶解性有机碳浓度与CH_4和N_2O浓度呈显著正相关,CH_4浓度与硝态氮浓度呈显著负相关.研究结果揭示了太湖蓝藻水华堆积区是CH_4和N_2O两种温室气体重要的潜在排放源,蓝藻水华暴发对湖泊温室气体的排放具有重要影响,但该过程的驱动机制及影响因素仍需要进一步研究.     

西洞庭湖季节性淹水和植被类型对温室气体排放通量的影响

植被类型及淹水带来的干湿交替过程是影响温室气体排放的重要因素.本文通过原状土柱模拟实验,模拟西洞庭湖水文节律变化对不同土壤—植被系统温室气体排放的影响.利用静态箱—气相色谱法研究不同植被—土壤类型(芦苇湿地、灰化苔草湿地和刚砍伐的杨树林湿地)在季节性淹水条件下的CO_2、CH_4和N_2O的排放通量变化,并探讨了在水位变化的情况下,不同植被—土壤类型对全球增温潜势的贡献.结果表明:在不同的水文条件下,芦苇湿地的CO_2排放通量均显著高于苔草和杨树林湿地;淹水过程导致3种植被类型覆盖湿地CO_2排放通量显著降低,甲烷排放通量升高,其中芦苇湿地CH_4排放通量升高显著,苔草和杨树林湿地CH_4排放通量升高不明显;水文变化及植被类型对N_2O排放通量的影响不显著;不同植被类型湿地对全球增温潜势的贡献为:芦苇杨树林苔草,分别为16191.3、3405.6和1883.1 kg/hm~2.本研究结果表明在西洞庭湖湿地恢复过程中,不再人为增大芦苇湿地面积,将杨树林湿地恢复为苔草湿地,更有利于降低湿地恢复过程中温室气体的排放.     

三峡消落带土壤-植物-微生物作用下的氮循环关键过程研究进展

流域氮污染问题是世界面临的共同难题,大型水利水电工程极大地改变了流域氮循环过程。三峡水库作为我国重要的优质淡水资源库,却面临着支流水华频繁暴发的水安全问题。如何有效削减氮污染并维持水库消落带生态系统的稳定性,是三峡水库生态安全运行中亟待解决的实际问题。水库消落带作为邻近水体的“生物地球化学循环热区”,在营养元素循环、面源污染截留、温室气体排放等过程中扮演着重要角色。随着生物信息学、分子生物学等新型研究手段在环境研究中广泛应用,氮循环过程与机理得到了更微观的诠释,氮循环功能微生物的多样性和生态位分化等方面的研究也取得了突出成果。本文基于对三峡水库消落带土壤-植物-微生物作用下的氮循环关键过程所开展的最新研究,结合消落带水陆交错的特殊环境条件,综述水库消落带中氮循环的关键过程和机理,分析水库消落带对流域水环境和温室气体排放的潜在影响,并对未来消落带亟待解决的问题做了进一步展望,以期为大型水库消落带生态系统的综合管理提供科学支撑。     

塔里木东部满东1井志留系天然气成因与成藏期初步分析

满东1气藏的发现是塔里木盆地东部地区油气勘探获得新突破的重要标志。本文充分利用目前所获得的大量地质和地球化学资料,从天然气的组份特征、成因类型、成熟度和气源对比等方面对该井天然气的成因进行了分析,认为满东1井天然气属于海相腐泥型天然气,来源于寒武系-下奥陶统海相过成熟烃源岩,烃类气体组成具有油裂解气的特征。海相泥质烃源岩中氨基粘土矿物在过成熟阶段分解并氧化,形成大量的氮气,导致满东1气藏高含氮气。包裹体和埋藏史研究结果表明满东1气藏成藏过程复杂,主要成藏期为燕山喜马拉雅期。     

温室气体浓度变化及其源与汇研究进展

对工业革命以来大气中主要温室气体浓度变化和增长趋势作了简介。概述了冰芯研究的最新成果:420 ka BP以来CO2浓度变化情况及其揭示的气候变化机制;全新世期间CH4浓度的波动;气候事件中N2O浓度的快速波动及工业化前的水平。总结了全球温室气体源与汇的研究现状,重点介绍了全球碳循环研究中的未知汇问题,列举了根据不同资料和模型估计的陆地碳汇位置和幅度以及影响因素对陆地碳汇的贡献等认识上的差异。简单介绍了国内有关温室气体源与汇研究,如稻田CH4排放、岩溶系统碳循环和黄土中温室气体组分特征等方面的研究成果和认识。     

日光温室气象监测与灾害预警系统研制

节能型日光温室是我国华北地区发展最快、所占面积比例最大的设施农业类型,针对具有较典型代表性的第2代节能日光温室,详细阐述了集温室小气候自动监测、数据远程采集、温室小气候模拟、产品制作与发布、灾害预警于一体的日光温室气象监测与灾害预警系统的构建,并对该系统的应用情况进行简单介绍。系统2007年投入业务使用,采取中期、短期、临近预警相接合,监测预报与灾后评估相结合,取得较好服务效果。