退水期鄱阳湖薹草和藜蒿洲滩湿地温室气体(CO2,CH4)排放特征

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湿地碳循环是全球碳循环的一个重要组成部分,湿地因为其较高的生产力和较低的分解速率而受到科学家们的广泛关注。鄱阳湖是中国第一大淡水湖,有着独特水文变化特征的通江湖泊。为了了解鄱阳湖典型湿地植被甲烷和二氧化碳排放的变化规律及其影响因子,探讨人类活动以及干湿交替对湿地温室气体排放的影响,评估鄱阳湖典型湿地的碳平衡,以中国科学院鄱阳湖湖泊湿地观测研究站为依托,于2014年10月-2015年5月鄱阳湖退水期对薹草(Carex cinerascens)和藜蒿(Artemisia selengensis)洲滩湿地的甲烷和二氧化碳的排放及其影响因素,以及放牧和干湿交替对湿地温室气体排放的影响进行了研究,并估算了退水期鄱阳湖湿地的碳平衡。主要结论如下:  (1)薹草湿地甲烷通量昼夜变化不明显,其变化范围是1.71-2.18mg.m-2.h-1,日均值为1.96mg.m-2.h-1。藜蒿湿地甲烷通量昼夜变化较明显,其变化范围是-0.26-1.90mg.m-2.h-1,日均值为0.31mg.m-2.h-1。水温和10cm土壤含水率分别控制着白天和夜晚薹草湿地的甲烷排放。藜蒿湿地甲烷排放昼夜变化较大,可能是其在黑暗条件下用扩散方式传输甲烷而在光照条件下用对流方式传输甲烷所致。薹草和藜蒿湿地二氧化碳通量均具有明显的昼夜变化模式,薹草和藜蒿湿地的二氧化碳通量变化范围分别是2658.68-7468.41mg.m-2.h-1;1478.83-3064.02mg.m-2.h-1。相关分析显示薹草湿地二氧化碳通量和5cm土温、水温均成显著正相关(P<0.05),太阳光辐射引起的温度变化影响了薹草湿地二氧化碳的昼夜排放。  (2)退水期薹草和藜蒿湿地地上生物量较地下生物量均具有明显的季节变化动态。薹草的总生物量季节变化范围在946.67-2768g.m-2之间,平均值为1683.47g.m-2,且薹草的秋草生物量大于春草生物量。整个退水期薹草湿地的NPP(净初级生产力)为1347.99±192.56(标准误)g.C.m-2。藜蒿的总生物量季节变化范围在433.6-1778.67g.m-2之间,平均值为1311.8g.m-2,退水期藜蒿湿地的NPP为877.88±166.58g.C.m-2。退水期薹草湿地的NPP为藜蒿湿地NPP的1.54倍,意味着薹草湿地固定和转化光合产物的效率要高于藜蒿湿地,另外薹草湿地特有的两个生长季可能是导致其NPP高于藜蒿湿地的原因。  (3)退水期薹草和藜蒿湿地的甲烷和二氧化碳排放均具有明显的季节变化。薹草湿地甲烷通量变化范围在-1.93-64.34mg.m-2.h-1之间,平均值为11.27mg.m-2.h-1;藜蒿湿地甲烷通量变化范围在-0.05-9.91mg.m-2.h-1之间,平均值为2.99mg.m-2.h-1。植被生物量是影响薹草和藜蒿湿地甲烷季节变化最重要的影响因子。退水期薹草湿地二氧化碳通量变化范围在411.87-6016.32mg.m-2.h-1,平均值为3291.80mg.m-2.h-1,藜蒿湿地二氧化碳通量变化范围在185.84-7213.94mg.m-2.h-1,平均值为2581.89mg.m-2.h-1。温度和水位是影响薹草和藜蒿湿地二氧化碳通量季节变化的最重要影响因子。藜蒿湿地的Q10值(生态系统呼吸对温度敏感性)显著大于薹草湿地,意味着未来气候变暖,藜蒿湿地会释放更多的二氧化碳。薹草较高的生物量以及较高的水位是导致其甲烷和二氧化碳排放通量高于藜蒿湿地的原因。退水期鄱阳湖湖滨湿地是甲烷和二氧化碳排放的热点,伴随着气候变暖和人为因素将来鄱阳湖湖滨湿地会释放出更多的甲烷和二氧化碳。  (4)薹草和藜蒿湿地干湿交替期产生的二氧化碳释放通量分别占整个退水期二氧化碳释放通量的13%和12.4%,在评估鄱阳湖湿地的碳平衡时,由于鄱阳湖独特的水文过程造成的干湿交替所产生的二氧化碳排放通量应该受到重视。退水期鄱阳湖薹草和藜蒿湿地均是一个明显的碳源,碳源强度分别为2.11±1.86t.C.ha-1和3.66±2.42t.C.ha-1。薹草和藜蒿湿地的甲烷排放通量分别占其NPP的5%和1%。薹草湿地甲烷和二氧化碳引起的温室效应几乎相当,但是藜蒿湿地甲烷引起的温室效应远远小于二氧化碳引起的温室效应。随着将来气候变化和人为因素的影响,鄱阳湖湖滨湿地的碳平衡可能会受到影响,  (5)放牧引起了薹草和藜蒿湿地甲烷通量的显著降低,但是没有改变薹草和藜蒿湿地作为大气甲烷源的功能。放牧引起了薹草和藜蒿湿地二氧化碳通量的显著增加,加强了薹草和藜蒿湿地作为大气二氧化碳源的功能,放牧活动有使鄱阳湖薹草和藜蒿湿地土壤碳损失的潜在可能。今后在都阳湖湿地碳平衡的评估中需要考虑放牧活动,它对鄱阳湖湿地的碳循环有着深远的影响。
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