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北方中高纬地区是泥炭沼泽的主要集中分布区,泥炭沼泽是陆地表层生态系统重要的土壤碳库。受气候变化和日趋增强的人类活动的扰动(尤其是中温带地区),泥炭沼泽的土壤碳库功能已发生或将发生一定的变化,从而对气候变化会产生反馈作用;深入认识泥炭沼泽温室气体排放特征及其控制机制,对于精确评估湿地碳排放及预测气候变化背景下的变化趋势具有重要意义。本文以三江平原草本泥炭沼泽为研究对象,基于野外定位观测与控制实验,明确了温室气体排放的季节和年际变化特征及其对降水、气温等气候变化因子的响应机制。主要取得如下结论:(1)三江平原草本泥炭沼泽温室气体排放具有明显的季节和年际变化动态,季节和年际变化差异较大;水、热条件是温室气体排放的关键环境控制因子。生长季CH4排放通量变化范围为:5.41±1.01,9.03±2.21和0.31±0.26 mg C m-2 h-1;CO2平均排放通量为:261.75±20.61,166.54±17.72和168.39±27.75 mg C m-2h-1;N2O平均排放通量分别为46.04±6.24,24.46±3.6和0.13±0.03μg N m-2 h-1。研究表明,水位、土壤温度及土壤充水孔隙率对CH4排放影响最为显著(66.7%),而生态系统呼吸主要受土壤温度影响(73.7%)。(2)不同土壤深度孔隙水CH4浓度表现出显著差异,表层土壤(5-10cm)孔隙水CH4浓度与泥炭沼泽CH4排放表现出较好的相关性。定位观测研究表明,表层土壤土壤孔隙水CH4浓度主要受植物生长过程和土壤水分的影响,表现为与植物株高(R2=0.6,P=0.005)和土壤充水孔隙率(R2=0.36,P=0.01)呈显著相关关系。土壤(5-20cm)孔隙水中甲烷浓度与甲烷排放通量的相关性为26-60%。另外,短期暴雨事件对泥炭沼泽甲烷排放和土壤孔隙水中甲烷浓度会产生一定的影响,表现为会导致甲烷排放出现时间延迟(time lag)现象。(3)泥炭沼泽剖面不同深度(0-5cm,5-10cm,10-15cm,15-20cm和20-25cm)土壤温度敏感性变化系数不同,变化范围为:2.1-2.9;泥炭沼泽土壤呼吸占生态系统总呼吸的57%,且10cm土壤温度与生态系统呼吸关系最为密切(73.7%),因此,当运用生态模型对三江平原草本泥炭沼泽碳库动态及碳排放进行量化模拟时,建议采用Q10=2.9最为科学。(4)干湿交替作用对CH4排放具有一定的影响,表现为当泥炭沼泽由干变湿发生显著转变1-3天之后,出现CH4脉冲式排放效应,这也进一步解释了极端暴雨事件后CH4排放的延迟现象。同时,干湿交替会增加CH4排放通量的波动性和排放量,且不同类型沼泽湿地表现为相似的规律,但对潜育沼泽的影响(排放量增加116%)大于泥炭沼泽(排放量增加46%)。但在稳定的水位条件下,泥炭沼泽CH4和N2O排放要高于潜育沼泽(P<0.01)。(5)增温对泥炭沼泽温室排放短期影响不显著(P>0.05)。可能是由于增温实验过程中土壤水分条件变化导致的排放量的减少抵消了因温度增加而促进的排放量。火烧增加了毛苔草地表生物量(54%),进而促进了整个生态系统CO2排放。火烧减少了CH4排放,但是影响不显著(P>0.05)。(6)泥炭沼泽垦殖导致土壤甲烷产生潜能和甲烷氧化潜能发生变化。表层土壤(0-20cm)泥炭沼泽产甲烷潜能(1.68μg g-1 d-1)高于排干泥炭沼泽(1.04μg g-1 d-1)及垦殖7年后稻田土壤(0.04μg g-1 d-1)和垦殖1年后旱田土壤(4.86×10-5μg g-1 d-1),且泥炭沼泽和疏水排干后,土壤甲烷氧化潜能呈极显著性差异(P<0.001)。此外,排干泥炭沼泽再湿存在着较高的甲烷产生潜能。