太湖湿地及其湖滨带蟹塘温室气体排放规律研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zk1311988
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通过野外原位监测试验,测定了太湖湖滨带芦苇、茭草、荷花、菱角和开放水面湿地以及湖心开放水面的温室气体排放;同时通过植物刈割的方式,研究了芦苇、茭草和荷花等3种挺水植物在湖滨湿地CH4排放中的作用;分析了底泥SOC、温度、水位、水中CH4浓度等因素的变化特征及其与CH4排放通量之间的关系;通过室内培养试验,结合实时荧光定量PCR方法,研究了太湖不同类型湿地产CH4潜力,解析了产甲烷菌及甲烷氧化菌在CH4排放中的作用。通过对比稻田与蟹塘温室气体排放,明确了蟹塘CH4排放的控制因子,评估了稻田转变为蟹塘后的GWP变化。  连续两年的原位观测结果表明,太湖湖滨芦苇、茭草、荷花、菱角及开放水面的CH4排放量依次分别为1967、3060、1895、1093、980 kg CH4 ha-1yr-1,挺水植物芦苇、茭草和荷花湿地的CH4排放量要显著地高于菱角和开放水面(P<0.05)。不同植被类型湿地CH4排放量与植物生物量及株密度存在着一定的相关关系(P=0.13~0.17),但与底泥SOC含量显著正相关(P<0.05)。湖滨湿地CH4排放通量季节变化明显,多元回归分析结果表明,土壤温度和水位是影响CH4排放季节变化的主要因素,二者分别解释了CH4排放通量季节变化的40.6%~61.8%和2.4%~18.0%。湖滨湿地N2O排放的季节变化并不很明显,但从全年的总排放量来看,湖滨不同植被类型湿地均为N2O的弱排放源,年均排放量为0.04~0.25 kg N2O ha-1yr-1。芦苇、茭草、荷花、菱角和开放水面等湖滨湿地因CH4和N2O排放所产生的GWP依次分别为49278、76551、47450、27344和24535 kg CO2-eq ha-1yr-1,CH4的贡献率超过99%。  然而,太湖湖滨与湖心开放水面湿地的CH4排放量存在较大差异,二者的CH4排放量分别为1112.25和66.93 kg CH4 ha-1yr-1。较高的底泥SOC和DOC含量以及较低的水位可能是导致湖滨CH4排放量高于湖心的主要原因。相关分析结果表明,二者CH4排放季节变化均与底泥温度显著相关。此外,与湖滨不同,湖心湿地为弱的CO2吸收汇。因此,湖滨与湖心开放水面湿地的GWP分别为31155和1638 kg CO2-eq ha-1yr-1,CH4排放是GWP的主要贡献因子。同时,根据不同植被类型湿地分布特征,我们初步估算出太湖CH4和N2O排放量分别为68 Gg CH4yr-1和12.7 Mg N2Oyr-1。  芦苇、茭草和荷花等3种挺水植物湿地对照和刈割处理的CH4排放通量分别为22.61和8.64 mg CH4 m-2 h-1、39.53和15.72 mg CH4 m-2 h-1、13.52和10.48 mgCH4 m-2 h-1,植物刈割均明显降低了CH4排放通量。然而,对照与刈割处理的CH4排放均有着明显的季节变化,多元回归分析表明,CH4排放通量的季节变化均与底泥温度极显著相关(P<0.001),而与Eh及水位相关性不显著(P>0.05)。并且,芦苇和茭草刈割后,提高了CH4排放的温度敏感性Q10,而荷花刈割后则降低了Q10。但植物刈割后,芦苇、茭草和荷花湿地的CH4年累积排放量分别减少了60.8%、59.5%和23.1%。  太湖湿地底泥产CH4潜力也存在着明显的季节变化,并与CH4排放通量显著正相关。底泥中丰富的DOC含量及产甲烷菌丰度共同促进了产CH4潜力的提升,进而增加了水中的CH4浓度,导致更多的CH4排放。尽管,底泥甲烷氧化菌丰度也较高,其与CH4排放通量之间并无明确的关系。同时,太湖湿地较高的水位使得扩散传输的CH4被大量氧化,水体中的CH4氧化比例高达64%~99%。  太湖湖滨带蟹塘的CH4排放通量也有着明显的季节变化,但N2O排放季节变化不明显。回归分析结果显示,水位的波动以及底泥温度的变化是导致蟹塘CH4排放季节变化的主要原因,而蟹塘N2O的排放通量则仅与水位显著相关。蟹塘CH4和N2O年累积排放量分别为797.09~1276.33 kg CH4 ha-1yr-1和0.19~0.41kg N2O ha-1yr-1,与稻田相比,CH4排放量显著增加而N2O排放量则显著降低。因此,稻田和蟹塘的GWP分别为7441和19984~32023 kg CO2-eq ha-1yr-1,稻田转变为蟹塘后增加了生态系统的GWP。  综上所述,太湖湿地是重要的CH4排放源,而N2O的排放量则相对较低。在不考虑湖泊固C速率的条件下,太湖湿地尤其是湖滨带对全球变暖起着正的增加效应。
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