珠江三角洲典型陆地生态系统挥发性有机硫化合物地气交换通量研究

论文摘要

硫循环是全球生物地球化学循环的一个重要组成部分。挥发性有机硫化合物（Volatile organic sulfur compounds，VOSCs）及其氧化产物是大气硫酸盐气溶胶和云凝结核的重要来源，对全球气候变化、酸雨形成有重要影响。不同生态系统VOSCs通量差异较大。本研究选取中国亚热带珠江三角洲地区森林生态系统、稻田生态系统、城市草地生态系统和菜地生态系统为研究对象，运用静态箱式法，测量了不同季节土壤—植被—大气COS、DMS、CS2和DMDS交换通量，并分析了不同生态系统各生态因子对含硫气体交换速率的影响。同时通过室内土壤培养，探讨了土壤含水量及外加硫源对含硫气体释放的影响。结果如下：1．森林生态系统中无论凋落物有无，森林土壤吸收COS，释放DMS，而CS2和DMDS源与汇存在很大的不确定性。处于演替中期的混交林土壤COS吸收速率最大，而DMS释放速率季风林显著高于其他两种林型。不同林型间CS2和DMDS通量无显著差异。不同林型间VOSCs通量差异与土壤肥力、土壤微生物群落类型和数量有关。同一林内有凋落物样地COS吸收速率和DMS释放速率高于无凋落物样地，但凋落物对CS2和DMDS释放影响较小。受排放特征与气象因素影响，3月大气COS浓度显著高于7～10月，7～9月大气DMS浓度显著高于10月和3月。3月土壤COS吸收速率高于其他月份，DMS释放速率7～9月高于10月和3月。日变化结果表明，土壤COS吸收速率白天略高于晚上，DMS释放速率白天显著高于晚上，CS2和DMDS通量不存在明显的日夜变化。COS和DMS交换速率与土壤呼吸速率呈正相关。VOSCs交换速率受温度、土壤含水量、土壤微生物和空气中VOSCs浓度等因素共同影响。2．稻田生态系统吸收COS，释放DMS，而CS2和DMDS排放与吸收则存在很大不确定性。有水稻稻田吸收COS，无水稻稻田释放COS。无论水稻有无稻田均释放DMS，但有水稻稻田DMS释放速率显著高于无水稻稻田，说明水稻本身可吸收COS释放DMS。水稻不同生长阶段COS和DMS通量差异较大，孕穗抽穗期COS和DMS交换速率最大，但不同阶段CS2和DMDS释放速率无差异。稻田VOSCs释放主要受水稻和土壤微生物共同作用影响。水份对稻田土壤COS释放影响较大，干旱土壤吸收COS，水淹土壤释放COS，但水份对DMS，CS2和DMDS释放无显著影响。不同含水量条件下土壤氧化还原电位和土壤微生物种类差异可能是土壤COS通量差异的原因。3．城市草地结果表明，无论禾草有无，草地吸收COS释放DMS。CS2和DMDS存在不确定性，且交换速率显著低于COS和DMS交换速率。有禾草土壤COS和DMS交换速率高于无禾草土壤，但禾草对CS2和DMDS释放无显著影响。割草前后VOSCs释放速率无显著变化。COS通量季节变化和日变化结果显示，温度和大气COS浓度是影响草地COS吸收的重要因素，温度也影响草地DMS和CS2释放速率，但DMDS释放不受温度的影响。4．由于菜地土壤经常处于湿润状态，有蔬菜时菜地释放COS、DMS、CS2和DMDS，其中DMDS释放量占全部VOSCs释放的75％。蔬菜对VOSCs释放有重要影响，无蔬菜土壤COS释放速率显著高于有蔬菜土壤，CS2和DMDS释放速率随蔬菜生长而增加，蔬菜收割后DMS释放速率显著高于收割前。温度影响COS和CS2的释放，CO2交换速率与COS和DMS释放速率呈正相关，与CS2和DMDS释放速率呈负相关。5．室内土壤培养结果表明，低含水量土壤吸收COS，释放DMS，高含水量土壤释放COS和DMS，含水量饱和土壤COS和DMS释放速率显著高于湿润和干旱土壤，但土壤含水量对CS2和DMDS释放速率影响不大。土壤含水量影响土壤氧化还原电位从而影响土壤含硫气体释放。外加硫结果显示，添加甲硫氨酸主要释放DMDS和DMS，添加半胱氨酸主要释放CS2和DMS，胱氨酸加入后土壤吸收DMDS速率显著增加，Na2S加入后DMDS释放速率显著增加，Na2SO4对土壤含硫气体的释放无显著影响。说明参与含硫气体产生的微生物不同，且这些微生物对土壤微环境和底物的适应性差别较大。

论文目录

• 本文缩写
• 摘要
• Abstract
• 第一章:绪论
• 1.1 大气硫概述
• 1.2.挥发性有机硫化合物概述
• 1.3 VOSCs在大气化学中的作用及其大气化学过程
• 1.4 内陆生态系统VOSCs研究进展
• 1.4.1 内陆生态系统VOSCs源与汇
• 1.4.2 影响土壤—植物系统VOSCs通量的因素
• 1.5 挥发性含硫气体采样及分析测定方法
• 1.6 VOSCs通量研究中存在的问题
• 第二章:实验方案和内容
• 2.1 研究方案
• 2.2 研究技术路线
• 2.3 研究内容
• 2.4 预期结果
• 第三章:森林生态系统VOSCs通量研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 研究地点概况
• 3.1.2 采样箱设计
• 3.1.3 VOSCs气体室内分析
• 3.1.4 通量计算
• 3.1.5 其它辅助测量
• 3.1.6 数据统计
• 3.2 森林生态系统COS通量研究
• 3.2.1 研究背景、目的和意义
• 3.2.2 结果与讨论
• 3.2.2.1 COS通量随森林演替的变化
• 3.2.2.2 凋落物对COS通量的影响
• 3.2.2.3 COS通量与微生物活性和土壤呼吸的关系
• 3.2.2.4 COS通量与空气COS浓度关系
• 3.2.2.5 COS通量与土壤温度和含水量的关系
• 3.2.2.6 多因素对土壤COS吸收速率的综合影响
• 3.2.2.7 不同垂直高度COS浓度变化
• 2和DMDS通量'>3.3 森林DMS,CS₂和DMDS通量
• 3.3.1 研究背景、目的和意义
• 3.3.2 结果与讨论
• 3.3.2.1 不同演替阶段通量变化
• 3.3.2.2 凋落物对DMS释放的影响
• 3.3.2.3 浓度和通量季节变化
• 3.3.2.4 通量日变化
• 3.3.2.5 不同样点间DMS通量差异
• 3.4 本章小结
• 第四章:稻田生态系统VOSCs通量研究
• 4.1 实验样地与实验方法
• 4.1.1 研究地点概况
• 4.1.2 水稻生理特点
• 4.1.3 样品采集和分析
• 4.1.4 其它辅助测量
• 4.1.5 数据计算与统计
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 植物对稻田生态系统VOSCs通量的影响
• 4.2.2 干旱和水淹对VOSCs通量的影响
• 4.2.3 VOSCs通量和浓度日变化
• 4.2.4 VOSCs通量和浓度季节变化
• 4.2.5 稻田生态系统疏通量估算
• 4.3 本章小结
• 第五章:城市草地生态系统VOSCs通量研究
• 5.1 实验样地与实验方法
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 草地COS通量
• 5.2.2 草地DMS通量
• 2和DMDS通量'>5.2.3 草地CS₂和DMDS通量
• 5.3 本章小结
• 第六章:菜地生态系统VOSCs通量研究
• 6.1 实验样地和实验方法
• 6.2 结果与讨论
• 6.2.1 蔬菜不同生长阶段VOSCs通量
• 6.2.2 VOSCs释放与温度的关系
• 2交换速率的关系'>6.2.3 VOSCs释放与CO₂交换速率的关系
• 6.3 本章小结
• 第七章:室内培养土壤VOSCs释放研究
• 7.1 实验材料和方法
• 7.2 结果与讨论
• 7.2.1 不同含水量对VOSCs释放的影响
• 7.2.2 含硫化合物对VOSCs释放的影响
• 7.2.2.1 甲硫氨酸对含硫气体释放的影响
• 7.2.2.2 半胱氨酸对含硫气体释放的影响
• 7.2.2.3 胱氨酸对含硫气体释放的影响
• 2S对含硫气体释放的影响'>7.2.2.4 Na₂S对含硫气体释放的影响
• 2SO4对含硫气体释放的影响'>7.2.2.5 Na₂SO4对含硫气体释放的影响
• 7.2.2.6 不同含硫化合物对VOSCs通量的影响
• 7.3 本章小节
• 第八章:结论
• 8.1 主要结论
• 8.2 本研究创新点
• 8.3 下一步工作设想
• 参考文献
• （待）发表的论文
• 致谢