小兴安岭沼泽甲烷排放及其对人为干扰的响应研究

论文摘要

小兴安岭是我国主要山区湿地分布区之一,区内有草丛沼泽、灌丛沼泽和森林沼泽等多种沼泽湿地类型,因此,在我国湿地研究中占有重要地位。本文以小兴安岭山区7种沼泽湿地类型:苔草（Carex schmidtii）沼泽、灌丛（Betula ovalifolia）沼泽、毛赤杨（Alnus sibirica）沼泽、白桦（Betula platyphylla）沼泽、落叶松（Larix gmelinii）-苔草沼泽、落叶松-藓类（moss）沼泽和落叶松-泥炭藓（Sphagnum spp.）沼泽为研究对象,利用静态暗箱-气相色谱法,研究两个生长季内沼泽湿地在自然状态下甲烷排放通量的时间和空间变化规律及其主要影响因素,以及草丛和灌丛沼泽在排水造林干扰、森林沼泽在采伐干扰方式下,沼泽甲烷通量的变化。结果表明:（1）小兴安岭沼泽甲烷通量无统一的日变化规律,且与温度和水位这两个环境因子的相关性较弱。7个沼泽类型中,仅毛赤杨沼泽和白桦沼泽甲烷通量峰值在不同季节出现时间大致相同,且都为单峰曲线;苔草沼泽、灌丛沼泽和落叶松-泥炭藓沼泽甲烷通量的峰值在不同季节出现的时间不同,多数为单峰曲线;落叶松-苔草沼泽和落叶松-藓类沼泽甲烷通量速率较小,多数时间吸收甲烷,没有明显的日变化规律。（2）小兴安岭沼泽甲烷通量的季节排放峰值基本都出现在夏季和秋季,而在春季和秋末,甲烷通量始终较低。温度对沼泽甲烷通量季节变化影响较大,但受到水位的限制,水位较高的沼泽类型甲烷通量的季节变化与温度相关性较好,而水位较低的沼泽类型甲烷通量的季节变化与温度相关性不好。（3）苔草沼泽、灌丛沼泽、毛赤杨沼泽和白桦沼泽的甲烷通量在两个生长季之间的差异较大,2008年生长季平均甲烷通量(19.88-820.22mg·m-2·d-1)是2007年(0.64-44.56mg·m-2·d-1)的5-31倍;落叶松-泥炭藓沼泽2007年为大气甲烷的较大排放源(56.08mg·m-2·d-1),而2008年为大气甲烷的汇(-0.19mg·m-2·d-1);而落叶松-苔草沼泽和落叶松-藓类沼泽在两个生长季之间没有显著差异。年际间平均水位的差异,以及年际间水位季节波动的差异,是小兴安岭沼泽甲烷通量年际间差异的主要影响因素。（4）小兴安岭沼泽甲烷通量的空间变异性非常大,苔草沼泽和毛赤杨沼泽为较高的甲烷排放源,落叶松-泥炭藓沼泽、白桦沼泽和灌丛沼泽为较低的甲烷排放源,而落叶松-苔草沼泽和落叶松-藓类沼泽为大气甲烷的弱汇,两个生长季的平均通量依次为:456.63mg·m-2·d-1、239.39mg·m-2·d-1、26.19mg·m-2·d-1、10.86mg·m-2·d-1、6.49mg·m-2·d-1、-0.69mg·m-2·d-1和-1.42mg·m-2·d-1。水位和草本植物生物量的差异共同导致小兴安岭沼泽甲烷通量的空间变异性,水位和草本植物生物量较高的地点甲烷通量也较高,相反,水位和草本植物生物量很低的类型甲烷通量较低。温度可能也会对沼泽甲烷空间变化有一定的影响,但作用小于水位和植被。此外,爆发式通量对沼泽甲烷通量空间变化的影响也很大。用草本植物生物量预测不同沼泽类型间甲烷通量的差异,比用乔木和灌木生物量预测的效果好。（5）水位下降时部分沼泽类型（落叶松-泥炭藓沼泽）会产生爆发式通量现象,这对沼泽甲烷通量的日变化、季节变化、年际变化以及空间变化都有较大的影响,同时,也会影响沼泽甲烷通量时空变化规律与环境因子的相关性,因此在观测和估计甲烷通量时不能将其忽略。（6）东北山区沼泽生长季甲烷排放量和年甲烷排放总量分别为1.49 Tg和1.56Tg,为我国天然沼泽甲烷排放量最大的区域。（7）天然沼泽排水造林后,甲烷通量大大降低。天然苔草沼泽和灌丛沼泽为大气甲烷排放源,10年的落叶松人工林仍为甲烷的排放源,但排放量相对较低,为天然灌丛沼泽的约1/3,仅为天然苔草沼泽的约1/50,而20年的落叶松人工林转变为甲烷的汇。人工林内排水沟仍为甲烷排放源,但排放通量大大降低,而造林垄台仅有微弱甲烷排放或转变为甲烷的汇。沼泽排水造林引起的水位下降和维管植物减少是导致甲烷排放量减少的主要原因。排水沟相对面积减少也会导致人工林甲烷排放速率降低。（8）择伐和皆伐都导致3个类型的森林沼泽作为大气甲烷汇的功能降低,或者由大气甲烷的汇转变为甲烷的源。这主要是由于采伐后温度和水位发生变化,二者的共同作用导致采伐后森林沼泽甲烷通量的变化。在有必要对森林沼泽的树木资源进行利用时,为减少甲烷气体的排放,应该尽量避免进行皆伐,只能进行适当的择伐。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 天然湿地甲烷的产生、氧化与传输
• 1.2.2 天然湿地甲烷排放的时空动态
• 1.2.3 天然湿地甲烷排放的影响因素
• 1.2.4 人为干扰对湿地甲烷排放的影响
• 1.2.5 我国湿地甲烷排放的研究
• 1.2.6 问题及趋势
• 1.3 研究目的和意义
• 1.4 主要研究内容
• 2 研究区概况与研究方法
• 2.1 研究区概况
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 样品的采集
• 2.2.2 样品的分析
• 2.2.3 环境因子监测
• 2.3 数据处理
• 3 沼泽甲烷排放的日变化及其影响因素
• 3.1 研究方法
• 3.1.1 气体取样时间
• 3.1.2 气体采集和分析方法
• 3.1.3 数据分析
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 甲烷通量的同变化规律
• 3.2.2 甲烷日变化与主要环境因子的关系
• 3.3 讨论
• 3.3.1 甲烷通量的同变化规律
• 3.3.2 影响甲烷通量同变化的主要环境因子
• 3.4 本章小结
• 4 沼泽甲烷排放的季节变化及其影响因素
• 4.1 研究方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 沼泽甲烷排放的季节变化规律
• 4.2.2 沼泽甲烷排放季节变化的影响因子
• 4.3 讨论
• 4.3.1 沼泽甲烷排放的季节变化规律
• 4.3.2 沼泽甲烷排放季节变化的影响因子
• 4.4 本章小结
• 5 沼泽甲烷排放的年际变化及其影响因素
• 5.1 研究方法
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 气温和水位的年际变化
• 5.2.2 甲烷通量的年际变化
• 5.2.3 甲烷通量的年际变化与温度和水位变化的关系
• 5.3 讨论
• 5.4 本章小结
• 6 沼泽甲烷排放的空间变化及其影响因素
• 6.1 研究方法
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 沼泽甲烷排放的空间变化规律
• 6.2.2 沼泽甲烷排放空间变化的影响因素
• 6.3 讨论
• 6.3.1 温度对沼泽甲烷排放空间变化的影响
• 6.3.2 水位对沼泽甲烷排放空间变化的影响
• 6.3.3 植被对沼泽甲烷排放空间变化的影响
• 6.3.4 异常通量对沼泽甲烷排放空间变化的影响
• 6.4 本章小结
• 7 东北山区沼泽甲烷排放总量的初步估计
• 7.1 研究方法
• 7.1.1 东北山区沼泽湿地面积
• 7.1.2 东北山区沼泽湿地甲烷通量的加权平均值
• 7.2 结果
• 7.3 讨论
• 7.4 本章小结
• 8 排水造林干扰对沼泽甲烷排放的影响
• 8.1 试验设计及研究方法
• 8.1.1 试验区选择及试验设计
• 8.1.2 气体样品的采集及分析
• 8.1.3 环境因子的观测
• 8.1.4 数据统计分析
• 8.2 结果与讨论
• 8.2.1 沼泽排水造林前后环境因子变化
• 8.2.2 沼泽排水造林前后甲烷通量季节变化规律
• 8.2.3 沼泽排水造林前后生长季甲烷平均通量和排放总量
• 8.2.4 沼泽排水造林前后甲烷通量变化的主要影响因素
• 8.3 本章小结
• 9 采伐干扰对森林沼泽甲烷排放的影响
• 9.1 试验设计及研究方法
• 9.1.1 试验区选择及试验设计
• 9.1.2 气体样品的采集及分析
• 9.1.3 环境因子的观测
• 9.1.4 数据统计分析
• 9.2 结果与分析
• 9.2.1 采伐对森林沼泽土壤温度和水位季节变化规律的影响
• 9.2.2 采伐对森林沼泽甲烷通量季节变化规律的影响
• 9.2.3 采伐对森林沼泽季节平均甲烷通量的影响
• 9.3 讨论
• 9.3.1 采伐对森林沼泽土壤温度和水位的影响
• 9.3.2 采伐对森林沼泽甲烷通量的影响
• 9.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢