（地球化学专业论文）南极法尔兹半岛苔原温室气体的源与汇.pdf

中国科学技术大学博士学位论文摘要 摘要 l l 近些年来，随着全球气候的变暖，北极地区苔原冻土面积缩小、厚度减薄，冻土层束缚的 c 6 2 、c h 4 、n 2 0 等温室气体的排放研究已引起了很多学者的关注。青藏高原冻土温室气体排 放也有一些相关的研究报道。在全球气候变化中，随着南极冰盖的融化与退缩，大面积苔原的 出现，苔原土壤温室气体的排放状况也开始 文涉及这一问题。因此，对南极苔原土壤温室 科考活动的加强，人类本身也正在对南极大气 论 类 南 2 对法尔兹半岛不同环境区域近地面n ：o 浓度进行了监测，着重分析了该区域近地面n 2 0 浓 度的夏季变化与平流层0 3 总量之间的联系。皇年的监测结果表明：二者存在较好的响应关 系，2 0 0 2 年夏季臭氧柱总量与近地面n 2 0 浓度呈显著正相关；主要原因是对流层n 2 0 向 平流层扩散传输而浓度减小，进而n 2 0 在平流层经光分解产生的n q 与平流层0 3 作用导 致臭氧柱总量减少；对流层n 2 0 浓度变化可能与大气扩散传输的速度以及太阳黑子活动强 度有关 y ， f 3 采用密封箱法首次对南极苔原土壤c h 通量进行7 - - 年夏季观测。觇测地点分别设在普通 的苔原土壤和肥沃的鸟成士普通的苔原土壤主要起着大气c h 汇的作用；其通量日变化 强烈地受天气条件的影响，存在较大的时空变化；而整个夏季c h 通量的变化主要受温度、 降水、植被类型以及鸟粪养分的增补等因素的影响：在高温、多降水的时期土壤c i - h 排放 通量较大；施加企鹅粪的土壤以及鸟成土c h i 避量大幅度地增加，表明企鹅粪及其参与形 成的鸟成土是南极地区大气c h 高的排放源。y - ， 4 采用密封箱法首次对南极苔原土壤n , 0 通量进行t - - 年夏季观测括果袭明z 鸟成士n z 0 【柏 中国科学技术大学博士学位论文 摘要 排放通量特别高，比普通的苔原土壤约高2 个数量级以上：来自企鹅粪的高氮化合物经过 微生物的分解会产生大量n 2 0 并排放到大气中，鸟成土n 2 0 排放通量与温度、降水呈现较 好的响应关系。南极复杂多变的天气条件导致土壤n 2 0 通量日变化规律不明显；整个夏季 普通的苔原土壤n 2 0 通量变化与温度的响应关系不明显；但降水对n 2 0 排放通量的影响 较大，干湿交替能激发n 2 0 排放：l v f 5 首次系统地探讨了南极苔原生态系统c o ：、c h ；、n ：o 浓度及通量的相互关系。 c o ：浓度变化 对苔原土壤c h 、n 2 0 通量有较大影响，分析结果表明：土壤c h 。通量随c o z 浓度呈线性增 加趋势，增长率约为0 7 7ug i n 2h 。；n 2 0 通量随c 0 。浓度的增加而降低，递减率约为0 0 5 ugm 2 h 。天气条件对三种温室气体浓度日变化影响较大；在夏季i 月至3 月c 0 2 与c h 浓度变化趋势基本一致。在雨、雪天气条仕下苔原土壤c h 、n 2 0 通量日变化存在消长关系； 二者通量的夏季变化呈显著负相关。y f 6 对南极法尔兹半岛地区大气中n 2 0 浓度与雪龙船南北极航线上n 2 0 浓度进行了比较f 结果 表明：两极地区大气中n 2 0 浓度差异不明显。对中国首次北极考察往返航线上n 2 0 浓度进 行了观测，太平洋、北冰洋广大海域洋面大气中n 2 0 平均浓度为3 0 9 3 9 p p b v 。由于北极 考察的航迹靠近欧亚大陆，洋面大气中n 2 0 浓度受大陆源的影响较大：当风由大陆吹向海 洋时，来自大陆的气团引起洋面上0 浓度升高；反之，来自中部太平洋上空的气团引起 洋面上n 2 0 浓度降低。对1 8 次南极考察航线上n 2 0 浓度的观测结果表明：从3 1 。n 娟9 。s 洋面上n 如平均浓度约为3 1 3 5 2 6 p p b v ：由于本次考察的航迹远离大陆，直接受大陆源 的影响相对较小；但不同流神洋流汇合区常是高浓度n 2 0 分布区，表明洋流汇合区是全 球海洋n 2 0 的重要排放源。i 关键词：南极法尔兹半岛二氧化碳甲烷氧化亚氮排放通量苔原土壤 vv v 7 7v l 中国科学技术大学博士学位论文 a b s t r a c t s o u r c e sa n ds i n k sf o rg r e e n h o u s eg a s e sf r o m t u n d r a e c o s y s t e m o nf i l d e sp e n i n s u l ai na n t a r c t i c a a b s t r a c t t h eh e a t - m o i s t u r er e g i m e so fp e r m a f r o s t ，e c o s y s t e m sa n dl a n ds u r f a c ep r o c e s si nc o l dr e g i o n s h a v eb e e ne x p e r i e n c i n gd r a m a t i cc h a n g e sw i t ht h eg l o b a lw a r m i n gi nr e c e n ty e a r s c o n s e q u e n t l y , b i o g e o c b e m i c a lc y c l e sa n dg a se x c h a n g ep r o c e s s e si nt h e s er e g i o n sa r ea l s ou n d e r g o i n gp r o f o u n d s h i f t i n g c a r b o nd i o x i d ea n dm e t h a n e e m i s s i o n sf r o m p e r m a f r o s ts u r f a c ea n d a c t i v el a y e rs o i l sh a v e b e e nr e p o r t e db ym a n yr e s e a r c h e r s t h ee m i s s i o n so fg r e e n h o u s eg a s e sf r o mt h et u n d r as o i l so n t i b e tm o u n t a i n sh a v ea l s ob e e no b s e r v e d h o w e v e r , w i t ht h em e l t i n ga n dr e c e s s i o no fa n t a r c t i c i c e c a p sa n dt h ee x p o s u r eo f t h ei c e - f r e er e g i o n s ，h o wa b o u tt h ee m i s s i o n so f g r e e n h o u s eg a s e sf r o m a n t a r c t i ct u n d r as o i l s ? t h ee m i s s i o n sf r o ma n t a r c t i cs o i l sh a v en o tb e e nr e p o r t e de x c l u s i v e l y t h e r e f o r ei ti sv e r yn e c e s s a r yt om e a s u r et h ee m i s s i o n so fg r e e n h o u s eg a s e sf r o ma n t a r c t i ct u n d r a s o i l s i na d d i t i o n ，h u m a na c t i v i t i e sf o rt h es c i e n t i f i ce x p e d i t i o nh a v ea ni m p o r t a n te f f e c to na n t a r c t i c e n v i r o n m e n t h e r ew es e l e c t e dt h ef i l d e sp e n i n s u l a , w h i c hi so n eo f t h er e g i o n sd i s t r i b u t e dw i t ht h e m o s tr e s e a r c hs t a t i o n s ，a st h es t u d ya r e a , m o n i t o r e da t m o s p h e r i cc o ：，c i - ha n dn 2 0c o n c e n t r a t i o n s n e a rt ot h eg r o u n ds u r f a c ea n df o rt h ef i r s tt i m eo b s e r v e dc 也a n dn 2 0f l u x e sf r o mt h et u n d r as o i l s i nt h ea u s t r a ls u m m e r m a i nc o n t e n t sa n dr e s e a r c he f f e c t sa l ea sf o i l o w s ： 1 a t m o s p h e r i cc i - hc o n c e n t r a t i o n sh a v eb e e no b s e r v e di nt h e d i f f e r e n te n v i r o n m e n t a la r e a so nt h e f i l d e sp e n i n s u l a r r e s u l t ss h o w e dt h a tc h 4c o n c e n t r a t i o n si nt h ei n t e r t i d a l z o n e ，p e n g u i n c o l o n i e sa n ds c i e n t i f i cr e s e a r c hs t a t i o n sw e r ew e l la b o v et h eg l o b a la t m o s p h e r i ca v e r a g ec 1 - 1 4 c o n c e n t r a t i o n , i n d i c a t i n gt h a t t h e s e r e g i o n sm i g h tb e t h es o u r c e sf o ra t m o s p h e r i cc h - i n a n t a r c t i c a t h ea v e r a g ec h - c o n c e n t r a t i o ni nt h et u n d r aw i t hv e g e t a t i o nc o v e rw a sl o w e rt h a n t h o s ei no t h e re n v i m n m e n t a la r e a s ，s u g g e s t i n gt h a tt h ec o n s u m p t i o no fa t m o s p h e r i cc h 4i nt h e t u n d r as o i l sm i g h tc o n t r i b u t et ot h el o w e rc l - hc o n c e n t r a t i o n t h ec o n c e n t r a t i o n si nt h et u n d r a s h o w e dt h er i s i n gt e n d e n c yi nt h ew h o l es u m m e r , i n d i c a t i n gt h a ta i rt e m p e r a t u r em i g h tb eo n e o f t h ei m p o r t a n te n v i r o n m e n t a lf a c t o r si n f l u e n c i n gt h ea t m o s p h e r i cc h 4c o n c e n t r a t i o n s i nt h e a r e a sc o v e r e dw i t hm o s s e s ，t h ed a l l yv a r i a t i o no ft h ec 0 2c o n c e n t r a t i o n sw a si n f l u e n c e db y s u n s h i n e ，a i rt e m p e r a t u r ea n dd a i l yp r e c i p i t a t i o n s u n s h i n ew a st h em a i nf a c t o r si n f l u e n c i n gt h e c 0 2c o n c e n t r a t i o n ，t h es u m m e rv a r i a t i o no ft h ec 0 2 c o n c e n t r a t i o nw a sn e g a t i v e l yc o r r e l a t e d w i t ha i rt e m p e r a t u r ea n dp o s i t i v e l yw i t hr a i n f a l la n dr e l a t i v ea i rh u m i d i t y t h ea v e r a g ec 0 2 c o n c e n t r a t i o ni nt h et u n d r aw a sg r e a t l yh i g h e rt h a nt h eg l o b a la v e r a g ec 0 2c o n c e n t r a t i o n ， i m p l y i n g t h a tt h e s ea r e a sm i g h tb el o c a la t m o s p h e r i cc 0 2s o u r c e s 2 t h es u m m e rv a r i a t i o no fa t m o s p h e r i cn 2 0c o n c e n t r a t i o n sn e a rt ot h e g r o u n d s u r f a c e c o r r e s p o n d e d t ot h es t r a t o s p h e r i ct o t a lc o l u m no z o n ea n dt h e i rc o r r e l a t i o nw a so b t a i n e di n2 0 0 2 中国科学技术大学博士学位论文 a b s t r a c t s u m m e r t i m eo nt h i sp e n i n s u l a t h er e s u l t ss h o w e dt h a ta t m o s p h e r i cn 2 0t r a n s p o r tf r o mt h e t r o p o s p h e r et os t r a t o s p h e r ea n di t s c o n c e n t r a t i o nd e c r e a s e d ，t h e r e a f t e rt h es t r a t o s p h e r i cn o x p r o d u c e db yn 2 0 v i a p h o t o l y s i sr e a c t e d w i t ht h eo z o n ea n dc a u s e di t st o t a la m o u n tt od e c r e a s e 3 f o rt h ef i r s tt i m ec h 4f l u x e sf r o ma n t a r c t i ct u n d r as o i l sw e r eo b s e r v e dd u r i n gt h e3 - y e a r s u m m e r s u s i n gt h ec l o s e dc h a m b e r m e t h o d t h es t u d ys i t e sw e r es e l e c t e di nt h ea r e a sd i s t r i b u t e d w i t ht h en o r m a lt u n d r as o i l sa n dt h eo m i t h o g e n i cs o i l s t h en o r m a lt u n d r as o i l sp r e d o m i n a n t l y p l a y e dt h er o l eo ft h es i n k sf o ra t m o s p h e r i cc 地t h ed a i l y v a r i a t i o n so fc 地f l u x e sw e r e g r e a t l yi n f l u e n c e db y w e a t h e rc o n d i t i o n sa n da p p e a r e dt h eg r e a tt e m p o r a la n d s p a t i a lv a r i a t i o n s t h ec h 4f l u x e sf r o mt u n d r as o i l sw e r ei n f l u e n c e db yt h e t e m p e r a t u r e ，p r e c i p i t a t i o n ，t h et y p e so f v e g e t a t i o nc o v e ra n dp e n g u i nd r o p p i n gd e p o s i t i o n s t h ec l i m a t i cc o n d i t i o n so f h i g ht e m p e r a t u r e a n dh e a v yp r e c i p i t a t i o nc o n t r i b u t e dt ot h ec h 4e m i s s i o n t h ee m i s s i o nf r o mt h es o i l sa m e n d e d b yp e n g u i nd r o p p i n g sa n dt h eo m i t h o g e n i cs o i l sw e r es i g n i f i c a n t l yh i g b e rt h a nt h a tf r o mn o r m a l s o i l s ，s u g g e s t i n gt h a tt h eo m i t h o g e n i cs o i l sa n dp e n g u i n e x c r e t ap l a y e dt h ei m p o r t a n tr o l eo f t h e s o u r c e sf o ra t m o s p h e r i cc h + 4f o rt h ef i r s tt i m en 2 0f l u x e sf r o ma n t a r c t i ct u n d r as o i l sw e r ea l s oo b s e r v e dd u r i n gt h e3 - y e a r s u m m e r su s i n gt h ec l o s e dc h a m b e rm e t h o d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h en o r m a lt u n d r as o i l s p l a y e dt h ei n s i g n i f i c a n tr o l e o ft h es o u r c e sf o ra t m o s p h e r i cn 2 0w h i l en 2 0f l u xf r o mt h e o r n i t h o g e n i cs o i l sw a sa p p r o x i m a t e l yt w oo r d e r so fm a g n i t u d eg r e a t e rt h a nt h a tf r o mn o r m a l s o i l s ，i n d i c a t i n gt h a th i g ho r g a n i cn i t r o g e nc o m p o u n do fp e n g u i nd r o p p i n g sd e p o s i t i o ni nt h e s o i l sr e s u l t e di nh i 曲n 2 0e m i s s i o n sa sar e s u l to f b i o l o g i ct r a n s f o r m a t i o n t h ed a i l yv a r i a t i o n s o fn 2 0f l u x e sf r o mt u n d r as o i l sa p p e a r e di r r e g u l a rb e c a u s eo fl o c a lc o m p l i c a t e da n dv a r i a b l e w e a t h e rc o n d i t i o n s t h es u m m e rv a r i a t i o n so fn 2 0f l u x e sh a dn oc o r r e s p o n d e n c ew i t ht h e t e m p e r a t u r ea n dp r e c i p i t a t i o nd u r i n gt h e3 - y e a rs u m m e r s h o w e v e r t h ed i s t r i b u t i o no fd a i l y p r e c i p i t a t i o na p p e a r e dt oh a v e i m p o r t a n te f f e c to nt h ee m i s s i o n sf r o ma n t a r c t i ct u n d r as o i l s a n dh 曲e m i s s i o n so c c u r r e dd u r i n gt h et r a n s i t i o nb e t w e e nd r ya n dw e t p e d o d s i na d d i t i o n ，n 2 0 e m i s s i o n sf r o mt h eo m i t h o g e n i cs o i l sr e s p o n d e dt ot h ev a r i a t i o n so ft h ea i rt e m p e r a t u r ea n d p r e c i p i t a t i o n 5 r e l a t i o n s h i p sb e t w e e nc 0 2 、c h 4 、n 2 0 c o n c e n t r a t i o n sa n dt h e i rf l u x e si na n t a r c t i ct u n d r aw e r e s t u d i e d s y s t e m a t i c a l l y u n d e ra n t a r c t i cn a t u r a lc o n d i t i o n s r e s u l t sw e r ea s f o l l o w s ：c 0 2 c o n c e n t r a t i o nh a da g r e a te f f e c to nc 1 - 1 4a n dn 2 0 f l u x e sf r o mt u n d r as o i l s c h 4f l u x e sl i n e a r l y i n c r e a s e da tt h er a t eo f0 7 7ugm 。h “w i t hc 0 2c o n c e n t r a t i o na n dn 2 0f l u x e sd e c r e a s e d 融t h e r a t eo fo 0 5ugm 。h w e a t h e rc o n d i t i o n sh a da ni m p o r t a n te f f e c to nd a i l yv a r i a t i o n so ft h e c o n c e n t r a t i o n sf o rt h r e eg r e e n h o u s eg a s e s s u m m e rv a r i a t i o n so fc 0 2a n dc h 4c o n c e n t r a t i o n s w e r e c o n s i s t e n t d a l l y v a r i a t i o n so fc h 4a n dn 2 0f l u x e s a p p e a r e dn e g a t i v e c o r r e l a t i v e r e l a t i o n s h i p so nr a i n yo rs n o w yd a y s t h en e g a t i v ec o r r e l a t i o nb e t w e e nc h 4 a n dn 2 0f l u x e sw a s o b t a i n t e d 6 a t m o s p h e r i cn 2 0c o n c e n t r a t i o n sw e r eo b s e r v e do nt h ec r u i s eo f “x u e l o n g ”e x p e d i t i o ns h i p 中国科学技术大学博士学位论文 a b s t r a c t d u r i n gt h ef i r s tc h i n e s ea r c t i cs c i e n t i f i ce x p e d i t i o n r e s u l t ss h o w e d t h a ta t m o s p h e r i ca v e r a g e n 2 0 c o n c e n t r m i o nw a s3 0 9 3 8 p p b va b o v et h es u r f a c eo f n o r t h e r np a c i f i ca n da r c t i co c e a n n 2 0c o n c e n t r a t i o nh a dag r e a t e rc h a n g i n gm a g n i t u d eo nt h em i d - a n dh i g hl a t i t u d i n a lo c e a n i c s u r f a c eo fn o r t h e mp a c i f i co c e a nt h a ni no t h e rl a t i t u d i n a lr a n g e s e u r o - a s i a nc o n t i n e n t a l s o u r c e sh a v eas i g n i f i c a n te f f e c to nt h ed i s t r i b u t i o no fa t m o s p h e r i cn 2 0c o n c e n t r a t i o n so nt h e o c e a n i c s u r f a c e a t m o s p h e r i cn 2 0c o n c e n t r a t i o n s w e r ea l s oo b s e r v e do nt h ec r u i s eo f “x u e l o n g ”e x p e d i t i o ns h i pd u r i n g t h e e i g h t e e n t h c h i n e s en a t i o n a la n t a r c t i cr e s e a r c h e x p e d i t i o n r e s u l t ss h o w e dt h a ta v e r a g en 2 0 c o n c e n t r a t i o nw a sa b o u t3 1 3 5 2 6 p p b va b o v e t h eo c e a n i cs u r f a c ef r o m3 1 。n - - 6 9 。sa n dc o n t i n e n t a ls o u r c e sh a dl i t t l ee f f e c t so nn 2 0 c o n c e n t r a t i o n sb e c a u s eo ft h er e m o t ec r u i s e a w a y f r o mt h e c o n t i n e n t h o w e v e r , n 2 0 c o n c e n t r a t i o n si nt h ec o n v e r g e n tr e g i o n so fd i f f e r e n to c e a n i cc u r r e n t sw e r eh i g h e r , i n d i c a t i n g t h a th i g hn 2 0e m i s s i o no c c u r r e di nt h o s er e g i o n s k e yw o r d s ：a n t a r c t i cf i l d e sp e n i n s u l a ；c a r b o nd i o x i d e ；m e t h a n e ；n i t r o u so x i d e ；f l u x ； t u n d r as o i l 中国科学技术人学博士学位论文 日u 舀 日u吾 温室气体排放对全球气候变化的影响一直是各国科学家和政府有关部门密切关注的问 题。白i 业革命以来，由j 二人类活动的影响，c0 = ! 、c h 。和n 2 0 作为地球人气中二种最重要温室 气体的本底浓度一直在明显增加探索这些温室气体源汇及地域排放特征是全球变化研究领 域的重点内容。许多生态、环境及土壤学家对地球上主要陆地生态系统( 包括农田、森林、草 原、白然湿地等) c o ? 、c h ，和、：o 的排放状况及其影响因素进行了广泛的研究。 地球两极是温室气体的重要源、汇区。随着全球气候变暖，多年冻土普遍退缩和减薄，改 变了冻十层水热状况平生物地球化学过程，使得北极苔原转变为碳的净排放源。研究表明北极 生态系统每年释放约0 2 g i 碳进入大气，冬季俄罗斯北极地区土壤中有2 5 的碳以c h 的形式 排放剑人气中( o e c h e e ta 】，1 9 9 3 ：m a i m e r ，1 9 9 2 ) ；一些模型预测表明全球气候变暖将导 致北极冻t 区温度和降水发生巨大变化，同时土壤中微生物活动加强，从而使苔原和其它冷 湿地c h 、c o ? 排放增加( c h r is t e n s e n ，1 9 9 1 ：h a n s e ne ta 1 ，1 9 8 8 ) 。因此，近十几年来对于 北极地区湿地温室气体的排放状况一商是环境学家关注的焦点。同样，作为地球上最冷、最干 燥、虽南端的南极七壤生态系统，由于全球气候变暖导致南极冰盖的退缩，大面积苔原陆地的 形成与扩展，沿海植被士壤以及肥沃的鸟成土的形成，对于南极沿海苔原土壤温室气体的排 放也开始引起了些学者的关注，但有关的文献报道极少，根据检索至今仅有2 篇s c i 论文涉 及剑南极十壤温室气体排放：其中一篇是首次报道南极苔原土壤以及企鹅排泄物对当地火气 n ! o 浓度的影响，是我们极地室初步的研究结果( s u ne ta 1 ，2 0 0 0 ) ：另一篇是首次报道南极 十壤碳库和c 0 ：排放通量的观测结果，由美国学者b u r k i n s 等( 2 0 0 1 ) 完成的。 庄1 9 9 8 年1 2 月一1 9 9 9 年3 月第十五次中国南极考察期间，导师孙立广教授在南极法尔兹 、r 岛地区率先开展了c h 一、n ：o 浓度及土壤通量观测研究，采回了大量的气体样品：第十六次南 极考察删间师弟尹雪斌连续执行了该项温室气体监测项目；在2 0 0 1 年1 1 月一2 0 0 2 年3 月， 本人作为中国第十八次南极考察队员有幸参加了极地环境科学考察，现场执行“长城站区湖 泊沉积与环境事件研究”项目计划，其中法尔兹半岛c h t 、n 2 0 浓度以及土壤通量的连续监测是 该项目的一个重要组成部分；本人在导师指导下顺利完成了野外考察、样品采集、室内实验分 析以及数据处理的全过程。本论文是三年夏季温室气体监测结果的全蕊总结，该项目研究1 ：作 的部分成果已被大气与环境科学领域有重要影响的国际学术期刊“a t m o se n v i r o n ”所接受。 审稿者认为：该论文是一篇“来自新的研究区域的、有趣味的”、“探索性”的研究报道( “it h i n k t h e s er e s u l t sa r e i n t e r e s t i n ga s t h e ya r e f r o man e w a r e a ”：“e x p l o r a t o r yr e p o r t ”) 。 南极苔原土壤温室气体通量监测是一项长期的观测计划本文是三年夏季观测结果的阶 段性总结，也是今后该项研究工作的基础；从事该项研究工作三年过程中，始终是在导师的 精心指导与支持f 以及师兄弟的大力帮助下进行的。 中国科学技术大学博士学位论文第一章文献综述 第一章文献综述 1 1 引言 对流层大气中引起温室效应的气体主要有c o z 、c m 。、n 2 0 、0 。、c f c s 等。自工业革命以来， 人类本身的生产和社会活动使得向大气中排放的温室气体正在急剧增加，是导致全球气候变 暖的重要的原因( 表卜1 ) 。这种现象早已引起世界范围的普遍关注，众多的国家、政府部门 和科学团体都先后制定了相应的国内和国际合作计划，专门研究主要温室气体的浓度、排放 量及其变化趋势：研究温室气体增加对全球和区域性气候的影响；研究由此引起的气候变化 对社会经济发展的可能影响以及相应对策等。目前人类已在温室气体的研究方面取得许多重 大成果；其中温室气体的大气本底浓度及其变化是研究的一项重要内容，世界气象组织( 删o ) 、 世界卫生组织( e - i o ) 和联合国环境规划署( u n e p ) 等国际组织在全球先后发起和组织了大气 本底污染监测站网( b a p m o n ) 和全球环境监测系统( g e m s ) 等对大气环境进行监测研究，其 中包括对大气中主要温室气体的浓度进行长期地规范化监测( 王庚辰和温玉璞，1 9 9 6 ) 。此外， 对农田、自然湿地等不同生态系统c h 、n 2 0 、c 0 2 的产生、排放特征及其相关过程进行了大量 的研究工作，很多学者也都从不同侧面写过有关土壤温室气体排放方面的文献综述( k e l l e re t a 1 ，1 9 8 6 ：m o s i e re ta 1 ，1 9 9 7 ：x i n ga n dz h u ，1 9 9 7 ：x i n g ，1 9 9 8 ：x i n ga n dy a n ，1 9 9 9 ： 蔡祖聪，1 9 9 3 ：颜晓元，1 9 9 8 ；f r e n e y ，1 9 9 7 ：b r e m n e r ，1 9 9 7 ：徐华，1 9 9 7 ) 。本章就土壤c h 。、 n 。0 源汇研究概况作简要总结。 表卜1 主要温室气体对温室效应的贡献 t a b l e l 一1t h ec o n t r i b u t i o n so fm a i ng r e e n h o u s eg a s e st og r e e n h o u s ee f f e c t 引自h e n n i n gr o d h e ，1 9 9 0 1 - 2 土壤c i i i 排放研究现状 1 2 1 土壤中c i i 的排放过程 ( i ) 形成机理 c h , 主要形成于淹水的嫌气土壤中，是一个复杂的生物化学过程。主要分为三步：第一步是 较复杂的土壤有机物、根系分泌物等分解为简单的有机物；第二步是由简单的有机物生成乙 酸、 2 、+ c 0 2 、甲酸等产甲烷的直接前体；第三步是由产甲烷的直接翦体被还原成甲烷，主要有 以下两条途径( 王家玲，1 9 8 8 ；p a p e na n dr e n n e b e r g ，1 9 9 0 ：n e u ea n ds c h a r p e n s e e l ，1 9 8 4 ： 中国科学技术大学博士学位论文第一章文献综述 蔡袒聪，1 9 9 9 ) ： ( i ) 在专性矿质化学营养产甲烷菌的参与下，以h ：或有机分子作h 供体还原c 0 。或直接利用 h c o o h 和c o 形成甲烷： c 如+ 4 i 2 a c h + 2 h 2 0 + 4 a( 1 ) 4 h c o o h c h 4 + 3 c 0 2 + 2 h 。0( 2 ) 4 c 0 + 2 h 2 0 一c | h + 3 c o ?( 3 ) 该途径在沉积物的甲烷形成过程中有很重要的作用；在某些湖积物中，c o z 还原形成的甲烷 可占总量的3 2 - 9 8 ( w i n f r e ye ta 1 ，1 9 7 6 ) 。 ( i i ) 在甲基营养产甲烷菌的参与下，对甲基化合物( 主要是乙酸) 的脱甲基作用： c d s c o o h c d 3 h + c 0 2 这是土壤甲烷形成的主要途径，在湖积物中这个途径大约占7 0 ( s t r a y e ra n d t i e d j e ，1 9 7 8 ：c a p p e r b e r ga n dp r i n s 。1 9 7 4 ) 。 ( 2 )土壤中c h 。的氧化 参与甲烷氧化的主要微生物是甲烷氧化细菌，它是一种严格好气的专性甲烷营养细菌， 当土壤中生成的c h 通过扩敖进入氧化区时，大量的c m 在甲烷氧化菌的作用下氧化成c 0 2 或被 同化，其氧化过程如下： c h , + n a d h + h + 0 2 + c h 3 0 h + n a d h + h 。+ h 2 0 另种微生物是矿质化学营养铵氧化细菌，其氧化过程如下： c h + 如+ 2 叶c h 3 0 h + h 2 0 + x 式中x 、x 1 2 分别为辅酶的氯化和还原形式。影响土壤中c h 氧化的因素主要有：c 出、0 。和n 的供应、土壤水分状况、温度、土壤p h 以及土壤质地等( 颜晓元和蔡祖聪，1 9 9 6 ；s t e u d l e r e ta 1 ，1 9 8 9 ：w h a l e na n dr e b u r g h1 9 9 0 a ；h a r i s sa n ds e b a c h e r ，1 9 8 2 ) 。 ( 3 )土壤中c 1 1 。的捧放途径 c 地排放是土壤中c h 产生、再氧化以及向大气传输这三个过程相互作用的结果。只有土 壤中甲烷积累到一定数量，在土壤及传输中较少地氧化，而又有较畅通的排放路径时，才会 有较大的排放量。目前，已知土壤中的甲烷主要通过如下三个途径向大气排放： ( i ) 扩散 土壤中甲烷通过水面扩散进入大气，这一过程与土壤表层水中c h 的浓度、风速及土壤向 表层水供应c h t 的速率有关，由于甲烷在通过土壤表面氧化薄层时被氧化，经该途径排放的删。 在农田生态系统中不超过排放总量的1 ( s e b a c h e re ta 1 ，1 9 8 3 ：吴海宝，1 9 9 0 ) 。 ( i i ) 迸发 士壤中的c i 形成低浓度的甲烷气泡排放进入大气，这个途径在深水沼泽和未种植水稻的 淹水土壤中比较重要，可占到4 9 7 0 。在水稻田中一般占1 0 左右( b a r t l e t te ta 1 ，1 9 8 8 ； c r i l le ta 1 ，1 9 8 8 a ：吴海宝，1 9 9 0 ) ( m ) 植物运输 土壤中的甲烷通过水生植物的通气组织排放到大气中。但甲烷大多是从茎杆，而非从叶 片中排放，其排放的可能机制是：由于根周围的土壤溶液与根中产溶笛秘的胞间空隙两者间