三江平原毛果苔草沼泽湿地ch

三江平原毛果苔草沼泽湿地ch

由于气体（p2、ch4、b2o等）浓度的增加，世界温度增加。这是全世界最重要的环境问题。全世界各界国家和科学家都面临着这样的问题。2000年发表的IPCC第三次报告书中,根据近年来各国科学家的大量研究,对于在过去50年以来观测到的主要是由人类活动引起的全球变暖这一事实,已经得到了新的更准确的证据,并且将1995年发表的IPCC第二次报告书中对于21世纪全球平均气温升高的预测值1.0～3.5℃修正为1.4～5.8℃。CH4是仅次于CO2的最重要的温室气体。冰芯资料表明,在1800年以前的至少2000年内,CH4在大气中的体积比约0.8mL/m3。此后它的浓度已经翻了一番多,并以平均1%/a左右的速度在增加。沼泽湿地是CH4最主要的自然源,其全球年排放估计值是100～200Tg,与之相对应的人工湿地——稻田的CH4全球年排放估计值是20～150Tg。三江平原是我国最大的沼泽湿地集中分布区,近50年来,经历了长时间将湿地开垦为水田和旱田的历史过程,特别是近20年来,稻田面积发展迅速。据统计,1983年稻田面积为13.47×104?hm2,到1997年稻田面积已达46.74×104?hm2。如此规模地将沼泽湿地开垦为水田,改变了沼泽湿地原有的水热等条件,对CH4的排放会产生一定的影响。为了研究沼泽湿地改为稻田后CH4排放的变化,并且进行二者CH4排放通量的对比研究,2001年5～10月在三江平原沼泽湿地及其周边的稻田进行了CH4排放的同步观测。1稻田主要植物类型三江平原沼泽湿地位于黑龙江省的三江平原,以苔草沼泽为主,分布在河漫滩、湖滩和阶地上的浅洼地,常年积水,水深10～50cm。因积水状况不同,优势植物分别为毛果苔草(Carexlasiocarpa)、漂筏苔草(Carexpscudocuraica)和狭叶甜茅(Glyceriaspiculosa)等。土壤为腐殖质沼泽土、草甸沼泽土和泥炭沼泽土。此次观测研究主要是进行沼泽湿地与稻田CH4排放量的对比研究,因此选择与稻田水分条件相似的常年积水的毛果苔草沼泽进行CH4排放的观测。毛果苔草沼泽是三江平原沼泽中面积最大的类型,约占三江平原沼泽总面积的57%。毛果苔草观测地选择位于三江平原的中国科学院三江平原沼泽湿地生态试验站,海拔55m、133°31′E、47°35′N。稻田观测点选择在与毛果苔草观测点直线距离约900m的稻田,该稻田是1996年由沼泽湿地开垦而成。种植的水稻品种为合江19,属早熟品种,生育期138天。5月底插秧,插秧前施底肥二铵(45kg/hm2),6月份秧苗返青后追施水稻专用复合肥(225kg/hm2),7月中旬,施磷酸二氢钾(15kg/hm2)。2样品采集和测定CH4排放量的测定采用静止箱法。采用长、宽0.5m、高0.5m的有机玻璃箱。为了使箱内CH4浓度均匀,箱内安置风扇。每个采样点设一个相距3m的重复采样点。常年积水的沼泽湿地表层水结冰后,基本无CH4排放。因此,采样时间选择在沼泽表面水非冰冻期的5月初至10月初。稻田的采样时间为水稻的整个生长期,从5月末至10月初。两观测点每星期同步采样两次。每次采样方法为,扣箱后立即用医用注射器抽取第一个样品,然后每隔10分钟抽取下一个样品,共取4个样品。抽取的样品注入真空瓶中,带回实验室进行分析。样品分析在中国科学院南京土壤研究所土壤圈物质循环开放研究实验室进行。使用型号为ShimadzuGC-12A气相色谱仪的氢火焰离子化检测器(FID)对CH4样品进行分析,分离柱的填料为PoropakQ,分离柱温为80℃,检测器温为200℃。CH4排放通量按下式计算:F=MV⋅dcdt⋅H⋅(273273+T)F=ΜV⋅dcdt⋅Η⋅(273273+Τ)式中,F为CH4排放通量[mg/(m2·h)];M为CH4的分子量;V为标准状态下1摩尔CH4的体积;dc/ct为CH4浓度变化率;T为采样箱内温度;H为采样箱的箱高。3月7月毛果苔草沼泽-1根据样品分析数据的统计,2001年非冰冻期,三江平原毛果苔草沼泽CH4排放通量的最大值为46.38mg/(m2·h),平均值为17.29mg/(m2·h)。稻田CH4排放通量最大值为24.37mg/(m2·h),平均值为6.76mg/(m2·h)(表1)。毛果苔草沼泽在8月份,稻田在7、8月出现较明显的CH4排放高峰(图1)。CH4是在极端还原条件下,产CH4微生物活动的产物。产CH4菌的活动需要适宜的温度,对于大多数产CH4微生物而言,这一最适温度是35℃～37℃。三江平原8月份的气温接近这一最适温度,估计这是造成出现排放高峰的原因。对比毛果苔草沼泽和稻田CH4的排放通量的平均值和最大值,前者分别是后者的2.5倍和1.9倍。由沼泽开垦的稻田CH4排放通量的平均值6.76mg/(m2·h),与吉林省稻田CH4排放通量的平均值7.65mg/(m2·h)接近,表明由沼泽湿地开垦后的稻田与普通稻田在CH4排放强度上无较大差别。4稻田间ch4排放的季节变化2001年5～10月对沼泽湿地和稻田CH4排放通量的同步观测,结果表明前者的平均值和最大值均约为后者的2倍。如前所述,CH4是在极端还原条件下,产CH4微生物活动的产物。因此,土壤中氧化还原状况对CH4的产生具有重要的影响。我们在观测CH4排放的同时,也对毛果苔草沼泽和稻田土壤中氧化还原电位进行了测定。田间测定结果表明,毛果苔草沼泽的氧化还原电位一般低于稻田(图2),由于CH4产生量与氧化还原电位成反比,这是导致毛果苔草沼泽产生的CH4比稻田多的重要原因。除了氧化还原条件外,温度、土壤质地和土壤水分条件也是影响CH4生成和排放的重要环境因素。气温直接影响产CH4微生物的活性,土壤质地则通过影响土壤通透性和有机质的分解及产CH4菌的基质供应,尽而影响CH4排放。本次沼泽湿地和稻田CH4排放的观测是同步进行的,因两观测点相距不远,观测时气温相同,水温和土温(稻田无水时测5cm深的土温)也基本相同(图3),因此,造成CH4排放通量的差异可排除气温条件。此外,两观测点的土壤质地均为粘质,无大的差别,土壤质地条件也可排除。水分条件则成为三江平原毛果苔草与稻田CH4排放量差别的最主要因素。图4表明了CH4排放观测期间毛果苔草沼泽和稻田水深的季节变化。毛果苔草沼泽在观测期间始终处于积水状态。稻田从5月底开始灌水插秧,到8月下旬,每隔5或6天灌水一次,保持淹水状态,从8月底开始撤水,从9月初至10月初观测结束,稻田土壤表面处于无水状态。对比CH4排放通量的季节变化和地表水分状况的季节变化,显示二者有较好的相关性。有报道在芦苇湿地CH4排放观测中,发现存在水层厚度增加CH4排放反而减少的现象,其解释主要为,产生的CH4在穿越水层时被氧化掉的量增大。在我们的观测中没有发现这种情况。实质上,稻田水深反映的是氧化还原状况,7、8月是多雨期,稻田处于持续的淹水状态,加之此时的高温适宜产CH4微生物的活动,使得稻田CH4排放在此时出现高峰。毛果苔草沼泽也是如此,在整个观测期间始终处于淹水状态,水层厚度最大时也正是高温CH4排放活跃期,此时,尽管CH4在水中被氧化的几率增大,但不足以抵消CH4整体排放趋势。土地利用方式的改变是造成沼泽湿地与沼泽湿地开垦成的稻田之间CH4排放通量产生差异的另一个重要的原因。首先,沼泽湿地改变为稻田后,每年春季的翻耕破坏了土壤表层的结构,原有的极端还原环境发生变化,使产CH4菌的活性受到抑制。其次,CH4的产生源于产CH4微生物对有机质的分解。沼泽湿地开垦为稻田后,土壤中的有机质含量呈逐年下降趋势,从而导致CH4排放强度发生变化。沼泽湿地开垦为稻田后,经过若干年的耕作,土壤的理化性质逐渐接近于普通水稻土的理化性质。本次观测的稻田CH4排放通量与东北地区普通稻田CH4排放通量基本处于同一强度水平也证明了这一点。5高温期和季节对排放的影响1)2001年5～10月,同步观测结果为:三江平原沼泽湿地CH4排放通量的平均值是沼泽湿地开垦后稻田的2.5倍。2)沼泽湿地和稻田CH4排放均呈现明显的季节变化,在7、8月多雨高温期出现排放高峰。3)在气温、水温、土温及