垦殖对沼泽湿地土壤呼吸速率的影响

三江平原是我国最大的沼泽化低平原,同时也是受人类活动影响最剧烈的区域之一。选取三江平原两类典型湿地-常年积水的毛果苔草(Carex lasiocapa)沼泽和季节性积水的小叶章(Deyeuxia angustifolia)草甸及由其垦殖的水田和旱田为研究对象,利用静态暗箱-气相色谱法对土壤呼吸速率进行了观测。研究结果表明,小叶章草甸与毛果苔草沼泽土壤呼吸速率的季节变化形式相同,为单峰型,在夏季出现排放峰值,而冬季呼吸速率最低。沼泽湿地垦殖为旱田后,土壤呼吸速率的季节变化形式未发生变化,但垦殖为水田后,土壤呼吸速率排放峰值的时间延后在秋季出现。毛果苔草沼泽、小叶章草甸、旱田及水田通过土壤呼吸释放的碳量分别为(3.1±0.4)、(4.8±0.7)、(2.8±0.4)、(2.2±0.3)tC.hm-2.a-1。毛果苔草沼泽土壤呼吸速率低于小叶章草甸是由沼泽湿地的积水环境差异造成的,而沼泽湿地垦殖为农田后土壤呼吸作用减弱,主要是由于垦殖后土壤有机碳含量大幅降低所致。相关分析表明,温度和土壤湿度(或积水深度)是影响土壤呼吸速率的重要因素,温度与小叶章草甸、毛果苔草沼泽以及旱田土壤呼吸速率呈显著指数关系,Q10值分别为2.1、2.5和1.8,沼泽湿地垦殖为旱田后温度敏感性指数降低,主要是由于土壤微生物营养源减少从而对微生物营养供应受限造成的。小叶章草甸、毛果苔草沼泽、旱田以及水田土壤呼吸速率与土壤湿度/积水深度之间的关系可用线性或二次曲线方程来描述。     

三江平原典型小叶章湿地土壤氮素净矿化与硝化作用

2004年6月—2005年7月,利用PVC顶盖原位培育法研究了三江平原典型草甸小叶章湿地和沼泽化草甸小叶章湿地土壤(0~15cm)无机氮库、净矿化/硝化速率动态、影响因素及年净矿化/硝化量.结果表明:两种湿地土壤的无机氮均呈明显的动态变化特征,其NH4 -N、NO3-N含量均表现为典型草甸小叶章湿地>沼泽化草甸小叶章湿地.两种湿地土壤的净矿化/硝化速率均呈明显的波动变化,生物固持作用、反硝化作用以及雨季较多降水是导致净矿化/硝化速率出现负值的主要原因.温度、降水、土壤有机质含量、C/N和pH是引起二者土壤无机氮库、净矿化/硝化速率存在明显差异的重要原因.典型草甸小叶章湿地的年净矿化量(19.41kg·hm-2)、年净硝化量(4.27kg·hm-2)以及净硝化量占净矿化量的百分比(22.00%)明显高于沼泽化草甸小叶章湿地(5.51kg·hm-2、0.28kg·hm-2和5.08%),说明前者的氮有效性以及维持可利用氮的能力明显高于后者.     

华南丘陵区2种土地利用方式下地表CH4和N2O通量研究

采用静态箱-气相色谱法对华南丘陵区马尾松林和果园地表CH4和N2O通量及其主要影响因子进行了观测(马尾松Pinus massoniana林为期16个月,果园15个月),比较和分析了不同土地利用方式下地表CH4,和N2O通量的季节变化,地表CH4和N2O通量与温度和土壤含水量的关系以及凋落物对地表CH4和N2O通量的影响.结果表明,在有凋落物覆盖下,马尾松林和果园年均地表CH4通量分别为-3.41±0.3和-3.24±0.44 kg CH,hm-2a-1;年均地表N2O通量分别为4.57±0.50和11.99±0.67 kg N2O-N hm-2a-1;去除凋落物情况下,马尾松林和果园年均地表CH4通量分别为-2.98±0.44和-1.93±0.53 kg CH4 hm-2a-1;年均地表N2O通量分别为3.12±0.28和9.42±0.56 kg N2O-N hm-2a-1.2种土地利用方式对地表CH4影响较小,对N2O通鼍的影响较大,果园地表N2O通量显著大于马尾松林(P<0.01).马尾松林和果园土壤对CH4的吸收在旱季(10～3月)高而雨季(4～9月)低,N2O排放雨季较高而旱季较低.土壤含水量对地表CH4和N2O通量的影响比温度要大.凋落物对地表CH4通量的影响较小,对N2O通量的影响较大,凋落物对马尾松林和果园N2O排放的贡献率分别为31.71%和21.40%.研究还表明,地表N2O)通量存在明显的降雨驱动效应.     

植物对沼泽湿地生态系统CO2和CH4排放的影响

利用静态暗箱/气相色谱法于2003~2005年在生长季对三江平原小叶章(Calamagrostis angustifolia)沼泽化草甸和毛果苔草(Carexlasiocarpa)沼泽地区CO2和CH4的排放通量进行野外对比观测实验。结果表明:2003~2005年生长季小叶章草甸土壤-植物系统CO2排放通量分别是土壤CO2排放通量的1.65、2.06和2.01倍,毛果苔草沼泽土壤-植物系统CO2排放通量分别是土壤CO2排放通量的2.58、2.27和4.21倍,表明沼泽湿地土壤-植物系统CO2排放通量的主要贡献者是植物地上部分的呼吸作用,且3个生长季小叶章草甸CO2排放通量均显著大于毛果苔草沼泽,主要是由于植物生物量的差异以及土壤微生物活性的不同。2003~2005年植物生长季,小叶章草甸土壤-植物系统CH4排放通量分别是土壤的4.84、3.55和6.45倍,毛果苔草沼泽土壤-植物系统CH4排放通量分别是土壤的2.60、1.25和3.22倍,且3个生长季小叶章草甸和毛果苔草沼泽CH4排放通量均具有显著差异,这主要是由于水位的差异以及植物对CH4排放能力的不同造成的。     

鼎湖山苗圃和主要森林土壤CO2排放和CH4吸收对模拟N沉降的短期响应

研究了鼎湖山生物圈保护区苗圃(幼苗)、马尾松、混交林和季风常绿阔叶林(季风林)土壤CO2排放和CH4吸收的一些特征及其对模拟N沉降增加的响应.结果表明,土壤CO2日(白天)平均排放量的大小顺序为(平均值±标准误)苗圃(258±62mg·m-2·h-1)＞季风林(177±42 mg·m-2·h-1)＞马尾松林(162±39 mg·m-2·h-1)＞混交林(126±30 mg·m-2·h-1).土壤CH4日(白天)平均吸收量的大小顺序为马尾松林(-0.15±0.02 mg·m-2·h-1)＞季风林(-0.08±0.01 mg·m-2·h-1)＞混交林(-0.07±0.01 mg·m-2·h-1)＞苗圃(-0.05±0.01 mg·m-2·h-1).低N(50 kg N·hm-2·a-1)和中N(100kg N·hm-2·a-1)处理对苗圃、马尾松林和混交林样地土壤CO2日平均排放量的影响均不明显,高N(150 kg N·hm-2·a-1)处理对苗圃土壤CO2的日平均排放量也无显著影响,但倍高N(300kg N·hm-2·a-1)处理显著促进苗圃样地土壤CO2的排放.然而,所有N(低N、中N和高N)处理均显著促进季风林土壤CO2日平均排放量,且这种促进作用随N处理水平的升高而增加.N处理显著促进季风林和马尾松林土壤对CH4吸收速率,但对混交林土壤CH4吸收则无明显的影响.在苗圃样地,除倍高N外,N处理对土壤CH4吸收速率也无显著作用,但倍高N处理使苗圃土壤发生功能转变,即从CH4汇转变为CH4源.     

应用DNDC模型分析管理措施对稻麦轮作系统CH4和N2O综合温室效应的影响

以南京地区稻麦轮作体系为对象,研究了不同农业管理措施对CH4和N2O排放通量及年度动态变化的影响,用田间观测数据验证生物地球化学循环模型(DNDC)在该耕作制度下的适用性;利用DNDC模型模拟不同环境因子和管理措施对CH4和N2O综合温室效应(GWP)的影响.结果表明:除了对照和麦季对CH4排放的模拟偏差较大外,DNDC对其余各处理模拟的CH4和N2O累积排放量与田间观测结果基本吻合,相对偏差变幅7.1%～26.3%,可以直接应用DNDC模型模拟环境因子和主要管理措施对CH4和N2O累积排放量引起GWP的影响.模型灵敏度检验结果表明,年均温度、土壤容重、土壤有机碳、土壤质地、土壤pH等环境因子对GWP的影响显著;施用氮肥、秸秆还田量和烤田期长短等管理因子对GWP的影响明显.在估算我国稻麦轮作制度下温室气体的点或区域排放规律时,应考虑上述这些影响因子.     

小兴安岭典型草丛沼泽湿地CO2、CH4和N2O的排放动态及其影响因素

2007年6～10月,采用静态箱-气相色谱法,同步研究了小兴安岭典型修氏苔草(Carex schmidtii)沼泽湿地CO2、CH4和N2O排放通量的季节动态及其与环境因子的关系,估算CO2、CH4和N2O的生长季排放量,探讨了沼泽湿地碳与氮的源汇关系.结果表明:草丛沼泽生长季节温室气体排放量以CO2占绝对优势(99.61%),CH4的排放量次之(0.39%),N2O的排放量最低(0.000 7%),且为碳、氮的吸收汇(分别为固定量的53.93%和0.04%);CO2、CH4和N2O生长季平均排放通量依次为487.89、1.88和0.004 mg·m-2·h-1,且具有明显的季节变化特征,CO2和N2O的最高排放量均出现在夏季(6月24日至8月14日和7月14日至8月14日),CH4的最高排放量出现在夏秋季(8月24日至9月24日),其中,CO2季节变化与空气温度和0～20 cm土壤温度具有显著相关性(p＜0.05),CH4与空气温度具有显著相关性(p<0.01),N2O与水位具有显著的负相关性(p＜0.05).     

温带针阔混交林土壤碳氮气体通量的主控因子与耦合关系

中高纬度森林地区由于气候条件变化剧烈,土壤温室气体排放量的估算存在很大的不确定性,并且不同碳氮气体通量的主控因子与耦合关系尚不明确。以长白山温带针阔混交林为研究对象,采用静态箱-气相色谱法连续4a(2005—2009年)测定土壤二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)净交换通量以及温度、水分等相关环境因子。研究结果表明:温带针阔混交林土壤整体上表现为CO2和N2O的排放源和CH4的吸收汇。土壤CH4、CO2和N2O通量的年均值分别为-1.3 kg CH4hm-2a-1、15102.2 kg CO2hm-2a-1和6.13 kg N2O hm-2a-1。土壤CO2通量呈现明显的季节性规律,主要受土壤温度的影响,水分次之;土壤CH4通量的季节变化不明显,与土壤水分显著正相关;土壤N2O通量季节变化与土壤CO2通量相似,与土壤水分、温度显著正相关。土壤CO2通量和CH4通量不存在任何类型的耦合关系,与N2O通量也不存在耦合关系;土壤CH4和N2O通量之间表现为消长型耦合关系。这项研究显示温带针阔混交林土壤碳氮气体通量主要受环境因子驱动,不同气体通量产生与消耗之间存在复杂的耦合关系,下一步研究需要深入探讨环境变化对其耦合关系的影响以及内在的生物驱动机制。     

三江平原典型沼泽湿地氧化亚氮通量

2002～2004年利用静态箱-气相色谱法对三江平原3种具有代表性的湿地类型(常年积水的毛果苔草沼泽、季节性积水的小叶章湿草甸和常年土壤过湿的灌丛湿地)进行了为期两年半的N₂O现场观测研究.结果表明,三江平原3种类型湿地N₂O通量均有明显的季节变化和年际变化,一般在非冰冻期表现为排放,冰雪覆盖期表现为微弱的吸收.生长季的N₂O通量以灌丛湿地N₂O排放通量最大,毛果苔草沼泽最小.全年平均N₂O交换通量: 毛果苔草沼泽为53.928 mg·m^-2·yr^-1,小叶章湿地为21.408 mg·m^-2·yr^-1,灌丛湿地为657.120 mg·m^-2·yr^-1,证明沼泽湿地是大气N₂O的源.3种类型湿地生长季N₂O通量无明显的日变化,与温度的相关性不大.     

三江平原典型小叶章湿地土壤氨挥发特征及影响因素

采用通气法对三江平原典型草甸小叶章湿地和沼泽化草甸小叶章湿地土壤的氨挥发进行了原位测定,并对其主要影响因素进行了分析。结果表明,二者的氨挥发速率在生长季内的变化趋势基本一致,7月中旬前出现两次挥发高峰和一次低值,之后整体呈严格单调下降趋势,后者的氨挥发速率较高,平均为前者的1.35±0.53倍;二者累计氨挥发量的变化趋势也基本一致,7月中旬前增加迅速,且值比较接近;之后增加缓慢,但其值发生明显分异,表现为后者大于前者;生长季内,典型草甸小叶章湿地土壤的氨挥发总量为6.35 kg N.hm-2,而沼泽化草甸小叶章湿地则为6.87 kg N.hm-2,二者之比为1∶1.08;氮素物质基础不是影响二者氨挥发过程的重要限制因素,大气温度及其所引起的其它温度波动是影响氨挥发速率变化的重要因素;降水及土壤水分波动与散失是引起氨挥发速率局部波动的重要原因;土壤pH和质地是导致氨挥发速率普遍较低的根本原因;而各种因素综合作用的结果则是引起二者氨挥发速率和氨挥发量变化及差异的主要原因。