三峡水库支流水文情势差异对水-气界面二氧化碳释放通量特征的影响

选取三峡水库支流朱衣河、草堂河及其毗邻干流为研究区域,于2015年3月开展了春季水华易发期水-气界面温室气体及相关环境因子的动态观测。结果表明:该时段内,三峡水库干流总体表现为释放CO_2的"源",其通量为85.01 mmol·m~(-2)·d~(-1);在受干流泄水影响较小的朱衣河回水区,表现为强烈吸收CO_2的"汇",其通量变化范围为-73.26~-30.38 mmol·m~(-2)·d~(-1);而因"狭管效应"受干流强烈影响的草堂河支流回水区,则表现为相对较弱的CO_2释放"源",其通量变化范围为81.43~136.72 mmol·m~(-2)·d~(-1)。相关分析表明,三峡水库干支流不同水域CO_2释放通量与浮游植物初级生产力呈显著相关关系。由于受到工程调度影响,干流、支流回水区不同水域水文情势的差别,导致了浮游植物生物量和碳转换利用强度的空间差异,可能是形成三峡水库水气界面CO_2"源、汇"特征分布高度异质性的重要原因。     

氮沉降对森林土壤主要温室气体通量的影响

大气氮沉降已经并将继续对森林土壤主要温室气体(CO2、CH4和N2O)通量产生影响.综述了国内外氮沉降对森林土壤主要温室气体通量影响及其机理的研究现状.由于森林类型、土壤N状况、氮沉降量及沉降类型等不同,氮沉降对森林土壤主要温室气体通量的影响主要表现为抑制、促进和不显著3种效果.在N限制的森林中,氮沉降对土壤主要温室气体通量无显著影响,或促进土壤CO2排放;在"N饱和"的森林中,氮沉降可减少土壤CO2排放,抑制对大气CH4的吸收,增加N2O排放.分析了产生以上影响效果的作用机理,介绍了氮沉降对森林土壤主要温室气体通量影响的研究方法,探讨了该领域存在的问题及未来研究的方向.     

太湖梅梁湾冬季水-气界面二氧化碳通量日变化观测研究

应用静态箱式法对太湖梅梁湖区冬季(2003年12月23日8:00~26日6:00)的水气界面CO2通量进行了昼夜连续观测,共测得60组数据,分析了梅梁湾湖区CO2通量的冬季日变化规律。结果表明,在光照条件较好,风速较小情况下,白天梅梁湾湖区为CO2的汇,极大值出现在14:00时,其平均CO2通量为-3.01 mg.m-2.h-1;夜间梅梁湾湖区CO2通量值为-0.897~1.006 mg.m-2.h-1,其平均通量为-0.02 mg.m-2.h-1;在阴天、风速较大时,湖区CO2通量日变化与前面有较大差异,表现为CO2的强源,最大CO2通量达到76.53 mg.m-2.h-1。     

土地利用变化对土壤温室气体排放通量影响研究进展

土壤是大气中主要温室气体(如CO2、CH4和N2O)重要的源或汇,土地利用方式的改变将会导致土壤相关微环境及其生理生化过程发生改变,从而显著影响土壤中温室气体的产生与排放。在全球变化和土地利用大幅度改变的背景下,国际上已逐步开展了关于土地利用变化对土壤温室气体通量的研究。本文在简要介绍土地利用变化与土壤温室气体通量研究的基础上,重点论述了农田、草地和森林互换、湿地向农田转变、不同土地利用类型(森林、草地、湿地和农田)内部变化对3种土壤温室气体排放的影响,并从3种土壤温室气体产生的关键过程简单阐述其主要影响机理。根据目前研究中存在的不足,提出了今后需要加强的领域,以期更好地揭示土地利用变化对土壤温室气体通量的影响及作用机理,为今后深入开展相关研究提供参考。     

箱体特征对箱式法观测水-气界面CO2和CH4通量的影响

箱式法是广泛运用于内陆水体CO₂和CH₄通量监测的重要方法,但各研究中使用的箱体特征存在差异,箱体设计缺少统一标准,从而会影响观测结果。为明确箱体透光性、箱体内外气压差以及箱体内气体混合状态对水-气界面CO₂和CH₄通量观测的影响,本研究基于多通道闭路式动态箱观测系统,分别对比明箱和暗箱、箱体是否配备气压平衡阀及风扇对养殖塘水-气界面CO₂和CH₄通量观测的影响。结果表明: 夏季白天观测期间,与可观测CO₂实际通量的明箱相比,当CO₂呈现排放状态时,暗箱高估了90%的CO₂通量;当CO₂呈现吸收状态时,暗箱低估了50%的CO₂通量。暗箱测得的CH₄扩散通量比明箱低40%。箱体内气压是否与外界气压保持平衡对CO₂和CH₄通量影响均不显著。无风扇的箱体观测的CO₂通量代表性较差,在本研究中较有风扇的箱体高20%。无风扇的箱体难以区分不同途径排放的CH₄通量。在运用箱式法观测水-气界面CO₂、CH₄通量时,应使用透明箱体,并在其中安装风扇辅助气体混合。     

林火干扰对土壤性质及温室气体通量的影响

林火干扰是森林生态系统重要的干扰因子。林火的发生烧毁大量的森林资源,释放温室气体到大气当中,同时林火对土壤物理、化学性质以及土壤微生物都会产生一定的影响,进而影响到地-气主要温室气体的释放。本文综述了不同强度的森林火灾对土壤物理、化学性质以及土壤微生物的影响;森林火灾发生后的不同时间序列上地-气主要温室气体CO2、CH4、N2O通量的变异;尤其是在全球气候变暖背景下,冻土区森林火灾发生后,随冻土的融化,温室气体排放;林火发生时高温缺氧环境下往往会形成燃烧程度不同的木炭;本文还综述了火烧迹地木炭的不同管理方式如火场清理或就地掩埋,及其对火烧迹地土壤性质以及温室气体通量的影响。最后,提出今后应该注意的几个问题,并指出未来可能的研究拓展方向。     

氮输入对天然湿地温室气体通量的影响及机制

天然湿地是温室气体的一个重要排放源、汇和转换器,在稳定全球气候变化中占据着重要的位置。近年来,由于化石燃料的燃烧、氮肥使用、工业废水排放等输入的氮元素,大量进入湿地生态系统,直接或间接地影响着温室气体的生产与排放。本文综述了国内外有关氮输入对天然湿地主要温室气体通量的影响及机制研究进展,重点论述了以下几个方面:1)氮输入对天然湿地主要温室气体通量的影响存在促进、抑制或影响不显著3种情况;2)氮输入对CO2、CH4、N2O产生的控制作用改变了温室气体产生与消耗的微生物过程,提高了湿地生态系统生产力,增加了生物量,影响了周围环境因子;3)天然湿地温室气体通量的变化是输入氮的种类与浓度、土壤理化性质、微生物活性、相关环境因子、氧化还原潜力等因子综合作用的结果。探讨了现有研究存在的主要问题,提出了未来重点研究的方向。     

林龄对红松和落叶松人工林土壤温室气体通量的影响

探讨人工林发育过程中土壤温室气体排放及其机制,可为森林温室气体通量估算提供理论依据.采用室内培养方法研究了黑龙江省帽儿山地区不同林龄(15、30和50年生)红松(Pinus koraiensis)和落叶松(Larix gmelinii)人工林土壤温室气体排放/吸收速率及其调控因素.结果 表明:30年生红松和落叶松人工林...     

气候变暖与富营养化交互作用对浅水湖泊水-气界面N2O通量的影响

研究通过构建中尺度控温围隔模拟系统,模拟21世纪末气候变化与富营养化趋势,探讨未来气候变暖与富营养化趋势下浅水湖泊水-气界面N₂O交换过程的响应特征及机制。结果表明:(1)恒定与波动升温引起的代谢过程及生物间相互作用的改变显著促进了水-气界面间N₂O的排放及年累积释放量,而磷的添加可能因为影响了水体中反硝化代谢的效率而削弱了水-气界面N₂O排放及年累积释放量;(2)实验期间随季节转换,控制系统内优势的初级生产者由水生植物转变为浮游植物,水体中有机质含量亦不断积累,研究结果表明季节变化及初级生产者转换均对水-气界面N₂O排放量的增加起到了显著促进作用。在气候变化与富营养化趋势下浅水湖泊水-气界面的N₂O交换过程主要受到水体中氮磷含量及其比例的变化、水生植物与浮游植物的转换及有机质的积累过程的影响。因此,气候变暖(恒定和波动升温)能够促进湖泊N₂O排放量的上升,而变暖和营养盐的交互作用会使水-气界面N₂O交换更加复杂。     

铜锈环棱螺对藻华水体沉积物-水界面营养盐通量的影响

于2008年在室内小型试验模拟生态系统中进行了为期1个月的铜锈环棱螺生物干扰对底泥耗氧率和上覆水营养盐通量的影响试验,根据铜锈环棱螺放养密度设置了3个处理组和1个对照组。与试验前相比,培养1个月后,所有处理组和对照组的底泥耗氧率均显著下降;各处理组的底泥耗氧率初期高于对照组,后期低于对照组,且密度高的处理组其底泥耗氧率高于密度低的处理组。除12月7日外,对照组沉积物始终向上覆水释放铵氮,且释放量逐渐减小,而各处理组中,除试验初期沉积物向上覆水释放铵氮外,试验中后期均表现为吸收铵氮。除试验初期外,处理组和对照组中亚硝酸盐+硝酸盐通量主要表现为向上覆水中释放,且处理组1与对照组间存在显著差异(P<0.05)。磷酸盐通量主要表现为,试验初期沉积物向上覆水中释放,后期被沉积物吸收。本试验结果表明,短期内铜锈环棱螺的生物干扰增加了底泥耗氧率,但其长期效应可使底泥耗氧率下降,铜锈环棱螺的存在促进了沉积物中的总体硝化速率,加快了沉积物中的N循环。     

不同干扰因素对森林和湿地温室气体通量影响的研究进展

森林和湿地是CO2、CH4和N2O等温室气体重要的源、汇和转换器,在全球气候变化过程中起着重要作用。森林和湿地温室气体通量受到诸多因子的作用,其中干扰便是一个重要的因素。不同干扰因素对于森林和湿地生态系统温室气体通量的影响,国际上已经开展了相应的研究。基于人为和自然两大类干扰方式,分别从采伐、施肥、垦殖等人为干扰因素和火烧、台风(飓风)等自然干扰因素综述了干扰对于森林和湿地生态系统CO2、CH4和N2O通量的影响。根据目前研究中存在的不足,提出了今后应需加强的领域,以期更好地揭示干扰对于森林和湿地生态系统温室气体通量的影响及作用机制,为今后深入开展相关研究提供一定的参考价值。     

土壤氧气可获得性对双季稻田温室气体排放通量的影响

为探讨土壤氧气可获得性(SOA)对双季稻田温室气体排放的影响,利用静态箱气相色谱法对多种管理措施影响下稻田温室气体排放通量和土壤氧化还原电位(Eh)、pH值及田间淹水深度(H)等3种SOA因子进行了观测。结果表明,甲烷(CH₄)排放最集中的Eh值、pH值和H范围分别为-100-0mV、5 < pH < 6和1-5cm,3个范围内分别观测到48.8%、61.1%和77.0%的CH₄排放,其中H对CH₄排放影响最明显,单独由其就可解释37.8%的CH₄排放通量(P < 0.0001)。对于氧化亚氮(N₂O),观测到较多的负通量,其纯排放最密集的3种SOA因子的范围分别是:0-100mV、5 < pH < 6和1-5cm,而200-300mV是其排放的临界Eh范围,高于此范围N₂O排放极少。厌氧的反硝化过程是双季稻田N₂O产生的主导过程。可为水稻田温室气体排放机理研究提供基础数据。     

施氮对桉树人工林生长季土壤温室气体通量的影响

施肥是维持短期轮伐人工林生产量的重要手段,为了提高肥料利用效率,缓释氮肥逐渐成为广泛采用的氮肥种类。评估缓释肥施用对人工林生长季土壤温室气体通量的影响对于全面评估人工林施肥的环境效应具有重要意义。以我国南方广泛种植的桉树林为对象,采用野外控制实验研究了4种施氮处理(对照CK:0 kg/hm2;低氮L:84.2 kg/hm2;中氮M:166.8 kg/hm2;高氮H:333.7 kg/hm2)对土壤-大气界面3种温室气体(CO2、N2O和CH4)通量的影响,结果表明:(1)4种施氮水平下CO2排放通量、N2O排放通量和CH4吸收通量分别为276.84—342.84 mg m-2h-1、17.64—375.34μg m-2h-1和29.65—39.70μg m-2h-1;施氮显著促进了N2O的排放(P0.01),高氮处理显著增加CO2排放和显著减少CH4吸收(P0.05),且CO2排放通量与CH4吸收通量随着施氮量的增加分别呈现增加和减少的趋势;(2)生长季CO2和N2O排放呈现显著正相关(P0.01),CO2排放和CH4吸收呈现显著负相关(P0.05),N2O排放和CH4吸收呈现显著负相关(P0.01);(3)土壤温度和土壤水分是影响CO2、N2O排放通量和CH4吸收通量的主要环境因素。结果表明:施用缓释肥显著增加了桉树林生长季土壤N2O排放量,且高氮处理还显著促进CO2排放和显著抑制CH4吸收,上述研究结果可为人工林缓释肥对土壤温室气体通量评估提供参数。     

科尔沁沙丘-草甸梯级生态系统土壤温室气体通量特征及其影响因素

采用静态箱-气相色谱法,对科尔沁半干旱地区典型的沙丘-草甸梯级生态系统中半流动沙丘和草甸湿地的温室气体(CO₂、CH₄、N₂O)通量进行了观测,分析了生长季温室气体的动态变化及其与环境影响因子的关系.结果表明: 生长季半流动沙丘和草甸湿地CH₄通量均整体表现为吸收,平均值分别为-52.7和-34.7 μg·m^-2·h^-1,介于-176.1～49.8 μg·m^-2·h^-1之间变化,8月22日半流动沙丘CH₄吸收值达到生长季最大值;8、9月降雨集中时段内草甸湿地CH₄通量表现为持续排放,与半流动沙丘呈明显差异.N₂O通量在7月21日达到生长季最大值,半流动沙丘N₂O通量的月均值表现为7月>8月>9月>6月>5月.土壤温湿度是影响CO₂和CH₄通量的关键因子,N₂O通量主要受土壤温度的影响.样地土壤温度敏感性(Q₁₀)表现为半流动沙丘(1.009)<草甸湿地(1.474),半流动沙丘土壤受到水分胁迫,导致其温室气体通量对土壤温度变化的敏感性明显低于草甸湿地.     

鄱阳湖秋季水-气界面CH4排放通量的区域差异及影响因素

有限的观测点以及空间的异质性已经成为准确估算湖泊水-气界面CH4通量的挑战。鄱阳湖是我国最大的淡水湖,为了解秋季湖区水-气界面的CH4排放通量,2010年10月利用密闭静态箱-气象色谱法对星子、都昌、南矶山和吴城4个湖区水-气界面CH4排放通量及气象、底泥、水体等因素进行了测定。研究表明,都昌湖区CH4排放通量平均值为0.26mg·m-2·h-1,显著高于星子(0.15mg·m-2·h-1)、吴城(0.13mg·m-2·h-1)和南矶山(0.10mg·m-2·h-1)湖区。鄱阳湖水-气界面秋季CH4排放通量平均为0.17mg·m-2·h-1,变异系数为58.6%。相关分析表明,风速显著影响CH4排放通量(P<0.01)。在排除风速>5m·s-1的数据后,底泥有机碳以及水体铵态氮含量与CH4排放通量显著相关,而水体DOC含量与CH4排放通量呈显著负相关(P<0.05)。对鄱阳湖CH4排放量的精确估算,依赖于较广区域和较长时间的观测。     

城镇快速发展对河流温室气体溶存及扩散通量的影响——以重庆市黑水滩河流域场镇为例

场镇发展是西南山区城镇发展的重要模式,且大部分场镇沿河分布,快速城镇发展给河流水环境及生物地化过程带来了一系列影响,然而其对河流温室气体排放时空格局的影响及机制尚不清楚。选择流域场镇发展特征明显的黑水滩河为研究对象,于2014年9月、12月、2015年3月、6月,对流域内干、支流水体温室气体浓度及扩散通量进行分析,旨在阐明流域场镇式发展下河流温室气体排放时空特征及关键驱动因素。研究结果表明,黑水滩河干、支流水体年均二氧化碳分压(pCO_2)及甲烷(CH_4)、一氧化二氮(N_2O)浓度均处于过饱和状态,是大气温室气体的净排放源;流域内干、支流水体流经不同场镇区前后水体碳、氮、磷及叶绿素a含量均不同程度增加,从上游向下游呈现明显的污染累积;水体溶存pCO_2\\CH_4\\N_2O浓度及扩散通量在不同场镇前后也呈现显著增加的趋势,三种温室气体扩散通量平均增幅分别为25.88%、55.22%、99.64%;河流水体pCO_2与N_2O浓度及通量秋季高于其他季节,CH_4浓度及扩散通量春季最高,秋季次之,夏、冬季最低,温室气体浓度及排放的季节变化主要受温度和降雨格局共同影响。相关分析表明,pCO_2与水温和pH关系密切,而水体CH_4和N_2O浓度与水体碳、氮、磷等生源要素均呈显著的正相关关系,水体CH_4与N_2O浓度对生源要素输入极为敏感,流域场镇发展带来的河流污染负荷的增加可能对水体CH_4与N_2O排放产生明显的激发效应。本研究认为,山区河流流域内沿河串珠状场镇分布对河流水体生源要素及其他理化性质产生累积影响,进而改变了水体温室气体的产生与排放时空格局。     

沙埋对干旱沙区生物结皮覆盖土壤温室气体通量的影响

以腾格里沙漠东南缘自然植被区生长的两种典型生物结皮——藓类和藻类-地衣混生结皮覆盖土壤为对象,通过设置0(对照)、1 mm(浅层)和10 mm(深层)沙埋处理,研究了沙埋对该区结皮覆盖土壤温室气体通量的影响,并通过测定沙埋后土壤温度、水分的变化,初步探讨了沙埋影响生物结皮覆盖土壤温室气体通量的环境机制.结果表明: 沙埋显著增加了两类结皮覆盖土壤的CO₂释放通量和CH₄吸收通量(P<0.05);但对N₂O通量的影响因沙埋厚度和结皮类型的不同而异:深层沙埋(10 mm)显著增加了两类结皮覆盖土壤的N₂O吸收通量,浅层沙埋(1 mm)仅显著降低了藓类结皮覆盖土壤的N₂O吸收通量,而对混生结皮覆盖土壤的N₂O通量影响不显著.沙埋显著增加了两类结皮覆盖土壤的表层温度和0~5 cm深土壤湿度,从而增加了其CO₂释放通量.但是沙埋引起的土壤温湿度的变化与CH₄和N₂O通量变化的相关性不显著,说明沙埋引起的土壤温湿度变化不是影响其CH₄和N₂O通量的关键因子.     

不同许氏平鮋与栉孔扇贝养殖系统水-气界面CO2通量及其主要影响因子

本试验建立了4组中型实验生态系统,即空白对照系统、许氏平鮋单养系统、栉孔扇贝单养系统和许氏平鮋-栉孔扇贝混养系统,利用静态箱-气相色谱法对各养殖系统水-气界面CO2通量进行观测,并测定养殖水体物理、化学和生物指标.结果表明:试验期间,空白对照系统表现为稳定的对大气CO2的源,平均通量为12.42 mg·m^-2·h^-1.扇贝单养系统在试验前期和中期为CO2的源,后期为CO2的汇,试验期间整体为CO2的源,平均通量为10.95 mg·m^-2·h^-1.许氏平鮋单养系统和许氏平鮋-栉孔扇贝混养系统在试验前期表现为CO2源,实验中后期为CO2的汇,试验期间平均通量分别为-3.53和-10.49 mg·m^-2·h^-1,整体上均为对大气CO2的汇.回归分析结果显示,水体pH是水-气界面CO2通量较好的预测因子,pH=8.25是系统水-气界面碳源/汇功能发生转变的临界值.线性混合模型分析结果显示,水体净初级生产力是影响各系统水-气界面CO2通量的主要因子,表明浮游植物是调控系统水-气界面CO2通量的主要生物内动力.在本试验混养密度条件下的栉孔扇贝能一定程度上促进浮游植物生物量和水体初级生产力,从而增强系统水-气界面CO2的碳汇功能.     

火干扰对小兴安岭落叶松-苔草沼泽温室气体排放的影响

利用静态箱-气相色谱法,研究火烧干扰(轻度、重度)对小兴安岭落叶松-苔草沼泽生长季CO₂、CH₄、N₂O排放的影响.结果表明:火烧干扰使CO₂排放通量提高24.0%-45.9%, CH₄提高135.1%(轻度)或下降31.3%(重度),N₂O由吸收转化为排放.重度火烧改变了CO₂的季节排放规律,火干扰改变了CH₄与N₂O的季节排放规律.火烧与未火烧样地CO₂排放与水位呈显著负相关,与空气温度、土壤温度呈显著正相关;未火烧样地CH₄排放与水位呈显著负相关,与地表温度呈显著正相关,轻度火烧样地CH₄排放与气温和个别土壤温度呈显著正相关,而重度火烧样地CH₄排放、各样地的N₂O排放与水位和温度相关性均不显著.火干扰使CO₂排放源强度较未火烧提高,轻度火烧样地CH₄排放源强度较未火烧提高、重度样地则下降;N₂O则由吸收汇转化为排放源.火烧样地温室效应贡献潜力较未火烧样地提高了1/4-1/2,且呈现出随火干扰强度增大而递增的变化规律\.