小兴安岭典型苔草和灌木沼泽N2O排放及影响因子

为了研究小兴安岭林区典型苔草和灌木沼泽N2O排放通量的季节动态、年际动态及其与环境因子的关系,并估算排放总量,2007和2008年在植物生长季采用静态箱-气相色谱法,对小兴安岭林区典型修氏苔草（Carex schmidtii）沼泽和油桦-修氏苔草（Betula ovalifolia-Carex schmidtii）灌木沼泽N2O排放进行了监测。结果表明,苔草和灌木沼泽2007年生长季N2O排放总量分别为0.14和0.29 kg/hm2;2008年分别为0.68和-0.10 kg/hm2。苔草和灌木沼泽N2O排放通量除灌木沼泽2008年变化规律性不明显外,均具有比较显著的季节变化,最大排放出现在夏季或夏、秋季节,其中2007年N2O排放平均通量为0.0037和0.0082 mg?m-2?h-1;2008年为0.016和-0.0025 mg?m-2?h-1。分析表明,苔草沼泽N2O排放年际差异不显著,灌木沼泽N2O排放年际差异显著;不同类型沼泽间N2O排放差异不显著;仅苔草沼泽2007年N2O排放通量与水位具有显著的负相关性（r=-0.52,P < 0.05,n=15）。     

小兴安岭森林沼泽甲烷排放及其影响因子

 利用静态箱-气相色谱法, 对小兴安岭5种森林沼泽生长季甲烷(CH₄)排放通量进行研究, 并探讨了温度、地下水位和植被等主要环境因子对CH₄排放的影响。结果表明: 毛赤杨(Alnus sibirica)沼泽、落叶松(Larix gmelinii)-藓类(Moss)沼泽和落叶松-泥炭藓(Sphagnum spp.)沼泽的CH₄排放有明显的季节变化规律, 而白桦(Betula platyphylla)沼泽和落叶松-苔草(Carex schmidtii)沼泽CH₄通量的季节变化相对较小。落叶松-泥炭藓沼泽有爆发式CH₄通量现象出现, 对生长季CH₄排放通量影响较大。在生长季内落叶松-泥炭藓沼泽、毛赤杨沼泽和白桦沼泽为大气CH₄的源, 而落叶松-苔草沼泽和落叶松-藓类沼泽为大气CH₄的汇, 生长季CH₄的平均排放通量分别为(56.08 ± 200.38)、(15.34 ± 14.89)、(0.64 ± 0.88)、(–0.88 ± 1.76)和(–0.94 ± 3.00) mg·m^–2·d^–1。除落叶松-泥炭藓沼泽外, 不同森林沼泽类型间CH₄排放通量随地下水位升高而增大; 地下水位在–34.5 ~ –30.8 cm之间可能存在CH₄源与汇的临界点, 季节平均地下水位低于这一位置的森林沼泽为大气CH₄的汇。温度对森林沼泽CH₄通量的影响比较复杂, 二者间可能为正或负的显著(p＜0.05)或非显著(p＞0.05)相关关系。CH₄通量与乔木地上生物量有较强的负相关性, 这有可能成为小兴安岭森林沼泽CH₄通量的最佳预测因子。     

小兴安岭典型沼泽湿地生态系统呼吸及其影响因子

2007和2008年在植物生长季内采用静态箱一气相色谱法,研究了小兴安岭典型修氏苔草(Carex schmidtii)沼泽和油桦-修氏苔草(Betula ovalifolia-C. schmidtii)灌丛沼泽生态系统呼吸排放CO_2 通量的季节动态、年际动态及其与环境因子的关系,并估算了排放总量.结果表明:草丛沼泽和灌丛沼泽2007年生长季排放CO_2总量分别为17841.78和20130.56 kg·hm~(-2);2008年分别为16331.78和18294.24 kg·hm~(-2).草丛沼泽和灌丛沼泽排放CO_2通量具有明显的季节变化,最大排放量出现在夏季,其中,2007年CO_2排放平均通量分别为487.89和549.62 mg·m~(-2)·h~(-1);2008年分别为391.53和438.31 mg·m~(-2)·h~(-1),年际间差异不显著,不同类型间排放差异显著.温度是季节和年际变化的关键因子,CO_2排放通量和空气温度、箱内温度、0～20 cm的地温均呈显著或极显著正相关,潜水位是不同类型间排放差异的主要控制因子.     

排水造林对小兴安岭沼泽甲烷排放的影响

沼泽排水造林是近年来小兴安岭湿地遭受到的主要干扰类型之一.以小兴安岭天然沼泽湿地-苔草(Carex schmidtii)沼泽和灌丛沼泽,以及沼泽排水后营造(大垄排水造林)的10a和20a兴安落叶松(Larix gmelinii)人工林为研究对象,利用静态暗箱-气相色谱法观测兴安落叶松人工林甲烷通量与天然苔草沼泽和灌丛沼泽的差异及其相关环境影响因子,探讨排水造林对甲烷通量的影响及其影响机制.结果表明:天然沼泽和落叶松人工林甲烷通量都有明显的季节变化规律,但人工林甲烷通量峰值出现的时间和频率与天然沼泽不同,峰值相对较小,有吸收甲烷的现象出现.10a和20a落叶松人工林甲烷排放通量显著(10a落叶松人工林p=0.005,20a落叶松人工林p=0.009)低于天然苔草沼泽和灌丛沼泽的平均值.苔草沼泽、灌丛沼泽、10a和20a落叶松人工林生长季(150d)甲烷排放总量分别为(6.66±8.31)g · m-2 · a-1,(0.32±0.31)g · m-2 · a-1,(0.13±0.50)g · m-2 · a-1和(-0.11±0.20)g · m-2 · a-1.沼泽排水造林后甲烷排放量减少的主要原因为水位下降和维管植物的减少;此外,排水沟相对面积减少也是导致人工林甲烷排放速率降低的原因之一.     

干旱年份三江平原沼泽甲烷(CH4)排放及影响因子

为了研究淡水沼泽CH4排放的影响因子及其机制,在中国东北部的三江平原样地观测了CH4排放通量以及部分影响因子.结果表明,在2003年4～10月生长季内,毛果苔草沼泽CH4通量平均值为3.30 mg·m-2·h-1(最小值为0.65 mg·m-2·h-1,最大值为13.47 mg·m-2·h-1),低于小叶章沼泽化草甸CH4通量平均值4.91 mg·m-2·h-1(最小值为-0.12 mg·m-2·h-1,最大值为16.25 mg·m-2·h-1).在不同阶段,两种类型沼泽CH4通量有明显的变化,控制因子也不一样.4月份低温限制了CH4通量,两种类型沼泽差异很小.5～7月下旬,小叶章沼泽化草甸CH4通量显著高于毛果苔草沼泽CH4通量(P＜0.01),这种差异是由融冻作用造成的.8月份,植株密度和剖面中活性有机碳的浓度成为主要的影响因子,毛果苔草沼泽CH4通量比小叶章沼泽化草甸高.     

鄂西南亚高山不同覆被类型泥炭藓沼泽湿地甲烷排放特征及其环境影响因子

沼泽湿地是大气甲烷(CH₄)的重要来源, 但有关亚热带亚高山沼泽湿地CH₄排放的研究却鲜有报道, 特别是对不同覆被类型泥炭藓沼泽湿地CH₄排放量的精确估算及其与环境因子的关系尚不清楚。该研究选择鄂西南亚高山泥炭藓沼泽湿地为研究区域, 于2018年11月-2019年10月间, 使用静态箱-气相色谱仪法原位测定3种覆被类型泥炭藓沼泽湿地CH₄通量, 同步记录大气和地下5 cm土壤的温度以及地下水位变化。结果表明: (1)光照下, 裸露地(B)、泥炭藓(Sphagnum paluster)(S)、金发藓(Polytrichum commune)(P) 3种覆被类型泥炭藓沼泽湿地CH₄-C通量全年变化范围分别为: 0.012-1.372、0.022-1.474、0.027-3.385 mg·m^-2·h^-1; 遮光处理下, B、S、P 3种覆被类型泥炭藓沼泽湿地CH₄-C通量的全年变化范围分别为: 0.012-1.372、0.009-1.839、0.017-2.484 mg·m^-2·h^-1, 均为CH₄排放源。同时, 光照条件下不同覆被泥炭藓沼泽湿地CH₄排放量略大于黑暗条件, 但差异不明显。(2)不同覆被类型泥炭藓沼泽湿地CH₄排放存在明显的季节变化规律, 即: 夏季>秋季>春季>冬季, 其中夏季CH₄排放量显著大于其他季节, 占全年的57%-84%。该研究发现泥炭藓沼泽湿地CH₄通量均与气温和地下5 cm土壤温度极显著相关, 且CH₄排放量随温度升高呈指数增加, 表明温度是影响泥炭藓沼泽湿地CH₄排放时间变化的主要环境因子。(3) 3种覆被类型泥炭藓沼泽湿地的年平均和年累计CH₄排放量均依次为: P > S > B, P显著大于B。该研究发现植被类型与泥炭藓沼泽湿地CH₄排放量存在显著相关性, 表明覆被类型是影响泥炭藓沼泽湿地CH₄排放量空间变异的主要因子。(4) 3种覆被类型泥炭藓沼泽湿地CH₄排放量均与地下水位变化不相关。该研究进一步丰富了泥炭藓沼泽湿地CH₄排放规律, 同时也为区域碳循环提供了详实的基础数据。     

赤红壤早稻田甲烷排放通量及其影响因素

用封闭箱法对广东省赤红壤早稻田CH4排放通量进行了观测。结果表明,CH4排放有明显的季节变化规律,3个排放高峰分别出现在水稻分蘖末期、孕穗抽穗期和乳熟期,平均通量为5.7mg.m-2.h-1。在测定期内,CH4排放与5和10cm土壤温度呈显著正相关,与土壤Eh呈显著负相关,与土壤pH值、水层深浅相关不明显。     

火干扰对小兴安岭毛赤杨沼泽温室气体排放动态影响及其影响因素

利用静态箱-气相色谱法,对小兴安岭轻度火烧毛赤杨沼泽CH4、CO2、N2O生长季排放通量进行研究.结果表明:火烧使毛赤杨沼泽生长季CH4排放通量提高485.2％,CO2和N2O排放通量分别下降45.5％、24.8％.火烧未改变CH4季节性排放规律,但改变了CO2、N2O季节性变化规律.火烧样地CH4排放通量与土壤15cm温度间存在显著正相关性关系而与水位相关性不显著,火烧样地CO2排放与土壤0-30 cm温度呈显著或极显著正相关,与水位极显著负相关.对照样地CO2排放通量与土壤0-15 cm温度呈显著或极显著正相关,与水位极显著负相关,火烧使毛赤杨沼泽CH4排放源的强度增强,CO2、N2O的排放消弱,全球温室潜势下降约为43.34％.     

火干扰对小兴安岭白桦沼泽温室气体排放的短期影响

利用静态箱-气相色谱法,研究了火干扰对小兴安岭白桦沼泽生长季CH4、CO2和N2O排放的季节变化、源/汇功能的影响,以及其与环境因子的关系.结果表明:轻度火干扰使白桦沼泽的气温和地表温度升高1.8℃～3.9℃,水位下降6.3 cm;重度火干扰使气温和0～40 cm土壤温度升高1.4 ℃～3.8℃,水位下降33.9 cm.轻度火烧、未火烧样地CH4呈春季吸收、夏秋季排放,重度火烧样地则呈春夏季吸收、秋季排放;未火烧样地CO2呈夏季>秋季≈春季,火干扰样地呈夏季>秋季>春季;未火烧样地N2O呈春季>夏季>秋季,轻度火烧样地呈秋季>春季>夏季,重度火烧样地呈夏季>秋季≈春季.未火烧样地CO2通量与气温、地表温度呈显著正相关,轻度火烧样地CO2通量与气温、5～10 cm土壤温度和水位呈显著正相关,重度火烧样地CO2通量与5～40 cm土壤温度呈显著正相关.火干扰使其CHM4排放量提高169.5%(轻度)或转变为弱吸收汇(重度),CO2和N2O排放量分别下降21.2%～34.7%和65.6%～95.8%,全球温暖潜势下降22.9%～36.6%.火干扰能够减少白桦沼泽温室气体排放,湿地管理实践中可适当开展有计划的火烧.     

火干扰对小兴安岭草丛、灌丛沼泽温室气体短期排放的影响

利用静态箱-气相色谱法,研究了火烧干扰对小兴安岭草丛、灌丛沼泽生长季CH4、CO2、N2O排放的季节变化及影响因子结果表明:火干扰使草丛、灌丛沼泽生长季的平均气温和各层土壤温度提高0.1—2.0℃,水位平均下降2.7 cm。火干扰使草丛、灌丛沼泽样地CH4排放通量提高了56%、524.9%,CO2排放通量分别下降了57.3%、14.5%,N2O排放通量分别下降27.1%,64.9%。火烧前后草丛沼泽CH4、N2O与灌丛沼泽CO2排放通量季节性规律未发生变化。火干扰改变了草丛沼泽生长季CO2、灌丛沼泽N2O排放通量的季节性变化规律。草丛沼泽对照样地CH4排放通量与5 cm土壤温度存在显著相关性,草丛沼泽CH4排放通量与水位相关性不显著。灌丛沼泽CH4排放通量与各层土壤温度及水位均无显著相关性。草丛、灌丛沼泽对照样地土壤CO2排放通量与0—15 cm土壤温度呈显著或极显著正相关,火烧样地与0—30 cm土壤温度呈显著或极显著正相关。草丛、灌丛沼泽对照、火烧样地土壤CO2排放通量与水位极显著负相关。火干扰使草丛、灌丛沼泽CH4排放源的强度增强,CO2、N2O的排放消弱,全球温室潜势下降约为23.3%。火干扰能够减少草丛、灌丛沼泽温室气体排放。     

植物排放N2O和CH4的研究

N2O和CH4是2种重要的温室气体,但其排放源尚未得到充分鉴别.1990年和2006年先后报道植物能排放N2O和CH4,并日益受到广泛的关注.然而,迄今为止对植物排放这2种气体的研究均是分开单独进行的.该文以8种陆生草本植物为研究对象,首次同步考察了新鲜离体植物地上部排放N2O和CH4的通量.研究结果表明:8种植物均能排放这2种气体.其中,黑麦草(Lolium perenne)、抱茎苦荬菜(Ixendium sonchifolium)和菠菜(Spinacia oleracea)的CH4通量较高,分别为165.38、52.28和21.64 ngCH4.g-1dw·h-1;抱茎苦荬菜、蒙古蒿(Artemisia mongolica)、大豆(Glycine max)和菠菜的N2O通量较高,分别为7.19、6.92、5.44和4.05 ngN2O·g-1dw.h-1.研究结果不仅为植物本身既能排放N2O又能排放CH4在植物中可能具有普遍性提供了进一步的实验依据,而且为深入研究其机理找到了几种适宜的植物种(如抱茎苦荬菜、菠菜).     

长期不同施肥制度下湖南红壤晚稻田CH4的排放

选取湖南双季稻田长期不同施肥制度为研究对象,采用静态箱-气相色谱法对晚稻稻田甲烷排放进行观测.研究结果表明,不同施肥制度下的晚稻稻田甲烷排放的季节变化具有一定的规律,晚稻生育期内CH4的排放速率呈先升高后降低的变化趋势.施入秸秆的处理CH4平均排放通量和累积排放通量大于单施化肥的处理;单施化肥的各处理中由于养分缺失情况的不同,CH4平均排放通量和累积排放量具有一定的差异.秸秆区CH4平均排放通量和累积排放量都较大,全量化肥养分施肥区次之,偏施养分和无肥区较小.同时还研究了长期不同施肥制度条件下各环境因素包括土壤温度、灌溉水层深度和土壤Eh,对CH4排放的影响.结果表明,不同的施肥处理,晚稻田CH4排放的季节变化和土壤Eh呈显著负相关,与土壤温度呈显著正相关,与水层深度相关不明显.     

温度对亚热带地区常见树种叶片甲烷排放的影响

以亚热带常见树种米槠、木荷、浙江桂、罗浮栲、杉木和柑橘为对象,利用控制试验研究了温度对树木叶片甲烷(CH4)排放的影响.结果表明:当温度在10℃时,供试的6种树木中,仅木荷、柑橘和罗浮栲的叶片排放CH4;温度高于20℃时,所有树木叶片均可排放CH4.温度高于30℃时,叶片排放CH4的平均排放速率(1.010ngCH4·g-1DM·h-1)是10～30℃时平均排放速率(0.255ngCH4·g-1DM·h-1)的3.96倍.增温对柑橘和杉木CH4排放速率的影响显著高于其他4种树木.培养时间对叶片排放CH4速率有显著影响,温度胁迫对树木排放CH4的影响受植物活性的控制.在低温或高温条件下,树木干叶均不能排放CH4.高温胁迫对树木叶片排放CH4有重要影响,全球变暖可能增加植物的CH4排放.     

N2O排放规律及其影响因子

采用野外静态箱-气相色谱法,研究了小兴安岭典型阔叶林沼泽生长季节土壤CO2、CH4和N2O排放季节变化规律、源/汇功能及主要影响因子。结果表明：①苔草沼泽、毛赤杨沼泽和白桦沼泽生长季节土壤CO2、CH4、N2O排放分别集中在夏季、夏秋季、春夏季,平均排放通量依次为514.63、487.89、382.27 mgm-2h-1,1.88、1.03、0.04 mgm-2h-1,58.61、11.73、3.70µgm-2h-1。②三者生长季节土壤CO2排放通量与气温和0~20 cm土壤温度均呈显著正相关;苔草沼泽CH4排放通量与30~40 cm土壤温度呈显著正相关,毛赤杨沼泽CH4排放通量与地表温度呈显著负相关;白桦沼泽N2O排放通量与地表温度呈显著正相关。苔草沼泽N2O排放与水位呈显著负相关;毛赤杨沼泽CH4排放与水位呈显著正相关;白桦沼泽CO2排放与水位呈显著负相关。③三者生长季节土壤均为CO2、CH4、N2O排放源（17.56、13.76、18.53 thm-2;67.54、37.05、1.30 kghm-2;0.13、2.11、0.42 kg.hm-2）,三者CO2排放量相近（5.5%~21.6%）;苔草沼泽为CH4的强排放源,毛赤杨沼泽为中排放源,白桦沼泽为弱排放源;毛赤杨沼泽为N2O的强排放源,白桦沼泽为中排放源,苔草沼泽为弱排放源。     

中国地区稻田CH4和生物质燃烧CO排放对对流层氧化性的影响

利用稻田甲烷排放模型估计中国地区稻田CH4排放,得到排放总量为9.26Tg,排放有明显的季节和空间变化。运用中尺度气象模式MM5以及光化学模式CALGRID,研究上述稻田CH4排放以及Streets等估计的生物质燃烧CO排放对对流层化学的影响。结果表明,这些排放对对流层低层CH4、CO、OH、HO2、O3浓度均有影响。稻田CH4排放在主要水稻种植区附近使得CH4浓度明显增加、最大增量达到66.97μg.m-3。由于大气中存在活性更强的VOC和CO,稻田CH4排放对自由基和O3全国平均浓度的影响不大,使O3增加0.24%、使HO2增加0.4%、使OH减小0.06%。生物质燃烧CO排放使主要排放区附近CO浓度增加大于60μg.m-3,使OH全国平均浓度减小2.2%,使HO2和O3浓度分别增加2.8%和0.9%。生物质燃烧CO排放对中国地区近地面O3浓度影响强于稻田CH4排放。两者的综合影响使得全国对流层低层O3浓度平均增加1.2%,局部地区最大增加量达4.12μg.m-3。上述自然源排放的影响有明显的空间变化,与下垫面类型有关;还有强烈的季节变化,通常夏季影响最为显著。     

Short-term effects of fire disturbance on greenhouse gases emission from Betula platyphylla-forested wetland in Xiaoxing'an Mountains, Northeast China

By the methods of static chamber and gas chromatography, this paper studied the effects of fire disturbance on the seasonal dynamics and source/sink functions of CH4, CO2 and N2O emissions from Betula platyphylla-forested wetland as well as their relations with environmental factors in Xiaoxing' an Mountains of China. In growth season, slight fire disturbance on the wetland induced an increase of air temperature and ground surface temperature by 1.8-3.9 degrees C and a decrease of water table by 6.3 cm; while heavy fire disturbance led to an increase of air temperature and 0-40 cm soil temperature by 1.4-3.8 degrees C and a decrease of water table by 33.9 cm. Under slight or no fire disturbance, the CH4 was absorbed by the wetland soil in spring but emitted in summer and autumn; under heavy fire disturbance, the CH4 was absorbed in spring and summer but emitted in autumn. The CO2 flux had a seasonal variation of summer > spring = autumn under no fire disturbance, but of summer > autumn > spring under fire disturbance; and the N2O flux varied in the order of spring > summer > autumn under no fire disturbance, but of autumn > spring > summer under slight fire disturbance, and of summer > spring = autumn under heavy fire disturbance. At unburned site, the CO2 flux was significantly positively correlated with air temperature and ground surface temperature; at slightly burned site, the CO2 flux had significant positive correlations with air temperature, 5-10 cm soil temperature, and water table; at heavily burned sites, there was a significant positive correlation between CO2 flux and 5-40 cm soil temperature. Fire disturbance made the CH4 emission increased by 169.5% at lightly burned site or turned into weak CH4 sink at heavily burned site, and made the CO2 and N2O emissions and the global warming potential (GWP) at burned sites decreased by 21.2% -34.7%, 65.6% -95.8%, and 22.9% -36.6% respectively, compared with those at unburned site. Therefore, fire disturbance could decrease the greenhouse gases emission from Betula platyphylla-forested wetland, and planned firing could be properly implemented in wetland management.     

东北黑土地区稻田甲烷排放时空演变及排放潜力分析

稻田甲烷排放是农业源甲烷排放的主要来源。东北黑土地区是我国最大的粮食生产基地,农业温室气体减排是实现黑土地永续利用的关键议题之一。运用稻田甲烷排放模型(CH4MOD)核算并分析了2009-2018年东北黑土地区稻田甲烷排放的时空演变特征,结合GOSAT卫星遥感数据探究了水稻生产与区域甲烷排放的时空动态联系,进一步量化了稻田甲烷对区域甲烷排放的贡献程度及不同情景下的排放潜力。结果表明,受水稻生产面积扩张和排放强度提高的影响,东北黑土地区稻田甲烷排放总量从2009年的39.05万t增加到2018年的79.53万t。东北黑土地区区域甲烷排放在季节变化和栅格单元上表现出与稻田甲烷排放较为一致的时空动态,大规模的稻田耕作可能会增加水稻生产与区域甲烷排放直接相关的可能性。随着水稻持续扩种稳产,2018年东北黑土地区水稻生产贡献了区域甲烷排放总量的15.04%,其中黑龙江省的贡献率高达31.06%。在基准发展情景下,预计2035年东北黑土地区稻田CH₄排放量较2018年增加19.5%;在粮食供给保障情景下,维持当前稻田耕作面积,水稻生产集约化程度提高,预计其稻田CH₄排放量较2018年减少0.88%;在此基础上,采取促进秸秆还田、增施有机肥、实施节水间歇灌溉等稻田管理措施将使稻田CH₄排放量增加17.8%-63.6%。以满足膳食需求和供给保障为导向,优化水稻种植结构、控制稻田耕作面积,推动技术进步、品种改良以提升单产水平,采取化肥和有机肥搭配施用、节水间歇灌溉等途径能够缓解稻田甲烷排放。研究综合运用自上而下的遥感数据和自下而上的模型运算,刻画了水稻生产与区域甲烷排放的时空联系,进一步评估了稻田甲烷的排放潜力及减排措施的减排效果,为促进东北黑土地区农业甲烷减排和生产布局优化提供了理论依据和决策参考。