青海湖3种类型高寒湿地甲烷氧化菌群落特征

【背景】甲烷氧化菌在维持湿地生态系统碳平衡方面发挥着重要作用,青海湖高寒湿地具有十分重要的生态地位,但目前有关该地区甲烷氧化菌的研究相对较少。【目的】探究不同类型高寒湿地土壤甲烷氧化菌的群落特征与驱动因素。【方法】以青海湖流域内的小泊湖沼泽湿地、鸟岛湖滨湿地、瓦颜山河源湿地为研究对象,通过高通量测序技术对土壤甲烷氧化菌进行检测。【结果】3种不同类型高寒湿地土壤甲烷氧化菌的优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria)。鸟岛湖滨湿地与瓦颜山河源湿地的甲烷氧化菌α多样性存在显著差异(P<0.05),而小泊湖沼泽湿地与二者的甲烷氧化菌α多样性的差异不显著(P>0.05)。LEfSe分析表明,不同类型高寒湿地共存在40个差异菌群,尤以瓦颜山河源湿地差异菌群数量最多,从门到属水平均存在显著差异。冗余分析(redundancy analysis,RDA)表明,甲烷氧化菌菌群变化的主要驱动因子为土壤温度、土壤水分、电导率。【结论】整体而言,青海湖3种类型高寒湿地土壤理化性质及甲烷氧化菌群落多样性均存在差异,且部分菌群的相对丰度具有显著性差异(P<0.05)。     

湿地碳排放及其影响因素

湿地生态系统在全球碳循环中起着重要作用.湿地独特的土壤、水文和植被条件,使得其在低氧环境下能不断累积碳,并同时释放大量温室气体——CH4和CO2,因此湿地的碳排放近年来成为全球气候变化研究关注的重点问题.湿地的土壤状况、水文条件及植被类型的不同导致湿地CH4和CO2的排放具有极强的时空变异性.土壤温度与CH4和CO2排放呈正相关关系;水位条件对湿地温室气体的排放有一定影响,在一定范围内,土壤的厌氧环境导致CH4排放量增大,CO2排放量减小;植被影响到温室气体产生、氧化和排放各个方面,因物种而异.     

洞庭湖白沙洲4种植被系统与大气中碳素交换

近年来由于气候变化,极端天气现象及其相应的自然灾害的频繁发生,致使人类面临严峻的挑战,全球环境问题已备受瞩目。湿地碳循环在全球气候变化中具有不可忽视的作用,研究湿地系统与大气中碳素的交换,有助于深入了解湿地生态系统对大气环境的影响。在生物量和土壤温室气体排放测定的基础上,对洞庭湖白沙洲湿地4种主要植被系统与大气碳素交换进行研究,结果表明:杨树人工林、芦苇和苔草3种植被系统净生产力吸收大气中碳量分别为9.88、6.83.thm-.2a-1和4.07.thm-.2a-1,土壤排放碳量(包括CH4中的碳素)分别为3.08、2.79.thm-.2a-1和2.80t.hm-.2a-1,3种植被系统每年净吸收大气中的碳6.80、4.07t.hm-.2a-1和1.27t.hm-.2a-1,都是大气CO2的汇;黑藻与竹叶眼子菜混交群落净生产力吸收大气碳1.23.thm-.2a-1,土壤排放的碳1.32t.hm-.2a-1,该系统每年向大气净排放0.09t.hm-.2a-1,是一个弱的CO2排放源;将CH4温室效应是CO2的21倍折算成CO2量,杨树林土壤排放CO2量(包括CH4折算成CO2量)为16.19t.hm-.2a-1,比植被净生产力吸收的少16.64t.hm-.2a-1,对大气温室效应而言,该系统是温室气体的汇;芦苇、苔草以及黑藻与竹叶眼子菜混交群落土壤排放CO2量(包括CH4折算成CO2量)分别是43.68、39.19t.hm-.2a-1和32.22t.hm-.2a-1,比植被净生产力吸收的还多20.60、24.27.thm-.2a-1和27.71.thm-.2a-1,对大气温室效应而言,这3种湿地植被系统都是温室气体排放源。     

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。     

土壤溶解性有机物对CO_2和N_2O排放的影响

农田土壤是温室气体的重要排放源,溶解性有机物作为土壤微生物容易利用的基质,其含量变化与温室气体的产生和排放密切相关。基于室内培养试验,对溶解性有机物影响土壤CO2、N2O的排放过程进行了分析。设置空白(CK)、单施秸秆(S)、单施氮肥(N)、秸秆和氮肥(S+N)4个不同的处理,对添加不同物质条件下土壤溶解性有机碳(DOC)、溶解性有机氮(DON)和CO2、N2O的排放动态进行了研究,对DOC和DON影响CO2、N2O的排放过程进行了探讨。结果表明:不同处理的温室气体排放通量和土壤DOC、DON含量差异显著;各处理的CO2排放通量和DOC动态随培养时间的延长呈现逐渐减小的趋势,S和S+N处理的N2O排放和DON动态呈现先增大后减小的趋势;S+N处理的CO2排放量最高,DON含量也显著高于其他处理,单施秸秆(S)处理的N2O排放量和DOC含量显著高于其它处理,单施氮肥(N)对土壤CO2的排放量和DOC含量的影响较小;土壤CO2和N2O的排放通量与土壤DOC和DON含量呈显著的相关性,相关系数(R2)达0.6以上,说明溶解性有机物的含量和动态对CO2、N2O的排放过程产生显著影响。     

模拟增温对青海湖湖滨湿地甲烷氧化菌群落的影响

为探究全球气候变暖对青海湖湖滨湿地中甲烷氧化菌群落特征的影响,以青海湖湖滨湿地的鸟岛湿地观测站为研究对象,通过模拟增温实验设置开顶箱(open top chamber, OTC),利用高通量测序探究增温对湖滨湿地甲烷氧化菌群落结构及多样性的影响。湖滨湿地甲烷氧化菌群落的优势菌门是变形菌门(Proteobacteria)(84.50%);增温对湖滨湿地甲烷氧化菌群落的多样性指数没有显著差异影响(P>0.05),但对湖滨湿地甲烷氧化菌的属水平群落结构有显著影响(P<0.05)。LEfSe分析表明,增温与自然处理之间共存在33个差异菌群;增温使优势菌群甲基球菌科(Methylococcaceae)的相对丰度增高;增温使属水平的优势菌群甲基球菌属(Methylococcus)、甲基杆菌属(Methylobacter)、甲基单胞菌属(Methylomonas)的相对丰度升高,其中甲基单胞菌属的相对丰度显著升高,但硝化螺旋菌属(Nitrospira)和亚硝化螺旋菌属(Nitrosospira)相对丰度降低。湖滨湿地甲烷氧化菌群落功能基因组20个,其中大部分参与碳氮循环过程。整体而言,青...     

闽江河口潮汐湿地二氧化碳和甲烷排放化学计量比

为了阐明河口潮汐湿地碳源温室气体排放的化学计量比特征,对闽江河口潮汐湿地二氧化碳和甲烷排放进行了测定与分析。结果表明:芦苇湿地和短叶茳芏湿地二氧化碳与甲烷排放均呈现正相关;涨潮前、涨落潮过程和落潮后芦苇湿地和短叶茳芏湿地CO2∶CH4月平均值分别为55.4和185.0,96.3和305.5,68.7和648.6,3个过程芦苇湿地和短叶茳芏湿地CO2∶CH4差异均不显著(P>0.05),2种植物湿地CO2∶CH4对潮汐的响应并不一致,但均在涨潮前表现为最低;涨潮前、涨落潮过程和落潮后均表现为芦苇湿地CO2∶CH4低于短叶茳芏湿地(P<0.05);河口潮汐湿地CO2∶CH4为空间变异性>时间变异性,潮汐、植物和温度均对CO2∶CH4的变化具有一定的调节作用。     

青藏高原高寒草甸非生长季温室气体排放特征及其年度贡献

高寒草甸是青藏高原地区的主要植被类型,目前对其温室气体研究多集中于生长季.本文利用静态箱-气相色谱法,对非生长季高寒草甸温室气体排放特征及其与主要环境因子的关系进行了研究.结果表明:非生长季高寒草甸表现为CO2和N2O的源、CH4的汇.其中非生长季CO2通量平均值为89.33 mg·m-2·h-1,累积排放通量为280.01g· m-2;CH4通量平均值为-11.35 μg·m-2·h-1,累积吸收通量为124.74 mg·m-2;N2O通量平均值为8.02 μg·m-2·h-1,累积排放通量为39.51 mg·m-2.非生长季CO2、CH4和N2O累积排放通量分别占全年的13.33％、53.47％和62.67％.冻融期(2012年4月)CH4累积吸收通量较小,只占非生长季的4.5％;而CO2和N2O累积排放通量较大,分别占非生长季的25.8％和20.8％.非生长季CO2通量与温度(气温、5和10 cm土壤温度)和5 cm土壤湿度均存在显著正相关关系,而CH4和N2O通量仅与5 cm土壤湿度存在显著正相关.研究表明,虽然冻融期CH4累积吸收通量在非生长季累积量中比重较小,但非生长季CH4和N2O累积排放量却占全年累积排放量的1/2以上,在温室气体累积通量评估中不容忽视.     

添加过磷酸钙对蔬菜废弃物堆肥中氨气及温室气体排放的影响

为研究过磷酸钙不同添加量对蔬菜废弃物堆肥过程中氨气和温室气体排放的影响,以生菜的废弃菜叶和玉米秸秆为原料,以过磷酸钙肥料为添加剂,进行了27 d的曝气供氧堆肥,对堆肥过程中的氨挥发和温室气体排放(N2O、CH4和CO2)进行了监测.试验共设6个处理,除CK处理(不添加过磷酸钙)外,其余处理依次根据混合物料初始总氮物质量的5%、10%、15%、20%和25%的比例添加过磷酸钙.结果表明:添加过磷酸钙对减少堆肥过程中的氨挥发和温室气体排放均有明显效果,氨挥发总量较CK减少了4.0%~16.7%,总温室气体CO2排放当量减少了10.2%~20.8%.堆肥过程中排放的NH3对温室效应的贡献相对较大,各处理NH3的CO2排放当量为59.90~81.58 kg·t-1,占4种气体总CO2排放当量的69%~77%.蔬菜废弃物堆肥过程中适量添加过磷酸钙是减少氨挥发和温室气体排放并提高堆肥品质的有效措施.     

青藏高原高寒草甸生长期CO2排放对气温升高的响应

采用高度分别为0.4 m(OTC-1)和0.8 m(OTC-2)的开顶式增温小室(open top champers,OTCs),对青藏高原高寒草甸生态系统进行模拟增温处理,研究了高寒草甸生态系统的CO2排放强度及过程对气温升高的响应.结果表明:在平均气温分别提高1.25℃(OTC-1)和3.68℃(OTC-2)的条件下,对照及2种不同幅度增温处理高寒草甸生态系统CO2排放通量表现出明显的季节变化特征,并同时在植被生长旺盛期(7-8月)达到峰值,分别为2.31、2.35和6.38μmol·m-2·s-1;CO2排放通量在不同季节都表现出随增温幅度的升高而逐渐增大的趋势,表明随着气温升高,CO2排放通量逐渐增大;不同处理CO2排放通量与气温、5 cm土壤温度和5 cm土壤含水量之间表现出显著的相关关系,CO2排放通量与气温及5 cm土壤温度之间均符合指数关系,而与5 cm土壤含水量之间则符合二次多项式关系.     

博斯腾湖人工和天然芦苇湿地土壤CO2、CH4和N2O排放通量

为研究干旱区淡水湖泊人工、天然芦苇湿地土壤温室气体源汇强度及其影响因素,采用静态箱-气相色谱法,于2015年1月—12月对博斯腾湖人工和天然芦苇湿地土壤CO_2、CH_4和N_2O通量进行全年观测。结果表明,人工芦苇湿地土壤CO_2、CH_4和N_2O排放通量变化范围分别为:10.1—588.4mg m~(-2)h~(-1)、2.9—82.4μg m~(-2)h~(-1)和1.32—29.7μg m~(-2)h~(-1),天然芦苇湿地土壤CO_2、CH_4和N_2O排放通量变化范围分别为10.3—469.6mg m~(-2)h~(-1)、3.1—64.8μg m~(-2)h~(-1)和1.9—14.3μg m~(-2)h~(-1)。人工和天然芦苇湿地夏季土壤CO_2排放通量均明显高于其他季节,而土壤CH_4和N_2O排放通量较大值多集中在春末夏初。全年观测期间,人工芦苇湿地土壤CO_2、CH_4和N_2O排放通量高于天然芦苇湿地(P0.05);温度是影响人工、天然芦苇湿地土壤CO_2和N_2O排放通量的关键因素,近地面温度和5cm土壤温度与CO_2和N_2O排放通量呈现极显著的正相关关系(P0.01)。土壤CH_4排放通量是温度和水分二者共同影响的,由近地表温度、5cm土壤温度和土壤含水量共同拟合的方程可以分别解释人工、天然芦苇湿地土壤CH_4排放通量的71%、74.5%;土壤有机碳、pH、盐分、NH_4~+-N、NO_3~--N也是人工、天然芦苇湿地土壤CO_2、CH_4和N_2O排放通量的影响因素;人工和天然芦苇湿地土壤均是CO_2、CH_4和N_2O的"源"。基于100年尺度,由3种温室气体计算全球增温潜势得出,人工芦苇湿地全球增温潜势大于天然芦苇湿地(15150.18kg/hm~212484.21kg/hm~2)。     

微生物驱动的滨海湿地N2O产生及其机制研究进展

滨海湿地位于海陆交界,具有初级生产力高、生物多样性丰富以及微生物驱动的营养元素循环活跃等特点,同时也是大气中一氧化二氮(N_2O)的重要排放源。N_2O是仅次于二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)的第三大温室气体,而全球90%以上的N_2O排放由微生物主导,并与滨海湿地氮循环的微生物群落多样性及功能密切相关。因此,滨海湿地系统中N_2O的产生与转化逐渐受到关注。本文综述了滨海湿地生态系统中微生物驱动下N_2O的产生过程,以及氮元素及其与碳、硫和金属元素耦合过程中产生N_2O的代谢途径,N_2O排放的时空变化与微生物调控,并对未来相关研究方向进行了展望,旨在揭示微生物驱动的N_2O产生及环境调控机制,为减缓全球变暖提供科学依据。     

模拟氮沉降对藏北高寒草甸温室气体排放的影响

目前,高寒草甸对全球温室效应的贡献仍具有不确定性,而随着N沉降的增加,该系统温室体气排放也必将发生变化。为揭示高寒草甸对N沉降的响应机制,探讨其对全球变化的反馈作用,利用人工添加氮素的方法,于2014年生长季(6-9月)在那曲地区那曲县设置不同水平N添加梯度(0、7、20kg hm~(-2)a~(-1)和40 kg hm~(-2)a~(-1)),模拟氮沉降增加对藏北高寒草甸温室气体排放的影响。经过1a的研究结果表明:1)施氮显著促进了CO_2排放但对CH_4的吸收和N_2O的排放无显著影响。总体而言,添加氮素明显增加了温室气体排放总量,其中N2O处理下高寒草甸温室气体排放总量最高。2)回归分析结果表明,CO_2与NPP(总生物量)和TOC(土壤有机碳)线性相关(P0.05),而与TN(总氮)、NH_4~+-N和NO_3~--N均无显著相关关系(P0.05),CH_4与TN/NPP/TOC/NH_4~+-N/NO_3~--N均不相关(P0.05),N_2O与NPP/TOC/NO_3~--N均显著线性相关(P0.05),而与TN/NH_4~+-N不相关。综合初步研究结果,未来氮沉降增加条件下,藏北高寒草甸温室气体排放通量将有可能明显增加,从而对气候变化产生重要的反馈作用。     

湿地甲烷排放研究若干问题的探讨

甲烷是大气中最重要的温室气体之一,天然湿地是全球目前已知的最大排放源,每年向大气中排放的CH4约占全球CH4排放量的21％。本文就天然湿地甲烷排放研究的若干问题,包括研究方法、影响因素以及排放通量的时空变异性进行了探讨,最后对有关湿地甲烷排放模型进行了简单介绍,并对今后的研究方向提出了几点建议。     

不同冬季覆盖作物对稻田CH4 和 CO2 排放的影响

冬季稻田排放的甲烷( CH4)和二氧化碳(CO2)是影响稻田温室气体排放的重要因素。为探求种植适宜的冬季覆盖作物并减少稻田冬季CH4 和CO2 排放, 试验采用静态暗箱法对播种油菜的稻田(YC)、播种小麦的稻田(XM)及冬闲 田(CK)三个处理下稻田的CH4 和CO2 排放进行了观测, 分析了不同冬季覆盖作物对稻田CH4 和CO2 的排放影响。结果表明, 不同处理CH4 排放通量为YC＞XM＞CK, CO2 排放通量为XM＞YC＞CK。不同冬季作物覆盖下, 各处理CH4 和 CO2 的累计排放量表现同其平均排放通量相同。YC 处理的CH4 累计排放量与冬闲田(CK)处理的相比较达到显著水平(p<0.05), XM 处理CO2 的累计排放量与YC 和CK 相比都有显著性差异(p<0.05)。根据稻田CH4 和 CO2 季节排放量以及在 100 年尺度上的 CO2 当量计算, 不同处理温室气体全球增温潜势(GWP)大小顺序为XM＞YC＞CK, 在YC、XM 和CK 中, 小麦(Triticum aestivum L.)处理的增温潜势最大, 且最大值达到6442.58 (kg·hm–2)。小麦处理的CO2 和CH4 的总温室效应最大, 机耕直播油菜(Brassica napus L.)次之, 冬闲田最小。研究水稻(Oryza sativa L.)收获后稻田种植不同冬季作物, 观察在其生长季节内CH4 和 CO2 和的排放特征, 为合理利用冬闲稻田控制温室效应提供理论依据。     

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。     

三江平原小叶章湿地温室气体排放及其对模拟氮沉降的响应

利用黑龙江省科学院自然与生态研究所三江平原湿地生态定位研究站内的长期模拟氮沉降试验平台,采用静态箱-气相色谱法,设置低氮(40 kg N·hm^-2·a^-1)和高氮(80 kg N·hm^-2·a^-1)处理,以及对照(0 kg N·hm^-2·a^-1),测定小叶章湿地温室气体排放通量及其相关环境因子,研究三江平原小叶章湿地温室气体排放对氮沉降的响应.结果表明: 低氮和高氮输入均显著增加了温室气体的排放通量,低氮和高氮处理使CO₂排放通量增加47.5%和47.9%,CH₄排放通量增加76.8%和110.1%,N₂O排放通量增加42.4%和10.6%.低氮输入改变了N₂O排放的季节动态,但对CO₂和CH₄排放的季节动态没有显著影响,高氮处理对3种气体排放的季节动态均未造成影响.CO₂排放通量和CH₄排放通量均与土壤温度呈显著正相关,而影响N₂O排放的因素较为复杂,未与土壤温度出现显著的相关关系.     

施氮和降水格局改变对土壤CH4和CO2通量的影响

氮沉降增加和降水格局改变是全球变化的两项重要内容,但是同时考虑上述两因素对温室气体CH4和CO2通量影响的原位双因子模拟研究还相当有限.本研究以长白山温带阔叶红松林土壤为研究对象,采用静态箱法研究了外施氮源(50 kg N·hm-2·a-1)和增减30％降水对土壤CH4和CO2通量的影响.结果表明:施氮能抑制土壤CH4吸收,有时甚至能将土壤对CH4的吸收转为释放,但这种抑制效应只能维持5d左右,且能在一定程度上改变CH4通量和环境因子(温度、土壤pH、粘粒含量)的相关关系.降水改变未能显著影响土壤CH4通量.对CO2通量而言,施氮能降低土壤CO2排放,长白山阔叶红松林连续施氮第4年的平均抑制效应为27.4％.长期连续施氮的平均抑制效应随施氮时间延长而逐渐增大,一定年限后达到最大值.单次施氮的抑制效应随时间延长逐渐减弱,并在1个月的施氮周期末期基本消失.施氮的抑制效应和土壤充水孔隙度(WFPS)呈显著负相关关系,且升温能增强施氮对CO2释放的抑制效应并延长抑制时间.施氮、降水有可能改变土壤呼吸的温度敏感性.本研究表明,长白山森林土壤氮素尚未达到一定阈值,未来氮沉降增加将抑制CO2的释放和CH4的吸收,因此总体来看施氮抑制土壤碳排放.     

剔除杂草对山核桃林地土壤温室气体排放的影响

森林土壤是CO2、N2O和CH4等温室气体的重要排放源,山核桃是中国特有的高档干果和木本油料树种,林下杂草管理对山核桃林地温室气体排放具有重要影响.采用静态箱-气相色谱法在浙江临安山核桃主产区进行了为期1年的原位试验,研究剔除林下杂草对山核桃林地土壤温室气体排放的影响.结果表明:剔除杂草和留养杂草山核桃林地土壤CO2排放通量呈现一致的季节变化规律:夏秋季高、冬春季低;N2O排放在夏季较高,其他季节变化平稳;CH4的排放无明显季节变化规律.剔除杂草显著降低了土壤CO2排放,促进了N2O排放和CH4吸收.剔除杂草对土壤水溶性有机碳和微生物生物量碳没有显著影响.剔除杂草的山核桃林地土壤排放温室气体的综合增温潜势为15.12 t CO2-e·hm-2·a-1,显著低于留养杂草处理(17.04 t CO2-e·hm-2·a-1).     

基于过程模型的青藏高原湿地甲烷排放格局评估

甲烷(CH₄)是大气中最丰富的碳氢化合物,是仅次于二氧化碳(CO₂)的温室气体。湿地是甲烷的重要来源,在全球碳循环中发挥着重要作用,其排放的甲烷占所有天然甲烷排放源的70%,占全球甲烷排放总量的24.8%。青藏高原平均海拔4000 m以上,占有中国约三分之一的湿地。近几十年来,由于全球气候变暖和降水增加,该地区甲烷排放率和湿地面积都发生着巨大变化,因此,青藏高原湿地CH₄排放的长期变化在很大程度上仍存在较大的不确定性。利用TRIPLEX-GHG模型模拟了青藏高原湿地1978—2008年CH₄排放的动态特征,研究结果表明:(1)1978—2008年青藏高原湿地CH₄排放速率呈逐渐增加趋势。(2)青藏高原大多数湿地区域CH₄排放速率为0—6.13 g CH₄ m^-2 a^-1;东北部分湿地区域CH₄排放速率为6.14—20.19 g CH₄ m^...