三江平原毛果苔草沼澤濕地ch

三江平原毛果苔草沼澤濕地ch

由于氣體（p2、ch4、b2o等）濃度的增加，世界溫度增加。這是全世界最重要的環(huán)境問題。全世界各界國家和科學家都面臨著這樣的問題。2000年發(fā)表的IPCC第三次報告書中,根據(jù)近年來各國科學家的大量研究,對于在過去50年以來觀測到的主要是由人類活動引起的全球變暖這一事實,已經(jīng)得到了新的更準確的證據(jù),并且將1995年發(fā)表的IPCC第二次報告書中對于21世紀全球平均氣溫升高的預測值1.0～3.5℃修正為1.4～5.8℃。CH4是僅次于CO2的最重要的溫室氣體。冰芯資料表明,在1800年以前的至少2000年內,CH4在大氣中的體積比約0.8mL/m3。此后它的濃度已經(jīng)翻了一番多,并以平均1%/a左右的速度在增加。沼澤濕地是CH4最主要的自然源,其全球年排放估計值是100～200Tg,與之相對應的人工濕地——稻田的CH4全球年排放估計值是20～150Tg。三江平原是我國最大的沼澤濕地集中分布區(qū),近50年來,經(jīng)歷了長時間將濕地開墾為水田和旱田的歷史過程,特別是近20年來,稻田面積發(fā)展迅速。據(jù)統(tǒng)計,1983年稻田面積為13.47×104?hm2,到1997年稻田面積已達46.74×104?hm2。如此規(guī)模地將沼澤濕地開墾為水田,改變了沼澤濕地原有的水熱等條件,對CH4的排放會產(chǎn)生一定的影響。為了研究沼澤濕地改為稻田后CH4排放的變化,并且進行二者CH4排放通量的對比研究,2001年5～10月在三江平原沼澤濕地及其周邊的稻田進行了CH4排放的同步觀測。1稻田主要植物類型三江平原沼澤濕地位于黑龍江省的三江平原,以苔草沼澤為主,分布在河漫灘、湖灘和階地上的淺洼地,常年積水,水深10～50cm。因積水狀況不同,優(yōu)勢植物分別為毛果苔草(Carexlasiocarpa)、漂筏苔草(Carexpscudocuraica)和狹葉甜茅(Glyceriaspiculosa)等。土壤為腐殖質沼澤土、草甸沼澤土和泥炭沼澤土。此次觀測研究主要是進行沼澤濕地與稻田CH4排放量的對比研究,因此選擇與稻田水分條件相似的常年積水的毛果苔草沼澤進行CH4排放的觀測。毛果苔草沼澤是三江平原沼澤中面積最大的類型,約占三江平原沼澤總面積的57%。毛果苔草觀測地選擇位于三江平原的中國科學院三江平原沼澤濕地生態(tài)試驗站,海拔55m、133°31′E、47°35′N。稻田觀測點選擇在與毛果苔草觀測點直線距離約900m的稻田,該稻田是1996年由沼澤濕地開墾而成。種植的水稻品種為合江19,屬早熟品種,生育期138天。5月底插秧,插秧前施底肥二銨(45kg/hm2),6月份秧苗返青后追施水稻專用復合肥(225kg/hm2),7月中旬,施磷酸二氫鉀(15kg/hm2)。2樣品采集和測定CH4排放量的測定采用靜止箱法。采用長、寬0.5m、高0.5m的有機玻璃箱。為了使箱內CH4濃度均勻,箱內安置風扇。每個采樣點設一個相距3m的重復采樣點。常年積水的沼澤濕地表層水結冰后,基本無CH4排放。因此,采樣時間選擇在沼澤表面水非冰凍期的5月初至10月初。稻田的采樣時間為水稻的整個生長期,從5月末至10月初。兩觀測點每星期同步采樣兩次。每次采樣方法為,扣箱后立即用醫(yī)用注射器抽取第一個樣品,然后每隔10分鐘抽取下一個樣品,共取4個樣品。抽取的樣品注入真空瓶中,帶回實驗室進行分析。樣品分析在中國科學院南京土壤研究所土壤圈物質循環(huán)開放研究實驗室進行。使用型號為ShimadzuGC-12A氣相色譜儀的氫火焰離子化檢測器(FID)對CH4樣品進行分析,分離柱的填料為PoropakQ,分離柱溫為80℃,檢測器溫為200℃。CH4排放通量按下式計算:F=MV?dcdt?H?(273273+T)F=ΜV?dcdt?Η?(273273+Τ)式中,F為CH4排放通量[mg/(m2·h)];M為CH4的分子量;V為標準狀態(tài)下1摩爾CH4的體積;dc/ct為CH4濃度變化率;T為采樣箱內溫度;H為采樣箱的箱高。3月7月毛果苔草沼澤-1根據(jù)樣品分析數(shù)據(jù)的統(tǒng)計,2001年非冰凍期,三江平原毛果苔草沼澤CH4排放通量的最大值為46.38mg/(m2·h),平均值為17.29mg/(m2·h)。稻田CH4排放通量最大值為24.37mg/(m2·h),平均值為6.76mg/(m2·h)(表1)。毛果苔草沼澤在8月份,稻田在7、8月出現(xiàn)較明顯的CH4排放高峰(圖1)。CH4是在極端還原條件下,產(chǎn)CH4微生物活動的產(chǎn)物。產(chǎn)CH4菌的活動需要適宜的溫度,對于大多數(shù)產(chǎn)CH4微生物而言,這一最適溫度是35℃～37℃。三江平原8月份的氣溫接近這一最適溫度,估計這是造成出現(xiàn)排放高峰的原因。對比毛果苔草沼澤和稻田CH4的排放通量的平均值和最大值,前者分別是后者的2.5倍和1.9倍。由沼澤開墾的稻田CH4排放通量的平均值6.76mg/(m2·h),與吉林省稻田CH4排放通量的平均值7.65mg/(m2·h)接近,表明由沼澤濕地開墾后的稻田與普通稻田在CH4排放強度上無較大差別。4稻田間ch4排放的季節(jié)變化2001年5～10月對沼澤濕地和稻田CH4排放通量的同步觀測,結果表明前者的平均值和最大值均約為后者的2倍。如前所述,CH4是在極端還原條件下,產(chǎn)CH4微生物活動的產(chǎn)物。因此,土壤中氧化還原狀況對CH4的產(chǎn)生具有重要的影響。我們在觀測CH4排放的同時,也對毛果苔草沼澤和稻田土壤中氧化還原電位進行了測定。田間測定結果表明,毛果苔草沼澤的氧化還原電位一般低于稻田(圖2),由于CH4產(chǎn)生量與氧化還原電位成反比,這是導致毛果苔草沼澤產(chǎn)生的CH4比稻田多的重要原因。除了氧化還原條件外,溫度、土壤質地和土壤水分條件也是影響CH4生成和排放的重要環(huán)境因素。氣溫直接影響產(chǎn)CH4微生物的活性,土壤質地則通過影響土壤通透性和有機質的分解及產(chǎn)CH4菌的基質供應,盡而影響CH4排放。本次沼澤濕地和稻田CH4排放的觀測是同步進行的,因兩觀測點相距不遠,觀測時氣溫相同,水溫和土溫(稻田無水時測5cm深的土溫)也基本相同(圖3),因此,造成CH4排放通量的差異可排除氣溫條件。此外,兩觀測點的土壤質地均為粘質,無大的差別,土壤質地條件也可排除。水分條件則成為三江平原毛果苔草與稻田CH4排放量差別的最主要因素。圖4表明了CH4排放觀測期間毛果苔草沼澤和稻田水深的季節(jié)變化。毛果苔草沼澤在觀測期間始終處于積水狀態(tài)。稻田從5月底開始灌水插秧,到8月下旬,每隔5或6天灌水一次,保持淹水狀態(tài),從8月底開始撤水,從9月初至10月初觀測結束,稻田土壤表面處于無水狀態(tài)。對比CH4排放通量的季節(jié)變化和地表水分狀況的季節(jié)變化,顯示二者有較好的相關性。有報道在蘆葦濕地CH4排放觀測中,發(fā)現(xiàn)存在水層厚度增加CH4排放反而減少的現(xiàn)象,其解釋主要為,產(chǎn)生的CH4在穿越水層時被氧化掉的量增大。在我們的觀測中沒有發(fā)現(xiàn)這種情況。實質上,稻田水深反映的是氧化還原狀況,7、8月是多雨期,稻田處于持續(xù)的淹水狀態(tài),加之此時的高溫適宜產(chǎn)CH4微生物的活動,使得稻田CH4排放在此時出現(xiàn)高峰。毛果苔草沼澤也是如此,在整個觀測期間始終處于淹水狀態(tài),水層厚度最大時也正是高溫CH4排放活躍期,此時,盡管CH4在水中被氧化的幾率增大,但不足以抵消CH4整體排放趨勢。土地利用方式的改變是造成沼澤濕地與沼澤濕地開墾成的稻田之間CH4排放通量產(chǎn)生差異的另一個重要的原因。首先,沼澤濕地改變?yōu)榈咎锖?每年春季的翻耕破壞了土壤表層的結構,原有的極端還原環(huán)境發(fā)生變化,使產(chǎn)CH4菌的活性受到抑制。其次,CH4的產(chǎn)生源于產(chǎn)CH4微生物對有機質的分解。沼澤濕地開墾為稻田后,土壤中的有機質含量呈逐年下降趨勢,從而導致CH4排放強度發(fā)生變化。沼澤濕地開墾為稻田后,經(jīng)過若干年的耕作,土壤的理化性質逐漸接近于普通水稻土的理化性質。本次觀測的稻田CH4排放通量與東北地區(qū)普通稻田CH4排放通量基本處于同一強度水平也證明了這一點。5高溫期和季節(jié)對排放的影響1)2001年5～10月,同步觀測結果為:三江平原沼澤濕地CH4排放通量的平均值是沼澤濕地開墾后稻田的2.5倍。2)沼澤濕地和稻田CH4排放均呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化,在7、8月多雨高溫期出現(xiàn)排放高峰。3)在氣溫、水溫、土溫及