小興安嶺沼澤甲烷排放及其對人為干擾的響應研究

【摘要】： 小興安嶺是我國主要山區(qū)濕地分布區(qū)之一,區(qū)內(nèi)有草叢沼澤、灌叢沼澤和森林沼澤等多種沼澤濕地類型,因此,在我國濕地研究中占有重要地位。本文以小興安嶺山區(qū)7種沼澤濕地類型:苔草(Carex schmidtii)沼澤、灌叢(Betula ovalifolia)沼澤、毛赤楊(Alnus sibirica)沼澤、白樺(Betula platyphylla)沼澤、落葉松(Larix gmelinii)-苔草沼澤、落葉松-蘚類(moss)沼澤和落葉松-泥炭蘚(Sphagnum spp.)沼澤為研究對象,利用靜態(tài)暗箱-氣相色譜法,研究兩個生長季內(nèi)沼澤濕地在自然狀態(tài)下甲烷排放通量的時間和空間變化規(guī)律及其主要影響因素,以及草叢和灌叢沼澤在排水造林干擾、森林沼澤在采伐干擾方式下,沼澤甲烷通量的變化。結(jié)果表明: (1)小興安嶺沼澤甲烷通量無統(tǒng)一的日變化規(guī)律,且與溫度和水位這兩個環(huán)境因子的相關性較弱。7個沼澤類型中,僅毛赤楊沼澤和白樺沼澤甲烷通量峰值在不同季節(jié)出現(xiàn)時間大致相同,且都為單峰曲線;苔草沼澤、灌叢沼澤和落葉松-泥炭蘚沼澤甲烷通量的峰值在不同季節(jié)出現(xiàn)的時間不同,多數(shù)為單峰曲線;落葉松-苔草沼澤和落葉松-蘚類沼澤甲烷通量速率較小,多數(shù)時間吸收甲烷,沒有明顯的日變化規(guī)律。 (2)小興安嶺沼澤甲烷通量的季節(jié)排放峰值基本都出現(xiàn)在夏季和秋季,而在春季和秋末,甲烷通量始終較低。溫度對沼澤甲烷通量季節(jié)變化影響較大,但受到水位的限制,水位較高的沼澤類型甲烷通量的季節(jié)變化與溫度相關性較好,而水位較低的沼澤類型甲烷通量的季節(jié)變化與溫度相關性不好。 (3)苔草沼澤、灌叢沼澤、毛赤楊沼澤和白樺沼澤的甲烷通量在兩個生長季之間的差異較大,2008年生長季平均甲烷通量(19.88-820.22mg·m~(-2)·d~(-1))是2007年(0.64-44.56mg·m~(-2)·d~(-1))的5-31倍;落葉松-泥炭蘚沼澤2007年為大氣甲烷的較大排放源(56.08mg·m~(-2)·d~(-1)),而2008年為大氣甲烷的匯(-0.19mg·m~(-2)·d~(-1));而落葉松-苔草沼澤和落葉松-蘚類沼澤在兩個生長季之間沒有顯著差異。年際間平均水位的差異,以及年際間水位季節(jié)波動的差異,是小興安嶺沼澤甲烷通量年際間差異的主要影響因素。 (4)小興安嶺沼澤甲烷通量的空間變異性非常大,苔草沼澤和毛赤楊沼澤為較高的甲烷排放源,落葉松-泥炭蘚沼澤、白樺沼澤和灌叢沼澤為較低的甲烷排放源,而落葉松-苔草沼澤和落葉松-蘚類沼澤為大氣甲烷的弱匯,兩個生長季的平均通量依次為:456.63mg·m~(-2)·d~(-1)、239.39mg·m~(-2)·d~(-1)、26.19mg·m~(-2)·d~(-1)、10.86mg·m~(-2)·d~(-1)、6.49mg·m~(-2)·d~(-1)、-0.69mg·m~(-2)·d~(-1)和-1.42mg·m~(-2)·d~(-1)。水位和草本植物生物量的差異共同導致小興安嶺沼澤甲烷通量的空間變異性,水位和草本植物生物量較高的地點甲烷通量也較高,相反,水位和草本植物生物量很低的類型甲烷通量較低。溫度可能也會對沼澤甲烷空間變化有一定的影響,但作用小于水位和植被。此外,爆發(fā)式通量對沼澤甲烷通量空間變化的影響也很大。用草本植物生物量預測不同沼澤類型間甲烷通量的差異,比用喬木和灌木生物量預測的效果好。 (5)水位下降時部分沼澤類型(落葉松-泥炭蘚沼澤)會產(chǎn)生爆發(fā)式通量現(xiàn)象,這對沼澤甲烷通量的日變化、季節(jié)變化、年際變化以及空間變化都有較大的影響,同時,也會影響沼澤甲烷通量時空變化規(guī)律與環(huán)境因子的相關性,因此在觀測和估計甲烷通量時不能將其忽略。 (6)東北山區(qū)沼澤生長季甲烷排放量和年甲烷排放總量分別為1.49 Tg和1.56Tg,為我國天然沼澤甲烷排放量最大的區(qū)域。 (7)天然沼澤排水造林后,甲烷通量大大降低。天然苔草沼澤和灌叢沼澤為大氣甲烷排放源,10年的落葉松人工林仍為甲烷的排放源,但排放量相對較低,為天然灌叢沼澤的約1/3,僅為天然苔草沼澤的約1/50,而20年的落葉松人工林轉(zhuǎn)變?yōu)榧淄榈膮R。人工林內(nèi)排水溝仍為甲烷排放源,但排放通量大大降低,而造林壟臺僅有微弱甲烷排放或轉(zhuǎn)變?yōu)榧淄榈膮R。沼澤排水造林引起的水位下降和維管植物減少是導致甲烷排放量減少的主要原因。排水溝相對面積減少也會導致人工林甲烷排放速率降低。 (8)擇伐和皆伐都導致3個類型的森林沼澤作為大氣甲烷匯的功能降低,或者由大氣甲烷的匯轉(zhuǎn)變?yōu)榧淄榈脑?。這主要是由于采伐后溫度和水位發(fā)生變化,二者的共同作用導致采伐后森林沼澤甲烷通量的變化。在有必要對森林沼澤的樹木資源進行利用時,為減少甲烷氣體的排放,應該盡量避免進行皆伐,只能進行適當?shù)膿穹ァ? 【關鍵詞】：甲烷排放 沼澤 排水造林 采伐 小興安嶺
【學位授予單位】：東北林業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：X37
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-13
• 1 緒論13-22
• 1.1 課題背景13
• 1.2 國內(nèi)外研究進展13-20
• 1.2.1 天然濕地甲烷的產(chǎn)生、氧化與傳輸13-14
• 1.2.2 天然濕地甲烷排放的時空動態(tài)14-16
• 1.2.3 天然濕地甲烷排放的影響因素16-18
• 1.2.4 人為干擾對濕地甲烷排放的影響18-19
• 1.2.5 我國濕地甲烷排放的研究19
• 1.2.6 問題及趨勢19-20
• 1.3 研究目的和意義20-21
• 1.4 主要研究內(nèi)容21-22
• 2 研究區(qū)概況與研究方法22-26
• 2.1 研究區(qū)概況22-24
• 2.2 研究方法24-25
• 2.2.1 樣品的采集24
• 2.2.2 樣品的分析24
• 2.2.3 環(huán)境因子監(jiān)測24-25
• 2.3 數(shù)據(jù)處理25-26
• 3 沼澤甲烷排放的日變化及其影響因素26-31
• 3.1 研究方法26
• 3.1.1 氣體取樣時間26
• 3.1.2 氣體采集和分析方法26
• 3.1.3 數(shù)據(jù)分析26
• 3.2 結(jié)果與分析26-28
• 3.2.1 甲烷通量的同變化規(guī)律26-28
• 3.2.2 甲烷日變化與主要環(huán)境因子的關系28
• 3.3 討論28-29
• 3.3.1 甲烷通量的同變化規(guī)律28-29
• 3.3.2 影響甲烷通量同變化的主要環(huán)境因子29
• 3.4 本章小結(jié)29-31
• 4 沼澤甲烷排放的季節(jié)變化及其影響因素31-38
• 4.1 研究方法31
• 4.2 結(jié)果與分析31-34
• 4.2.1 沼澤甲烷排放的季節(jié)變化規(guī)律31-33
• 4.2.2 沼澤甲烷排放季節(jié)變化的影響因子33-34
• 4.3 討論34-37
• 4.3.1 沼澤甲烷排放的季節(jié)變化規(guī)律34-36
• 4.3.2 沼澤甲烷排放季節(jié)變化的影響因子36-37
• 4.4 本章小結(jié)37-38
• 5 沼澤甲烷排放的年際變化及其影響因素38-43
• 5.1 研究方法38
• 5.2 結(jié)果與分析38-40
• 5.2.1 氣溫和水位的年際變化38
• 5.2.2 甲烷通量的年際變化38-39
• 5.2.3 甲烷通量的年際變化與溫度和水位變化的關系39-40
• 5.3 討論40-42
• 5.4 本章小結(jié)42-43
• 6 沼澤甲烷排放的空間變化及其影響因素43-51
• 6.1 研究方法43
• 6.2 結(jié)果與分析43-47
• 6.2.1 沼澤甲烷排放的空間變化規(guī)律43-44
• 6.2.2 沼澤甲烷排放空間變化的影響因素44-47
• 6.3 討論47-50
• 6.3.1 溫度對沼澤甲烷排放空間變化的影響47-48
• 6.3.2 水位對沼澤甲烷排放空間變化的影響48
• 6.3.3 植被對沼澤甲烷排放空間變化的影響48-49
• 6.3.4 異常通量對沼澤甲烷排放空間變化的影響49-50
• 6.4 本章小結(jié)50-51
• 7 東北山區(qū)沼澤甲烷排放總量的初步估計51-55
• 7.1 研究方法51
• 7.1.1 東北山區(qū)沼澤濕地面積51
• 7.1.2 東北山區(qū)沼澤濕地甲烷通量的加權(quán)平均值51
• 7.2 結(jié)果51-52
• 7.3 討論52-53
• 7.4 本章小結(jié)53-55
• 8 排水造林干擾對沼澤甲烷排放的影響55-64
• 8.1 試驗設計及研究方法55-56
• 8.1.1 試驗區(qū)選擇及試驗設計55-56
• 8.1.2 氣體樣品的采集及分析56
• 8.1.3 環(huán)境因子的觀測56
• 8.1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析56
• 8.2 結(jié)果與討論56-63
• 8.2.1 沼澤排水造林前后環(huán)境因子變化56-58
• 8.2.2 沼澤排水造林前后甲烷通量季節(jié)變化規(guī)律58-59
• 8.2.3 沼澤排水造林前后生長季甲烷平均通量和排放總量59-60
• 8.2.4 沼澤排水造林前后甲烷通量變化的主要影響因素60-63
• 8.3 本章小結(jié)63-64
• 9 采伐干擾對森林沼澤甲烷排放的影響64-70
• 9.1 試驗設計及研究方法64-65
• 9.1.1 試驗區(qū)選擇及試驗設計64
• 9.1.2 氣體樣品的采集及分析64
• 9.1.3 環(huán)境因子的觀測64-65
• 9.1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析65
• 9.2 結(jié)果與分析65-68
• 9.2.1 采伐對森林沼澤土壤溫度和水位季節(jié)變化規(guī)律的影響65
• 9.2.2 采伐對森林沼澤甲烷通量季節(jié)變化規(guī)律的影響65-66
• 9.2.3 采伐對森林沼澤季節(jié)平均甲烷通量的影響66-68
• 9.3 討論68-69
• 9.3.1 采伐對森林沼澤土壤溫度和水位的影響68
• 9.3.2 采伐對森林沼澤甲烷通量的影響68-69
• 9.4 本章小結(jié)69-70
• 結(jié)論70-72
• 參考文獻72-85
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文85-86
• 致謝86-87

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小興安嶺的生態(tài)夢    本報記者 仉慶華

讓沼澤濕地水流草長青    本報記者　 殷尚清

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