崇西湿地的甲烷释放及封碳效应

【摘要】：湿地被认为是大气中温室气体甲烷(CH4)的源,随着全球变暖的加剧,湿地CH4的释放日益受到关注。CH4的释放是一个复杂的过程,受到众多因素的影响,导致研究结果不一。特殊的水文周期和植被状况使得河口区域的碳源/汇功能与内陆湿地不同,并且河口区域作为海陆交汇处,在全球变化中起着重要的作用。尽管如此,有关河口湿地,特别是淡水河口湿地CH4释放的研究并不多见。 本研究于2008年-2010年间,以长江口崇西湿地为研究对象,运用改进的静态箱法探讨了不同高程区域和植被分布状况下CH4释放的时空变异。分析了不同高程下淹水频率对CH4释放的影响,以及植被固定CO2和释放CH4的作用。为河口生态工程提供减少湿地温室气体释放的管理策略。同时,对比了崇西湿地营建林泽区形成木本沼泽后的CH4释放变化。最后,通过分析崇西湿地固碳和释碳的总体效果,探讨崇西湿地的封碳效应。主要研究结果如下： (1)在崇西湿地按照高程的不同测定了CH4释放的差异。通过分析有植物覆盖区和无植被覆盖区以及割除植被区的CH4释放差异,探讨植被对CH4的作用。结果表明,淡水河口湿地的CH4释放呈现出明显的季节特征,最大值出现在夏季和夏末,最小值出现在初春和冬季。CH4释放沿着高程的降低而增加,但是最低值出现在高程最低的光滩(0.438 g m-2yr-1)。高程区(HE)和中高程区(LE)年均释放CH4分别为15 g m-2yr-1,100.87gm-2yr-1。尽管CH4释放随着淹水频率的增加而增加,但是有植被覆盖区和无植被覆盖区CH4释放的差异明显大于淹水造成的差异,暗示着CH4释放差异主要受到植被的影响,植被提供了CH4产生必需的碳底质。割除植被实验表明植被割除显著减少了CH4的释放,高程区和中高程区CH4年均释放分别为和6.65gm-2yr-1和42.58gm-2yr-1。植被对CH4释放起着传输作用,并且最大值出现在夏季。 中高程区植被的高光合速率不仅仅增加了CH4的释放而且固定更多的碳。尽管如此,高程区的CH4释放量与光合固碳量的比率比中高程区要低,分别为0.3%和1.6%。 (2)通过自设计的潮汐模拟中型实验生态系统进一步分析了潮周期过程中CH4释放差异以及植被在潮汐不同阶段的传输效应。从淹水前到淹水后的一个潮周期内,长期淹没样点和短期淹没样点的CH4释放分别在淹没期达到最小和最大释放(1.21 mgCH4 m-2h-1 vs.1.18 mgCH4 m-2h-1),割除植被后样点CH4释放均减少,并且样点间释放量差异不大,可见植被的传输效应起着重要作用。植被的存在增加了大约41.5%-69%的CH4释放。 (3)实验室针对芦苇(Phragmites australis)自身好氧产CH4的可能性进行的离体芦苇茎干和叶片的CH4释放研究发现,离体茎干释放大约0.2-0.7μL L-1 CH4,且下部茎干的CH4释放量要明显高于上部茎干和叶片,随后均不再增加。说明芦苇自身并不产生CH4,而是传输土壤CH4气体。同时,传输作用主要发生在植株的下部茎干。 (4)不同植被类型覆盖的区域,CH4释放存在差异。木本植物江南桤木(Alnus trabeculosa)引入崇西湿地后造成土壤CH4释放减少。江南桤木的引入既造成了CH4释放减少,同时增加了环境异质性,对湿地生态系统起着积极作用。 (5)最后,通过开路式涡度相关系统对长江口崇西湿地净生态系统碳交换以及静态箱法对CH4释放的研究,结果表明,湿地年固碳约为-0.225 kgCO2-C m-2yr-1,年释放CH4约为0.075 kgCH4-C m-2yr-1。总体而言,崇西湿地年碳交换量为-0.15kgC m-2yr-1,减少了大气中的碳含量。 尽管湿地是CH4的源,但同时也是CO2的汇。总体上而言,崇西湿地具备固碳封碳的效应。 【关键词】：甲烷 二氧化碳 潮汐 高程 淹没频率 芦苇 江南桤木 长江口 封碳效应
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X171
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-13
• 目录13-17
• 第一章 绪论17-33
• 1 研究背景17-19
• 2 湿地甲烷释放以及影响因素的研究进展19-29
• 2.1 湿地与碳通量19-21
• 2.2 湿地甲烷释放21-23
• 2.3 影响甲烷释放的主要因素23-28
• 2.4 存在的问题28-29
• 3 河口湿地的特征及其甲烷释放研究进展29-33
• 3.1 河口湿地的特征29-30
• 3.2 河口湿地甲烷释放研究进展30-33
• 第二章 研究区域和技术路线33-38
• 1 研究区域概况33-34
• 2 研究目标及意义34-35
• 3 技术路线及研究内容35-38
• 第三章 河口湿地不同高程甲烷释放的时空变化及影响因素38-55
• 1 引言38-39
• 2 材料与方法39-44
• 2.1 研究区域39-41
• 2.2 方法41-44
• 3 结果44-50
• 3.1 甲烷释放的时空变化特征44-47
• 3.2 植被对甲烷的传输作用47-49
• 3.3 甲烷释放与潮汐淹没的关系49-50
• 3.4 环境因素50
• 4 讨论50-53
• 4.1 潮汐和甲烷释放50-52
• 4.2 植被和甲烷释放52-53
• 5 小结53-55
• 第四章 潮汐不同阶段甲烷的释放及其分配55-67
• 1 引言55-56
• 2 材料与方法56-59
• 2.1 潮汐模拟中型实验生态系统56-57
• 2.2 潮汐水取样57
• 2.3 气体采集与分析57-59
• 2.4 环境参数59
• 2.5 数据分析59
• 3 结果59-62
• 3.1 潮汐不同阶段甲烷释放59-61
• 3.2 潮汐淹没期水体甲烷与甲烷释放61-62
• 4 讨论62-65
• 4.1 潮汐不同阶段甲烷释放及芦苇的作用62-64
• 4.2 潮汐不同阶段水体甲烷与水气界面通量64-65
• 5 小结65-67
• 第五章 植被自身的产甲烷作用67-73
• 1 前言67-68
• 2 材料与方法68-69
• 2.1 样点及植物样品采集68
• 2.2 实验室培育实验68-69
• 2.3 气体分析69
• 2.4 数据分析69
• 3 结果69-70
• 3.1 芦苇产甲烷作用69-70
• 3.2 江南桤木产甲烷作用70
• 4 讨论70-72
• 4.1 芦苇产甲烷作用70-72
• 4.2 江南桤木产甲烷作用72
• 5 小结72-73
• 第六章 木本植物的引入对甲烷释放的影响73-89
• 1 引言73-74
• 2 材料与方法74-76
• 2.1 研究区域74
• 2.2 采样方法74-75
• 2.3 气体采集与分法75
• 2.4 植被状态与土壤环境参数75
• 2.5 数据分析75-76
• 3 结果76-81
• 3.1 芦苇区和林泽区的甲烷释放季节变化76-77
• 3.2 芦苇区和林泽区的甲烷释放日变化77-78
• 3.3 甲烷释放的影响因素研究78-81
• 4 讨论81-84
• 4.1 芦苇区和林泽区的甲烷释放81-83
• 4.2 植被与甲烷释放83-84
• 4.3 不同植被分布的河口湿地甲烷释放对比84
• 5 结论84-89
• 第七章 崇西湿地的封碳效应89-102
• 1 引言89-90
• 2 材料与方法90-92
• 2.1 实验地点90-91
• 2.2 实验方法91
• 2.3 数据剔除与分析方法91-92
• 3 结果与分析92-98
• 3.1 二氧化碳交换92-96
• 3.2 甲烷释放96-97
• 3.3 崇西湿地的封碳效应97-98
• 4 讨论98-100
• 4.1 生态系统二氧化碳交换98-99
• 4.2 生态系统甲烷释放99-100
• 4.3 崇西湿地的封碳效应100
• 5 结论100-102
• 第八章 总结与展望102-106
• 1 主要结论102-104
• 2 研究展望104-106
• 参考文献106-124
• 附录一 博士就读期间主要科研成果124-125
• 1 参加的科研项目124
• 2 发表的主要论文124-125
• 致谢125

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