小兴安岭沼泽甲烷排放及其对人为干扰的响应研究

【摘要】： 小兴安岭是我国主要山区湿地分布区之一,区内有草丛沼泽、灌丛沼泽和森林沼泽等多种沼泽湿地类型,因此,在我国湿地研究中占有重要地位。本文以小兴安岭山区7种沼泽湿地类型:苔草(Carex schmidtii)沼泽、灌丛(Betula ovalifolia)沼泽、毛赤杨(Alnus sibirica)沼泽、白桦(Betula platyphylla)沼泽、落叶松(Larix gmelinii)-苔草沼泽、落叶松-藓类(moss)沼泽和落叶松-泥炭藓(Sphagnum spp.)沼泽为研究对象,利用静态暗箱-气相色谱法,研究两个生长季内沼泽湿地在自然状态下甲烷排放通量的时间和空间变化规律及其主要影响因素,以及草丛和灌丛沼泽在排水造林干扰、森林沼泽在采伐干扰方式下,沼泽甲烷通量的变化。结果表明: (1)小兴安岭沼泽甲烷通量无统一的日变化规律,且与温度和水位这两个环境因子的相关性较弱。7个沼泽类型中,仅毛赤杨沼泽和白桦沼泽甲烷通量峰值在不同季节出现时间大致相同,且都为单峰曲线;苔草沼泽、灌丛沼泽和落叶松-泥炭藓沼泽甲烷通量的峰值在不同季节出现的时间不同,多数为单峰曲线;落叶松-苔草沼泽和落叶松-藓类沼泽甲烷通量速率较小,多数时间吸收甲烷,没有明显的日变化规律。 (2)小兴安岭沼泽甲烷通量的季节排放峰值基本都出现在夏季和秋季,而在春季和秋末,甲烷通量始终较低。温度对沼泽甲烷通量季节变化影响较大,但受到水位的限制,水位较高的沼泽类型甲烷通量的季节变化与温度相关性较好,而水位较低的沼泽类型甲烷通量的季节变化与温度相关性不好。 (3)苔草沼泽、灌丛沼泽、毛赤杨沼泽和白桦沼泽的甲烷通量在两个生长季之间的差异较大,2008年生长季平均甲烷通量(19.88-820.22mg·m~(-2)·d~(-1))是2007年(0.64-44.56mg·m~(-2)·d~(-1))的5-31倍;落叶松-泥炭藓沼泽2007年为大气甲烷的较大排放源(56.08mg·m~(-2)·d~(-1)),而2008年为大气甲烷的汇(-0.19mg·m~(-2)·d~(-1));而落叶松-苔草沼泽和落叶松-藓类沼泽在两个生长季之间没有显著差异。年际间平均水位的差异,以及年际间水位季节波动的差异,是小兴安岭沼泽甲烷通量年际间差异的主要影响因素。 (4)小兴安岭沼泽甲烷通量的空间变异性非常大,苔草沼泽和毛赤杨沼泽为较高的甲烷排放源,落叶松-泥炭藓沼泽、白桦沼泽和灌丛沼泽为较低的甲烷排放源,而落叶松-苔草沼泽和落叶松-藓类沼泽为大气甲烷的弱汇,两个生长季的平均通量依次为: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异共同导致小兴安岭沼泽甲烷通量的空间变异性,水位和草本植物生物量较高的地点甲烷通量也较高,相反,水位和草本植物生物量很低的类型甲烷通量较低。温度可能也会对沼泽甲烷空间变化有一定的影响,但作用小于水位和植被。此外,爆发式通量对沼泽甲烷通量空间变化的影响也很大。用草本植物生物量预测不同沼泽类型间甲烷通量的差异,比用乔木和灌木生物量预测的效果好。 (5)水位下降时部分沼泽类型(落叶松-泥炭藓沼泽)会产生爆发式通量现象,这对沼泽甲烷通量的日变化、季节变化、年际变化以及空间变化都有较大的影响,同时,也会影响沼泽甲烷通量时空变化规律与环境因子的相关性,因此在观测和估计甲烷通量时不能将其忽略。 (6)东北山区沼泽生长季甲烷排放量和年甲烷排放总量分别为1.49 Tg和1.56Tg,为我国天然沼泽甲烷排放量最大的区域。 (7)天然沼泽排水造林后,甲烷通量大大降低。天然苔草沼泽和灌丛沼泽为大气甲烷排放源,10年的落叶松人工林仍为甲烷的排放源,但排放量相对较低,为天然灌丛沼泽的约1/3,仅为天然苔草沼泽的约1/50,而20年的落叶松人工林转变为甲烷的汇。人工林内排水沟仍为甲烷排放源,但排放通量大大降低,而造林垄台仅有微弱甲烷排放或转变为甲烷的汇。沼泽排水造林引起的水位下降和维管植物减少是导致甲烷排放量减少的主要原因。排水沟相对面积减少也会导致人工林甲烷排放速率降低。 (8)择伐和皆伐都导致3个类型的森林沼泽作为大气甲烷汇的功能降低,或者由大气甲烷的汇转变为甲烷的源。这主要是由于采伐后温度和水位发生变化,二者的共同作用导致采伐后森林沼泽甲烷通量的变化。在有必要对森林沼泽的树木资源进行利用时,为减少甲烷气体的排放,应该尽量避免进行皆伐,只能进行适当的择伐。 【关键词】：甲烷排放 沼泽 排水造林 采伐 小兴安岭
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：X37
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-13
• 1 绪论13-22
• 1.1 课题背景13
• 1.2 国内外研究进展13-20
• 1.2.1 天然湿地甲烷的产生、氧化与传输13-14
• 1.2.2 天然湿地甲烷排放的时空动态14-16
• 1.2.3 天然湿地甲烷排放的影响因素16-18
• 1.2.4 人为干扰对湿地甲烷排放的影响18-19
• 1.2.5 我国湿地甲烷排放的研究19
• 1.2.6 问题及趋势19-20
• 1.3 研究目的和意义20-21
• 1.4 主要研究内容21-22
• 2 研究区概况与研究方法22-26
• 2.1 研究区概况22-24
• 2.2 研究方法24-25
• 2.2.1 样品的采集24
• 2.2.2 样品的分析24
• 2.2.3 环境因子监测24-25
• 2.3 数据处理25-26
• 3 沼泽甲烷排放的日变化及其影响因素26-31
• 3.1 研究方法26
• 3.1.1 气体取样时间26
• 3.1.2 气体采集和分析方法26
• 3.1.3 数据分析26
• 3.2 结果与分析26-28
• 3.2.1 甲烷通量的同变化规律26-28
• 3.2.2 甲烷日变化与主要环境因子的关系28
• 3.3 讨论28-29
• 3.3.1 甲烷通量的同变化规律28-29
• 3.3.2 影响甲烷通量同变化的主要环境因子29
• 3.4 本章小结29-31
• 4 沼泽甲烷排放的季节变化及其影响因素31-38
• 4.1 研究方法31
• 4.2 结果与分析31-34
• 4.2.1 沼泽甲烷排放的季节变化规律31-33
• 4.2.2 沼泽甲烷排放季节变化的影响因子33-34
• 4.3 讨论34-37
• 4.3.1 沼泽甲烷排放的季节变化规律34-36
• 4.3.2 沼泽甲烷排放季节变化的影响因子36-37
• 4.4 本章小结37-38
• 5 沼泽甲烷排放的年际变化及其影响因素38-43
• 5.1 研究方法38
• 5.2 结果与分析38-40
• 5.2.1 气温和水位的年际变化38
• 5.2.2 甲烷通量的年际变化38-39
• 5.2.3 甲烷通量的年际变化与温度和水位变化的关系39-40
• 5.3 讨论40-42
• 5.4 本章小结42-43
• 6 沼泽甲烷排放的空间变化及其影响因素43-51
• 6.1 研究方法43
• 6.2 结果与分析43-47
• 6.2.1 沼泽甲烷排放的空间变化规律43-44
• 6.2.2 沼泽甲烷排放空间变化的影响因素44-47
• 6.3 讨论47-50
• 6.3.1 温度对沼泽甲烷排放空间变化的影响47-48
• 6.3.2 水位对沼泽甲烷排放空间变化的影响48
• 6.3.3 植被对沼泽甲烷排放空间变化的影响48-49
• 6.3.4 异常通量对沼泽甲烷排放空间变化的影响49-50
• 6.4 本章小结50-51
• 7 东北山区沼泽甲烷排放总量的初步估计51-55
• 7.1 研究方法51
• 7.1.1 东北山区沼泽湿地面积51
• 7.1.2 东北山区沼泽湿地甲烷通量的加权平均值51
• 7.2 结果51-52
• 7.3 讨论52-53
• 7.4 本章小结53-55
• 8 排水造林干扰对沼泽甲烷排放的影响55-64
• 8.1 试验设计及研究方法55-56
• 8.1.1 试验区选择及试验设计55-56
• 8.1.2 气体样品的采集及分析56
• 8.1.3 环境因子的观测56
• 8.1.4 数据统计分析56
• 8.2 结果与讨论56-63
• 8.2.1 沼泽排水造林前后环境因子变化56-58
• 8.2.2 沼泽排水造林前后甲烷通量季节变化规律58-59
• 8.2.3 沼泽排水造林前后生长季甲烷平均通量和排放总量59-60
• 8.2.4 沼泽排水造林前后甲烷通量变化的主要影响因素60-63
• 8.3 本章小结63-64
• 9 采伐干扰对森林沼泽甲烷排放的影响64-70
• 9.1 试验设计及研究方法64-65
• 9.1.1 试验区选择及试验设计64
• 9.1.2 气体样品的采集及分析64
• 9.1.3 环境因子的观测64-65
• 9.1.4 数据统计分析65
• 9.2 结果与分析65-68
• 9.2.1 采伐对森林沼泽土壤温度和水位季节变化规律的影响65
• 9.2.2 采伐对森林沼泽甲烷通量季节变化规律的影响65-66
• 9.2.3 采伐对森林沼泽季节平均甲烷通量的影响66-68
• 9.3 讨论68-69
• 9.3.1 采伐对森林沼泽土壤温度和水位的影响68
• 9.3.2 采伐对森林沼泽甲烷通量的影响68-69
• 9.4 本章小结69-70
• 结论70-72
• 参考文献72-85
• 攻读学位期间发表的学术论文85-86
• 致谢86-87

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