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(wèn)題。全世界各界國(guó)家和科學(xué)家都面臨著這樣的問(wèn)題。2000年發(fā)表的IPCC第三次報(bào)告書中,根據(jù)近年來(lái)各國(guó)科學(xué)家的大量研究,對(duì)于在過(guò)去50年以來(lái)觀測(cè)到的主要是由人類活動(dòng)引起的全球變暖這一事實(shí),已經(jīng)得到了新的更準(zhǔn)確的證據(jù),并且將1995年發(fā)表的IPCC第二次報(bào)告書中對(duì)于21世紀(jì)全球平均氣溫升高的預(yù)測(cè)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(nèi),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(jì)值是100～200Tg,與之相對(duì)應(yīng)的人工濕地——稻田的CH4全球年排放估計(jì)值是20～150Tg。三江平原是我國(guó)最大的沼澤濕地集中分布區(qū),近50年來(lái),經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間將濕地開(kāi)墾為水田和旱田的歷史過(guò)程,特別是近20年來(lái),稻田面積發(fā)展迅速。據(jù)統(tǒng)計(jì),1983年稻田面積為13.47×104?hm2,到1997年稻田面積已達(dá)46.74×104?hm2。如此規(guī)模地將沼澤濕地開(kāi)墾為水田,改變了沼澤濕地原有的水熱等條件,對(duì)CH4的排放會(huì)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(jìn)行二者CH4排放通量的對(duì)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(jìn)行了CH4排放的同步觀測(cè)。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(shì)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(zhì)沼澤土、草甸沼澤土和泥炭沼澤土。此次觀測(cè)研究主要是進(jìn)行沼澤濕地與稻田CH4排放量的對(duì)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(jìn)行CH4排放的觀測(cè)。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(cè)地選擇位于三江平原的中國(guó)科學(xué)院三江平原沼澤濕地生態(tài)試驗(yàn)站,海拔55m、133°31′E、47°35′N。稻田觀測(cè)點(diǎn)選擇在與毛果苔草觀測(cè)點(diǎn)直線距離約900m的稻田,該稻田是1996年由沼澤濕地開(kāi)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(fù)合肥(225kg/hm2),7月中旬,施磷酸二氫鉀(15kg/hm2)。2樣品采集和測(cè)定CH4排放量的測(cè)定采用靜止箱法。采用長(zhǎng)、寬0.5m、高0.5m的有機(jī)玻璃箱。為了使箱內(nèi)CH4濃度均勻,箱內(nèi)安置風(fēng)扇。每個(gè)采樣點(diǎn)設(shè)一個(gè)相距3m的重復(fù)采樣點(diǎn)。常年積水的沼澤濕地表層水結(jié)冰后,基本無(wú)CH4排放。因此,采樣時(shí)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(shí)間為水稻的整個(gè)生長(zhǎng)期,從5月末至10月初。兩觀測(cè)點(diǎn)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(gè)樣品,然后每隔10分鐘抽取下一個(gè)樣品,共取4個(gè)樣品。抽取的樣品注入真空瓶中,帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。樣品分析在中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所土壤圈物質(zhì)循環(huán)開(kāi)放研究實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。使用型號(hào)為ShimadzuGC-12A氣相色譜儀的氫火焰離子化檢測(cè)器(FID)對(duì)CH4樣品進(jìn)行分析,分離柱的填料為PoropakQ,分離柱溫為80℃,檢測(cè)器溫為200℃。CH4排放通量按下式計(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(nèi)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(jì),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(dòng)的產(chǎn)物。產(chǎn)CH4菌的活動(dòng)需要適宜的溫度,對(duì)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(jì)這是造成出現(xiàn)排放高峰的原因。對(duì)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(kāi)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(kāi)墾后的稻田與普通稻田在CH4排放強(qiáng)度上無(wú)較大差別。4稻田間ch4排放的季節(jié)變化2001年5～10月對(duì)沼澤濕地和稻田CH4排放通量的同步觀測(cè),結(jié)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(dòng)的產(chǎn)物。因此,土壤中氧化還原狀況對(duì)CH4的產(chǎn)生具有重要的影響。我們?cè)谟^測(cè)CH4排放的同時(shí),也對(duì)毛果苔草沼澤和稻田土壤中氧化還原電位進(jìn)行了測(cè)定。田間測(cè)定結(jié)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(dǎo)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(zhì)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(zhì)地則通過(guò)影響土壤通透性和有機(jī)質(zhì)的分解及產(chǎn)CH4菌的基質(zhì)供應(yīng),盡而影響CH4排放。本次沼澤濕地和稻田CH4排放的觀測(cè)是同步進(jìn)行的,因兩觀測(cè)點(diǎn)相距不遠(yuǎn),觀測(cè)時(shí)氣溫相同,水溫和土溫(稻田無(wú)水時(shí)測(cè)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(cè)點(diǎn)的土壤質(zhì)地均為粘質(zhì),無(wú)大的差別,土壤質(zhì)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(cè)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(cè)期間始終處于積水狀態(tài)。稻田從5月底開(kāi)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(kāi)始撤水,從9月初至10月初觀測(cè)結(jié)束,稻田土壤表面處于無(wú)水狀態(tài)。對(duì)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(guān)性。有報(bào)道在蘆葦濕地CH4排放觀測(cè)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(shí)被氧化掉的量增大。在我們的觀測(cè)中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這種情況。實(shí)質(zhì)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(shí)的高溫適宜產(chǎn)CH4微生物的活動(dòng),使得稻田CH4排放在此時(shí)出現(xiàn)高峰。毛果苔草沼澤也是如此,在整個(gè)觀測(cè)期間始終處于淹水狀態(tài),水層厚度最大時(shí)也正是高溫CH4排放活躍期,此時(shí),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(shì)。土地利用方式的改變是造成沼澤濕地與沼澤濕地開(kāi)墾成的稻田之間CH4排放通量產(chǎn)生差異的另一個(gè)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(jié)構(gòu),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(duì)有機(jī)質(zhì)的分解。沼澤濕地開(kāi)墾為稻田后,土壤中的有機(jī)質(zhì)含量呈逐年下降趨勢(shì),從而導(dǎo)致CH4排放強(qiáng)度發(fā)生變化。沼澤濕地開(kāi)墾為稻田后,經(jīng)過(guò)若干年的耕作,土壤的理化性質(zhì)逐漸接近于普通水稻土的理化性質(zhì)。本次觀測(cè)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(qiáng)度水平也證明了這一點(diǎn)。5高溫期和季節(jié)對(duì)排放的影響1)2001年5～10月,同步觀測(cè)結(jié)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(kāi)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