三江平原沼泽湿地和农田CH_4排放通量的变化(二)

CH₄排放

许多基于北方沼泽湿地温室气体排放的研究指出, 冬季温室气体排放对于其全年的净收支具有重要作用 , 他们认为冬季虽然严寒, 温室气体排放通量低, 但由于冬季漫长, 其所累积的温室气体排放量也不容忽 视。本研究2004年冬季毛果苔草沼泽和小叶章草甸CH₄ 累积排放量分别为32.12 kg·hm^-2和 5.61 kg·hm^-2 ,占全年净排放量的2.3%-4.6%。这个比例与已报道的其它地区湿地的低值比较接近, 比如明尼苏达沼泽冬季CH₄排放量占全年排放量的4%-21%, 新罕布什尔沼泽为2%-10%, 西伯利亚沼泽为3.5%-11% 。

有研究认为冬季沼泽湿地CH₄排放主要有两个来源:

(1)植物生长季内由嗜温微生物产生并储存在土壤 中的CH₄;

(2)由耐寒微生物在冬季土壤中产生的CH₄ 。在漫长而严寒的冬季, 冻土中还存在着有利于 CH₄产生的环境。Panikov和Dedysh研究发现在-16 ℃时, 微生物仍有活性, 土壤微生物的降解作用仍然存在。Stadler指出, 即使在-5 ℃下冻土中还有8%-20%的土壤水没有冻结, 在液体水中可能存在着有利 于CH₄产生的条件:

一是由于外在冰层的阻隔, 使土壤水处于厌氧环境;

二是由于冰冻作用, 土壤中可供微生物利用的C、N含量增加。

在这两个有利的条件下, 土壤CH₄浓度可能升高, 并通过土壤冻结形成的裂缝排放出去。

根据近3年来的定位监测结果, 三江平原冬季表层土壤温度最低为-13 ℃左右, 根层土壤(10-30 cm) 最低温度为-4～-7℃, 可以说明三江平原沼泽湿地冬季CH₄排放至少部分 是由土壤微生物作用产生的。

毛果苔草沼泽CH₄年平均排放通量为 6.29 mg·m^-2·h^-1 , 这与美国明尼苏达州中北部区玛塞实验站(93°28′W, 47°32′N) 泥炭沼泽CH₄排放通量接近;而小叶章草甸 CH₄年平均排放通量为 2.27 mg·m^-2·h^-1 , 与玛 塞实验站泥炭藓沼泽相同 。毛果苔草沼泽CH₄排放通量高于小叶章草甸 (成对t检验, p=0.0004), 这种 差异主要是由积水环境造成的。大量研究表明, 地貌和积水条件是造成同一地区不同类型湿地 CH₄排放差异 的主要原因, 从洼地的边缘到中心, 随着地势的逐渐降低和积水深度的逐渐增加, CH₄排放通量也逐渐增大。毛果苔草沼泽地势较低, 处于洼地的中心, 长期积水且积水较深, 而小叶章草甸地势较高, 处于洼地 的边缘, 积水时间短且积水较浅。2004年毛果苔草沼泽和小叶章草甸的积水时间 分别为154 d和53 d, 最大 积水深度分别为40 cm和10 cm(图1)。积水状况决定了土壤厌氧环境的强弱从而影响了 土壤中CH₄的产生和氧化。

图1 毛果苔草沼泽和小叶章草甸春夏期间积水深度对比