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三江平原湿地生态序列温室气体排放通量研究

作　者: 孟祥楠
导　师: 赵雨森
学　校: 东北林业大学
专　业: 水土保持与荒漠化防治
关键词: 三江平原湿地生态序列温室气体碳汇
分类号: X16
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

湿地是陆地上巨大的有机碳储库,也是温室气体甲烷的重要来源。三江平原是我国最大的淡水沼泽湿地分布区,受全球变化和人为的原因,水文条件发生改变,植被发生变化。因此在这种背景下,本文主要研究了三江平原湿地生态序列温室气体排放(CO2、CH4、N2O)的动态变化特征,进而分析不同群落三江平原湿地碳汇功能和全球增温潜势的变化趋势。随着微地形和水分条件的变化,从环形湿地的边缘到中心,群落由典型草甸逐渐变化为沼泽化草甸和沼泽。不同群落小气候发生动态变化,随着水分的增加,群落内各层次综合表现为温度逐渐降低、湿度逐渐上升和光照强度先降低后升高再降低的趋势,不同层次小气候的变化规律和变化幅度不同。随着水分的增加,TER显著降低。不同群落TER的季节变化基本一致,表现为单峰模式,TER月均值最大值为1112.61mg·m-2-h-1。由于气温、降水等因素的影响,TER有着明显的年际变化,生长季累计排放量最大值为31.99t·ha-1。TER日变化规律与温度一致,表现为单峰模式。土壤呼吸的分布特征与季节变化趋势与TER基本一致,日变化趋势略有差异。土壤中的CO2平均浓度为2092ppm,不同群落土层中CO2浓度总体呈上升趋势,并且随着土层位置的加深,CO2浓度逐渐升高。TER与温度和水深之间的关系分别表现为显著指数相关和对数负相关关系。随着水分的增加,生态系统CH4排放通量显著升高,并且存在明显的季节变化和年际变化,CH4月均值最大值为72.00mg·m·2·h-1,生长季累计排放量最大值为2296.11kg·ha-1。不同群落的日变化规律存在差异,影响因素比较复杂。土壤CH4排放通量的分布特征与生态系统CH4排放基本一致,但各群落差异显著性下降,并且通量值要小于生态系统CH4通量值,说明植物对CH4的传输作用很强。三江平原湿地土壤中的CH4浓度比较大,平均为217.95ppm,不同群落土壤中CH4浓度逐渐增大。生态系统CH4排放通量与温度和水深之间的关系分别表现为显著指数相关和对数正相关关系。三江平原湿地是N2O的弱排放源,不同群落差异不明显,峰值多出现在前两个群落,月均值最大值为0.145mg·m-2·h-1生长季累计排放量最大值为3.90kg·ha-1,位于环形湿地中心的几个群落生态系统N2O通量较低,甚至出现了负值,表现为弱吸收。N2O通量季节变化和年际变化差异不显著,并且无明显的日变化规律。土壤N2O通量略小于与生态系统N2O通量,变化规律基本一致。三江平原湿地土壤中的N2O浓度平均为327.86ppb。生态系统N2O排放通量与温度和水深分别呈正负线性相关,但相关性较低。三江平原湿地整个生态序列NEE值为-17.47～-4.78t·ha-1,表现为CO2净吸收。各群落均表现为对碳的净固定,净碳交换量为-0.87～-4.51t·ha-1,并且随着水分的增加,碳汇功能先减小后增大,与NEE的变化规律一致。从20～500a的时间尺度上,三江平原湿地生态序列整体上均表现为随着水分的增加,增温潜力逐渐增大,不同群落GWP的大小主要取决于CH4的排放和CO2的净固定。随着时间尺度的延长,三种温室气体的综合增温潜势开始下降,其中CH4的增温潜势下降最为明显,随着CH4温室效应的减弱,三江平原湿地生态系统从增强全球增温潜势逐渐变化成为抑制全球增温潜势。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-13
1 绪论  13-21
  1.1 课题背景(或引言)  13-14
  1.2 国内外研究进展  14-19
    1.2.1 温室气体排放  14-17
    1.2.2 湿地植被演替  17-18
    1.2.3 湿地碳汇功能  18-19
    1.2.4 全球增温潜势  19
  1.3 研究目的意义  19-20
  1.4 研究内容  20
  1.5 技术路线  20-21
2 研究区域概况与研究方法  21-27
  2.1 研究区域概况  21-23
    2.1.1 三江平原  21-22
    2.1.2 实验地点  22-23
  2.2 研究方法  23-27
    2.2.1 样地选择  23-24
    2.2.2 群落调查  24-25
    2.2.3 实验样点设置  25
    2.2.4 温室气体排放通量观测  25-26
    2.2.5 土壤中温室气体浓度观测  26
    2.2.6 小气候观测  26
    2.2.7 数据分析  26-27
3 湿地生态序列特征  27-36
  3.1 结构特征  27-30
    3.1.1 科属组成  28
    3.1.2 物种组成  28-30
  3.2 多样性特征  30-31
  3.3 环境特征  31-34
    3.3.1 气温  32-33
    3.3.2 空气相对湿度  33
    3.3.3 光照强度  33-34
  3.4 本章小结  34-36
4 三江平原湿地生态序列CO_2排放通量研究  36-47
  41 生态系统CO_2排放通量  36-39
    4.1.1 月均值动态变化  36-38
    4.1.2 生长季累计排放量动态变化  38
    4.1.3 日变化  38-39
  4.2 土壤系统CO_2排放通量  39-42
    4.2.1 月均值动态变化  39-41
    4.2.2 生长季累计排放量动态变化  41-42
    4.2.3 日变化  42
  4.3 土壤CO_2浓度动态变化  42-44
  4.4 CO_2排放通量与生态因子相关性  44-45
    4.4.1 温度  44-45
    4.4.2 水深  45
  4.5 本章小结  45-47
5 三江平原湿地生态序列CH_4排放通量研究  47-58
  5.1 生态系统CH_4排放通量  47-51
    5.1.1 月均值动态变化  47-49
    5.1.2 生长季累计排放量动态变化  49-50
    5.1.3 日变化  50-51
  5.2 土壤系统CH_4排放通量  51-54
    5.2.1 月均值动态变化  51-52
    5.2.2 生长季累计排放量动态变化  52-53
    5.2.3 日变化  53-54
  5.3 土壤CH_4浓度动态变化  54-55
  5.4 CH_4排放通量与生态因子相关性  55-56
    5.4.1 温度  55-56
    5.4.2 水深  56
  5.5 本章小结  56-58
6 三江平原湿地生态序列N_2O排放通量研究  58-69
  6.1 生态系统N_2O排放通量  58-61
    6.1.1 月均值动态变化  58-60
    6.1.2 生长季累计排放量动态变化  60-61
    6.1.3 日变化  61
  6.2 土壤系统N_2O排放通量  61-65
    6.2.1 月均值动态变化  61-63
    6.2.2 生长季累计排放量动态变化  63-64
    6.2.3 日变化  64-65
  6.3 土壤N_2O浓度动态变化  65-66
  6.4 N_2O排放通量与生态因子相关性  66-67
    6.4.1 温度  66-67
    6.4.2 水深  67
  6.5 本章小结  67-69
7 三江平原湿地生态序列碳源汇特征  69-75
  7.1 生态系统CO_2净交换(NEE)估算  69-71
  7.2 生态系统净碳(CO_2、CH_4)交换估算  71-72
  7.3 全球增温潜势GWP估算  72-73
  7.4 本章小结  73-75
结论  75-77
参考文献  77-85
附录  85-86
攻读学位期间发表的学术论文  86-87
致谢  87-88
个人简历  88-89

三江平原湿地生态序列温室气体排放通量研究

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