水位对杭州湾芦苇湿地甲烷排放的影响

【摘要】：水位是影响湿地甲烷排放的关键因子之一,为了明确湿地生态系统甲烷通量对水位梯度的生态响应,本研究以杭州湾围垦芦苇湿地为研究对象,开展不同水位梯度下芦苇湿地甲烷排放动态及其影响因素。实验设置了四个水位梯度,分别为LW1(0cm水位)、LW2(10cm水位)、LW3(20cm水位)和LW4(30cm水位),于2014年4月-12月通过静态箱-气相色谱法测定了不同水位梯度下的甲烷排放通量,并且系统地研究了杭州湾不同水位下芦苇湿地CH4排放的时空变化特征和土壤CH4产生潜力的空间变化特征,同时通过模拟研究水位(0cm、5cm、10cm、20cm)对芦苇湿地甲烷排放季节变化和日变化的影响,为实施杭州湾湿地低排放生态恢复工程提供理论依据。主要结论如下:1)采用静态明箱-气相色谱法对不同水位下甲烷排放通量进行了原位观测,杭州湾围垦芦苇湿地甲烷排放通量平均为7.03mg·m-2·h-1,四种水位梯度下甲烷排放通量均表现为CH4的源,夏季(6月-8月)是芦苇湿地甲烷排放的高峰期,其中样点LW1、LW2甲烷排放最高值为3.92mg·m-2·h-1、18.21mg·m-2·h-1,出现在7月中旬,样点LW3、LW4的甲烷排放峰值分别为20.94 mg·m-2·h-1、22.06mg·m-2·h-1,出现在6月下旬;3.在芦苇生长高峰期至成熟期(5月下旬至9月中旬),甲烷排放速率随着水位升高逐渐增加,四种水位梯度平均CH4排放通量具体表现为LW4(10.184mg·m-2·h-1)LW3(8.556mg·m-2·h-1)LW2(7.806mg·m-2·h-1)LW1(1.573mg·m-2·h-1),在整个通量观测期间,未淹水状况下(L W1)平均CH4排放通量大小表现为夏季秋季春季冬季,而淹水状况下(LW2、LW3、LW4)平均CH4排放通量大小表现为夏季春季秋季冬季。研究表明,在淹水状态下,温度和水位是杭州湾芦苇湿地甲烷排放通量变化的主要影响因子,在未淹水状态下,温度、土壤有机碳和土壤含水量是杭州湾芦苇湿地甲烷排放通量变化的主要影响因子。2)采用室内厌氧培养法对杭州湾芦苇生长初期和生长旺盛期不同水位下土壤甲烷产生潜力进行了测定。总体看来,芦苇生长旺盛期平均甲烷产生潜力显著大于芦苇生长初期,在芦苇生长初期(4月)不同水位平均CH4产生潜力大小表现为30cm水位(0.167μg·g-1·d-1)20cm水位(0.121μg·g-1·d-1)10cm水位(0.103μg·g-1·d-1)0cm水位(0.011μg·g-1·d-1),在芦苇生长旺盛期(9月)不同水位平均CH4产生潜力大小表现为10cm水位(2.158μg·g-1·d-1)20cm水位(2.118μg·g-1·d-1)0cm水位(2.050μg·g-1·d-1)30cm水位(1.462μg·g-1·d-1);在芦苇生长初期(4月)随着水位的增加,甲烷产生潜力逐渐增大,且四种水位梯度下均是表层0-5cm甲烷产生潜力达到最大,在芦苇生长旺盛期(9月)甲烷产生潜力随水位变化没有明显的规律;芦苇在生长初期(4月),甲烷产生潜力与土壤有机碳、土壤p H和土壤Eh显著相关(p0.05),而芦苇在生长旺盛期(9月),甲烷产生潜力只与土壤有机碳显著相关(p0.05),与土壤p H、Eh和电导率相关性均不显著(p0.05)。3)采用静态箱-气相色谱法研究了模拟条件下不同水位梯度(0cm、5cm、10cm和20cm)对芦苇湿地甲烷季节排放以及昼夜通量变化的影响。结果表明芦苇湿地受水位影响强烈,模拟期间四种水位梯度均表现为CH4的“源”。其季节动态均呈“单峰”模式,但不同水位梯度下甲烷排放峰值出现的时间略有差异。具体表现为随着水位的增加逐渐延后,在芦苇生长前期表现为:10cm水位20cm水位5cm水位0cm水位,而在芦苇生长后期表现为:20cm水位10cm水位5cm水位0cm水位。四种水位梯度CH4通量日变化则均表现为昼高夜低,且平均甲烷排放通量与当日10:00持平。此外,通过相关性分析表明,气温、水温是土壤CH4通量的主导因子,而土壤温度对浅水位(0cm、5cm水位)甲烷排放影响要明显大于深水位,同时,土壤p H是未淹水时甲烷排放的一个重要影响因子,而土壤Eh是淹水后甲烷排放的一个重要影响因子。 【关键词】：杭州湾 芦苇湿地 水位 甲烷排放通量
【学位授予单位】：中国林业科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X171;S564.2
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-15
• 第一章 绪论15-22
• 1.1 引言15-20
• 1.1.1 研究背景15-16
• 1.1.2 国内外研究综述16-20
• 1.2 研究目标和主要研究内容20-21
• 1.2.1 研究目标20
• 1.2.2 主要研究内容20-21
• 1.3 研究技术路线21-22
• 第二章 材料与方法22-28
• 2.1 研究区概况及样地设置22-23
• 2.1.1 研究区概况22
• 2.1.2 样地设置22-23
• 2.2 试验设计23-25
• 2.2.1 实验材料的制作23-24
• 2.2.2 样品的采集24
• 2.2.3 甲烷潜力试验设计24-25
• 2.3 样品的分析与测定25-26
• 2.3.1 气体分析25-26
• 2.3.2 测定26
• 2.4 数据处理26-28
• 2.4.1 公式计算26-27
• 2.4.2 数据分析和制图27-28
• 第三章 杭州湾芦苇湿地不同水位甲烷排放动态变化28-38
• 3.1 结果与分析28-34
• 3.1.1 环境因子的动态变化28-31
• 3.1.2 不同水位甲烷排放通量的年变化31-32
• 3.1.3 不同水位甲烷排放通量的季节变化32-33
• 3.1.4 杭州湾不同水位甲烷排放通量及其影响因素的相关分析33-34
• 3.2 讨论34-36
• 3.2.1 不同水位波动下甲烷排放季节动态34-35
• 3.2.2 杭州湾芦苇湿地甲烷排放的影响因素35-36
• 3.3 小结36-38
• 第四章 杭州湾不同水位土壤甲烷产生潜力研究38-44
• 4.1 结果与分析38-41
• 4.1.1 不同水位梯度下土壤因子的变化38-40
• 4.1.2 不同水位不同土层甲烷产生潜力变化40-41
• 4.2 讨论41-43
• 4.2.1 水位对芦苇不同生长时期甲烷产生潜力的影响41-42
• 4.2.2 土壤理化性质对不同水位甲烷产生潜力的影响42-43
• 4.3 小结43-44
• 第五章 模拟水位变化对甲烷排放的影响44-50
• 5.1 结果与分析44-48
• 5.1.1 室内模拟前后土壤理化性质44-45
• 5.1.2 植物生物量测定45-46
• 5.1.3 不同水位梯度甲烷季节动态变化46
• 5.1.4 不同水位梯度甲烷日动态变化46-47
• 5.1.5 环境因子与不同水位甲烷排放之间的关系47-48
• 5.2 讨论48-49
• 5.2.1 水位对芦苇湿地甲烷排放季节动态的影响48-49
• 5.2.2 水位对芦苇湿地甲烷排放日动态的影响49
• 5.3 小结49-50
• 第六章 结论与展望50-53
• 6.1 主要研究结论50-51
• 6.2 研究展望51-53
• 参考文献53-66
• 在读期间的学术研究66-67
• 致谢67-68
• 详细摘要68-70

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