河口湿地植被对温室气体排放的影响及其全球变化响应初探

发布时间：2018-03-25 12:12

本文选题：长江河口湿地　切入点：温室气体　出处：《华东师范大学》2017年硕士论文

【摘要】：河口滨岸湿地作为连接陆地与海洋两大生态系统的缓冲地带,在全球碳氮循环中占有举足轻重的地位,也是一个重要的温室气体排放源。相关研究表明,河口湿地碳氮循环过程十分复杂,并受到各类环境因子的影响。而湿地内大量分布的植被对温室气体的产生、消耗和传输过程均能产生影响,是控制湿地系统温室气体"源"、"汇"功能的的主要因素。在全球变化愈演愈烈的背景下,河口滨岸湿地势必会受到温度上升、海平面升高、海水倒灌以及外来物种入侵等问题的影响,系统内植被群落的生态功能以及碳氮循环对全球变化的响应机制也成为了河口湿地研究领域的重点。本研究以国家自然科学基金项目"河口湿地植被对甲烷和氧化亚氮产生与排放的影响及其控制机制"为依托,选取长江河口典型滨岸湿地——崇明东滩湿地为研究对象,通过在自然环境与实验室模拟环境中对芦苇及互花米草群落温室气体排放特征的监测,并同步模拟了模拟了不同温度、盐度和淹水条件对植被群落生理和生物地球化学过程的影响,重点探讨植株对湿地温室气体排放的影响以及植被群落对全球变化的响应等问题。主要取得了以下研究结论:(1)自然芦苇湿地生长季内的CH_4排放通量在16.55～351.93μmol·m~(-2)·h~(-1)之间,表现为稳定的大气CH_4排放源;CO_2通量变化范围为~(-1).61～2.77mmol·m~(-2)·h~(-1),并且在昼夜之间产生明显的源汇变换;N2O的排放通量在-0.18～0.36μmol·m~(-2)·h~(-1)之间。人工模拟环境中的芦苇群落与互花米草群落在生长季内均表现为CH_4的排放源和CO_2的吸收汇,芦苇群落的CH_4和CO_2平均通量分别为14l.03μmol·m~(-2)·h~(-1)和-5.22mmol·m~(-2)·h~(-1),互花米草群落的CH_4和CO_2平均通量值502.84μmol·m~(-2)·h~(-1)和4.42mmol·m~(-2)·h~(-1)。两种植被群落的N2O通量相对较小,生长季内芦苇群落N20的排放呈现出明显的源汇转变,互花米草群落则始终保持为N20的排放源;两种植被群落CH_4和CO_2的排放具有明显的日变化过程。其中,CH_4的排放峰值出现在白天,夜晚的排放通量显著下降。CO_2通量则在光合作用的影响下呈现出白天吸收、夜间排放的现象。两种植被的N2O的排放通量在日际范围内未发现显著的差异。(2)群落内的植被对温室气体的产生与排放有着显著地影响。Pearson相关分析及回归分析表明,芦苇群落的生物量、活株密度与CH_4呈显著的正相关关系,与CO_2的吸收通量呈负相关关系;芦苇植株对温室气体的传输起到了重要的作用。剪切-封口实验的结果显示芦苇的茎秆是温室气体在沉积物与大气之间的主要交换通道,并且在生长周期的不同阶段展现出不同的促进作用;而叶面通量监测的结果显示,芦苇叶片的光合作用是群落CO_2交换通量的主要影响因素,但对于CH_4和N2o的传输贡献较低。(3)芦苇和互花米草群落由于植被不同的生理特性导致温室气体排放通量差异显著。芦苇群落综合表现为对全球变暖的抑制作用,平均C吸收量为~(-1)4.38mgCO_2-C·m~(-2)·h~(-1);互花米草群落则表现对温室效应的促进作用,平均增温潜势为 117.09 mg CO_2-C·m~(-2)·h~(-1)。(4)温度升高的对植被群落的生理状态以及生物化学的影响较大。芦苇群落的生物量在平均温度升高5℃的环境内显著降低,互花米草群落的生物量在升温前后差异不显著;温度的升高对两种植被群落的CH_4排放量产生了促进的效果,芦苇群落的CH_4排放通量提升了 130.32%,互花米草群落则提升了 73.02%。生长初期的植被群落在升温环境内能产生更大的CO_2吸收量,但在进入夏季后转为对C02排放的促进;而升温与自然环境内的N2O排放通量差异并不显著。(5)水位提升对植被生理参数的影响不显著,体现出芦苇和互花米草植被对淹水环境良好的适应性;水位的改变对沉积物氧化还原环境影响显著,并极大地促进了群落内CH_4排放。高水位下芦苇和互花米草群落的CH_4通量分别是低水位组的2.87倍和6.49倍,而CO_2的吸收通量则在低水位下有所减小;群落的N2O排放通量对水位变化的响应不显著;对植被群落进行排水处理能有效抑制CH_4的排放,但同时也会促进群落内的CO_2排放。(6)芦苇与互花米草的生理参数对于盐度升高的响应有着较大的不同,芦苇植株的生长情况受盐度影响剧烈,30‰盐度条件下的生物量仅为5‰。水平下的2.96%,但互花米草得益于其较强的耐盐性能够在高盐度环境下正常生长;两种植被的CH_4排放通量均在寡盐水体(5‰)中达到了最大值,并在高盐度(30‰)环境下得到抑制;芦苇群落的CO_2吸收通量对盐度呈现出负响应,30‰盐度环境下的CO_2吸收通量相比淡水环境下降65.31%,而互花米草的CO_2通量在各盐度水平内差异较小;两种植被的N2O通量在不同盐度水平下未显现出差异性。(7)全球变化因子对湿地植被群落的交互影响机制较为复杂。在低水位下植被群落CH_4排放通量对于温度总体上呈现出正响应的趋势,并且当水位升高为沉积物提供了更为厌氧的环境时,CH_4的产生与排放得到了促进,通量增长对于温度升高的响应强度也提升明显;两种植被带CO_2的吸收通量在适当的增温增盐情境下会得到一定程度的促进,而水位的上涨会进一步提升这种促进作用的程度。(8)将植被群落的生物量与温室气体排放通量差异同全球变化因子的差值进行多元线性回归,分析结果表明:全球变化因子能较好地预测两种植被的生物量变化,但CH_4与CO_2气体的通量变化量则与全球变化因子的相关性较差,显示出湿地植被群落的生物化学循环过程对于环境因子变化响应的复杂性。
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【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X173

【参考文献】