水位变动下丰都龙河消落带湿地甲烷通量特征研究

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湿地甲烷排放是全球温室气体的主要来源之一,正成为全球性的重大环境和气候问题。湿地是介于海洋与陆地之间的一种生态系统,在控制生态系统甲烷等温室气体排放方面有着不可替代的作用。而消落带是一类特殊的湿地生态系统,其周期性的水位涨落使土壤反复地被淹没或出露于水面的特殊区域。三峡水库自2003年试验性蓄水运行以来,三峡库区消落带的形成与水库的运行调度方式息息相关。该库区采用“反季节”运行方式,即冬季最高运行水位约175m,夏季最低运行水位约145m,使得在每年形成垂直落差达30m、面积约348.9km~2的水库消落带。消落带具有水位波动频繁,但有一定规律性的特点,而水位是影响甲烷产生、氧化、传输重要的环境因子。现有对于受三峡库区影响的峡谷型河流消落带湿地甲烷通量特征及其影响因子的研究还鲜有报道。为了充分理解和认识水库消落带湿地周期性水位波动与甲烷通量特征交互作用相关的知识体系,为以后定性和定量研究水库甲烷等温室气体的排放提供参考。本研究自2016年8月至2018年7月两个运行周期内分别在淹水期、过渡期和落干期三个水位变动阶段以龙河流域丰都段消落带湿地为研究区域,在水位周期性变动条件下采用静态箱/浮箱-气象色谱法对龙河流域丰都段上游(S1)、中游(S2)和下游(S3)3个采样点分别进行消落带湿地甲烷通量特征分析的系统研究。并利用受水库水位影响的典型消落带土壤做室内模拟培养实验,分析土壤甲烷排放潜势与水位条件的关系,为前期原位通量的监测作支撑,主要结果如下:(1)在整个观测周期内,丰都龙河消落带湿地甲烷通量的日变化总体变化趋势呈“凸”型,即中午时刻的甲烷通量高于上午和下午时刻的甲烷通量。(2)甲烷排放通量具有时空差异性。龙河流域丰都段S1采样点由于不受三峡水库回水的影响,甲烷排放通量在不同水位周期下基本在零上下波动且排放较为稳定,可能与较稳定的土壤性质或状态有关。S2在不同水位期间甲烷通量的情况是:淹水期(0.178 mg·m-2·h-1)>过渡期(0.149 mg·m-2·h-1)>落干期(0.141 mg·m-2·h-1);S3采样点在不同水位期间甲烷通量的情况是:淹水期(0.220 mg·m-2·h-1)>过渡期(0.107 mg·m-2·h-1)>落干期(0.028 mg·m-2·h-1)。(3)利用主成分分析和皮尔森相关性方法,在考察的环境因子中S1采样点的甲烷通量与土壤有机碳(SOC)相关性显著(R=0.963,P<0.05),S2采样点的甲烷通量与箱内温度相关性极显著(R=0.991,P<0.01),S3采样点的甲烷通量与土壤温度相关性显著(R=0.951,P<0.05)。然而,在考察孔隙水的环境因子中S1、S2和S3采样点的甲烷通量与孔隙水中的环境因子存在相关性,但其相关性并不显著。(4)水位条件的变化对甲烷的产生具有重要的作用。通过方差分析发现,淹水期、过渡期和落干期的甲烷累计排放量之间存在极显著性差异(P<0.01)。而从甲烷排放潜势的均值分析来看,淹水期的甲烷排放潜势(均值约2.07 ng·g-1·d-1)相对高于过渡期(均值约1.24 ng·g-1·d-1)和落干期(均值约1.48 ng·g-1·d-1)。(5)在实验室条件下,无论模拟培养在哪个水位期间,与空白对照组相比,在培养时间的第7天内添加不同浓度的SO42-、NO3-、Fe3+和Mn4+等电子受体对甲烷排放潜势有一定的抑制作用,但而随着培养时间的增加,其抑制作用逐渐减弱。
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