人工濕地甲烷排放規(guī)律及其影響因素研究.pdf

1、為了減緩全球變暖的趨勢，溫室氣體的減排已經(jīng)引起國際社會的廣泛關(guān)注。CH4是一種重要的溫室氣體，其對溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)僅次于CO2，而且其單分子溫室效應(yīng)是CO2的30倍。人工濕地是CH4的重要排放源。因此研究人工濕地CH4排放的規(guī)律及其影響因素對于理解人工濕地對溫室氣體的貢獻(xiàn)和全面評估人工濕地的生態(tài)效應(yīng)具有重要意義。本文以新薛河人工濕地為研究對象，采用靜態(tài)箱氣象色譜法，通過定期野外采樣監(jiān)測和實驗室分析，研究了人工濕地CH4排放狀況和變化規(guī)律。

2、首先研究新薛河人工濕地CH4濃度的日變化，發(fā)現(xiàn)了CH4濃度24小時變化規(guī)律，為了在更大時間尺度上驗證這個規(guī)律，所以研究CH4濃度的四季變化，結(jié)合日變化和四季變化以及空間變化分析影響CH4排放的因素。因為野外實驗有很多不確定因素，為了深入研究水位的影響專門設(shè)計了水位控制實驗，結(jié)合野外實驗和控制實驗進(jìn)行分析甲烷排放的影響因素。在研究中發(fā)現(xiàn)“中國濕地CH4排放規(guī)律及其影響因素研究”存在大量研究案例但缺乏深入數(shù)據(jù)挖掘，為了在更大尺度上分析影響濕

3、地甲烷排放的因素，也做了這方面的數(shù)據(jù)挖掘和文獻(xiàn)綜述。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、判卵尤斯竦叵募旧嫌魏拖掠蔚乃?---氣界面的24小時CH4濃度變化規(guī)律具有一致性，呈雙峰型即有兩個濃度峰值，一個在上午6:00～8:00，另一個在23:00～1:00。其變化趨勢大致可以分為三個階段，從0:00～7:00，CH4濃度逐漸升高;7:00～14:00，CH4濃度又逐漸減小;14:00～24:00，CH4濃度又開始小幅度升高，并在夜間21

4、:00～22:00之間有一個小幅降低的趨勢。夏季人工濕地上、下游的水——氣界面的CH4濃度與溫度的變化是不同步的，CH4濃度變化相對于水溫變化的滯后時間是6～11小時，而相對于氣溫變化的滯后時間是7～14小時，兩者都在10 h時相關(guān)性最好，且CH4濃度相對于氣溫變化的滯后時間比相對于水溫變化的之后時間要長。在10h時水溫與CH4濃度的相關(guān)性大于氣溫與CH4的相關(guān)性。夏季濕地水——氣界面CH4濃度與水體pH值無明顯相關(guān)關(guān)系。但濕地水——氣

5、界面CH4濃度與空氣濕度呈正相關(guān)，無滯后時間差，說明空氣濕度對水——氣界面CH4濃度的影響比水溫和氣溫更迅速。
　?、迫斯竦谻H4在春、夏、秋、冬四季的濃度值大小為:夏季＞春季＞秋季＞冬季。夏季的CH4濃度比春、秋和冬季的顯著的高，主要是因為夏季的高溫在產(chǎn)CH4菌的最適溫度范圍內(nèi);春季CH4濃度比冬季顯著的高，主要是由于冬季積累的CH4在春天溫度升高后放出。從季節(jié)變化來看，CH4濃度與水溫和氣溫都呈正相關(guān)，且水溫與CH4濃度的相

6、關(guān)性比氣溫更大。新薛河人工濕地水——氣界面CH4濃度日變化在不同的季節(jié)具有較大差異，CH4濃度在春季呈逐漸增長趨勢;夏季呈現(xiàn)先降低后增加趨勢;秋季呈逐漸降低趨勢;冬季較平緩，基本無變化。且CH4濃度變化相對于溫度變化具有滯后性的規(guī)律只有在夏季平均溫度在30℃以上時才成立。秋季的CH4濃度與水溫和氣溫呈負(fù)相關(guān)，而冬季的CH4濃度與水溫和氣溫呈正相關(guān)。
　　⑶新薛河人工濕地上游水質(zhì)比下游差，因為污水由上游流向下游并逐步凈化，污水中的有

7、機(jī)污染物在上游（一級濕地）沉淀比下游（五級濕地）較多，上游有機(jī)物含量高于下游。除冬季外下游CH4濃度均低于上游，而冬季上下游CH4濃度無明顯差異。因為冬季無進(jìn)水，上下游有機(jī)質(zhì)含量差異不大。由此推測，水質(zhì)越差，水中有機(jī)污染物越多，CH4濃度越高;水質(zhì)越好，水體中有機(jī)污染物越少，產(chǎn)生CH4越少。從理論上來講，大氣CO2濃度增加，有可能直接促進(jìn)濕地土壤中由CO2還原為CH4的過程，促進(jìn)CH4的排放。本研究發(fā)現(xiàn)，新薛河人工濕地春、秋和冬季水——

8、氣表面CH4和CO2濃度呈正顯著相關(guān)。夏季CH4與CO2濃度相關(guān)性不顯著，CH4和CO2濃度的變化趨勢也基本一致。
　?、炔煌畹目刂茖嶒烇@示，在計算CH4通量時，文獻(xiàn)中常用的將1h內(nèi)在0min、15min、30min和45min的四個CH4濃度強(qiáng)行做線性分析可能不可靠。此種線性分析的方法是在默認(rèn)一定時間內(nèi)CH4的濃度是呈線性分布的情況下進(jìn)行的。在10cm水深時，在9點、10點和11點的一個小時內(nèi)，CH4濃度都是呈先增大后減小趨

9、勢;在20cm水深時，在3個小時內(nèi)是呈先減小后增大趨勢;而在40cm水深時，則無明顯規(guī)律。且每個小時的初始CH4濃度規(guī)律為:水深20cm＞水深40cm＞水深10cm。CH4濃度與水溫和氣溫呈正相關(guān)，與濕度呈負(fù)相關(guān)，且CH4濃度與水溫的相關(guān)性大于CH4濃度與氣溫的相關(guān)性。
　?、赏ㄟ^數(shù)據(jù)挖掘，發(fā)現(xiàn)不同類型的濕地其CH4排放具有顯著差異。按照CH4通量均值大小排列為:稻田＞沼澤濕地＞水庫＞河濱濕地＞湖泊濕地＞海濱濕地。湖泊濕地、沼澤濕

10、地、河濱濕地和水庫的CH4排放通量之間無顯著差異，但稻田和沼澤濕地的CH4通量比海濱濕地的CH4通量顯著的高，且海濱濕地CH4通量部分呈負(fù)值。氣候帶類型對中國濕地CH4排放有顯著影響。采用單因素方差分析，本節(jié)將中國氣候分成5個氣候帶，不同氣候帶的濕地其CH4排放具有顯著差異。暖溫帶和中溫帶濕地CH4通量無顯著差異，但高原寒帶的濕地CH4通量顯著高于熱帶、亞熱帶濕地。本節(jié)將中國濕地CH4通量的影響因素氣候帶和濕地類型作雙因素方差分析，發(fā)現(xiàn)

11、濕地類型和氣候帶對濕地CH4排放具有交叉作用(α=0.05)。在熱帶地區(qū)，湖泊濕地和沼澤濕地的CH4通量比海濱濕地要顯著的高。湖泊濕地和沼澤濕地大部分釋放CH4而海濱濕地部分存在“吸收”CH4的現(xiàn)象。在亞熱帶地區(qū)，稻田的CH4排放通量顯著高于湖泊濕地和海濱濕地。中溫帶不同濕地類型的CH4通量無顯著差異。在高原寒帶，青藏高原的沼澤濕地其CH4平均通量為50.25gm-2yr-1。
　?、市卵尤斯竦谻H4在時間變化和空間變化上都呈