火干擾對(duì)小興安嶺森林沼澤濕地溫室氣體排放時(shí)空動(dòng)態(tài)的影響.pdf

1、大小興安嶺及長(zhǎng)白山是我國森林沼澤濕地最集中分布的區(qū)域，林火是該區(qū)域最常見的人為及自然干擾之一，故研究火燒干擾對(duì)沼澤濕地溫室氣體排放的影響規(guī)律，對(duì)全面認(rèn)識(shí)我國溫帶、寒溫帶濕地碳匯作用及經(jīng)營(yíng)管理濕地資源具有重要意義。
　　本研究以我國溫帶小興安嶺沿草叢沼澤至森林沼澤方向的過渡帶水分環(huán)境梯度依次分布的7種典型沼澤濕地類型苔草沼澤（Carex schmidtii）、灌叢沼澤（Betula ovalifolia-Carexschmidtii

2、）、毛赤楊沼澤（Alnus sibirica-Carex schmidtii、白樺沼澤（Betula platypHylla-Carex schmidtii）、落葉松苔草沼澤(Larix gmelinii-Carex schmidtii)、落葉松蘚類沼澤(Larixgmelinii-moss)和落葉松泥炭蘚沼澤（Larix gmelinii-SpHagnum spp.））為研究對(duì)象（以下簡(jiǎn)稱C、G、M、B、LT、LX、LN），利用靜態(tài)箱

3、-氣象色譜法，原位同步測(cè)定了未火燒、火燒干擾（輕度-地面火、重度-林冠火）森林沼澤濕地生長(zhǎng)季節(jié)3種主要溫室氣體（甲烷CH4、二氧化碳CO2、氧化亞氮N2O）排放通量及其相關(guān)環(huán)境因子（溫度、水位），研究了火燒干擾對(duì)溫室氣體排放季節(jié)動(dòng)態(tài)、主控因子、空間分布格局的影響。結(jié)果表明:
　　(1)火干擾改變了沼澤濕地CH4排放季節(jié)動(dòng)態(tài)、主控因子及空間分布格局。
　?、傥椿馃c火燒樣地生長(zhǎng)季CH4平均排放通量分布在-0.004±0.019

4、～14.345±2.265、-0.001±0.012～22.373±3.650 mg·m-Lh-1，輕度火燒干擾使草叢沼澤、灌叢沼澤、毛赤楊沼澤、白樺沼澤CH4排放通量顯著提高56.0％～524.7％(P＜0.05)，使落葉松蘚類沼澤由CH4弱吸收匯轉(zhuǎn)化為其弱排放源;重度火燒干擾使白樺沼澤由CH4弱排放源轉(zhuǎn)化為弱吸收匯。
　?、跍囟仁嵌鄶?shù)天然森林沼澤濕地甲烷排放通量的主控因子。水位較高的沼澤類型與溫度和水位的相關(guān)性顯著。反之，與溫

5、度的相關(guān)相性也較低。經(jīng)火燒干擾后，溫度對(duì)水位低的沼澤類型影響顯著，其甲烷排放通量與溫度的相關(guān)程度顯著提高。
　?、凵终訚筛黝愋臀椿馃c火燒沼澤CH4排放峰值出現(xiàn)在夏季或秋季，而火燒后各類型沼澤甲烷夏季排放最大，秋季次之，未火燒與火燒沼澤濕地甲烷排放春季多呈現(xiàn)弱吸收。未火燒濕地過渡帶CH4排放通量沿過渡帶水分環(huán)境梯度呈銳減型空間分布格局（草叢沼澤為CH4強(qiáng)排放源、灌叢沼澤為CH4中等排放源、5種森林沼澤為CH4弱排放源或弱吸收匯）

6、，而火燒干擾后則呈遞減型空間分布格局（草叢沼澤與灌叢沼澤為CH4強(qiáng)排放源且前者高于后者、毛赤楊沼澤為CH4中等排放源、其他4種森林沼澤為CH4弱排放源）。溫度是引起火燒干擾后小興安嶺濕地過渡帶CH4排放空間分布格局變化的主要因子。
　　(2)火干擾改變了沼澤濕地CO2排放季節(jié)動(dòng)態(tài)、主控制因子及空間分布格局。
　　①未火燒、火燒樣地生長(zhǎng)季CO2平均排放通量分布在270.70±85.31～541.64±22.17和212.86±

7、27.43～529.95±58.75 mg·m-2·h-1，火燒干擾使草叢沼澤、毛赤楊沼澤、白樺沼澤CO2排放通量顯著降低21.3％～57.4％(P＜0.05)，而使落葉松苔草沼澤與落葉松泥炭蘚沼澤CO2排放通量顯著提高24.9％～63.7％(P＜0.05)。
　　②天然草叢、灌叢及落葉松沼澤濕地CO2排放通量的主控因子是溫度，其他類型沼澤濕地CO2排放通量與溫度、水位相關(guān)性弱或不相關(guān)?；馃蓴_后，溫度和水位轉(zhuǎn)化為白樺沼澤、落葉松

8、苔草沼澤CO2排放通量的主控因子，而草叢、灌叢、灌叢沼澤濕地CO2排放通量與溫度的相關(guān)性降低或不相關(guān)?；馃锤淖兟淙~松蘚類與落葉松泥炭沼澤濕地CO2排放通量的主控因子，溫度和水位共同影響其CO2的排放。
　?、刍鸶蓴_與未干擾各類型沼澤CO2排放通量的峰值均出現(xiàn)在夏季（落葉松苔草沼澤CO2排放通量的峰值為秋季），火燒干擾后，春秋季二氧化碳排放通量發(fā)生改變。未火燒濕地過渡帶生長(zhǎng)季節(jié)CO2排放通量沿過渡帶水分環(huán)境梯度草叢沼澤相對(duì)較高，其

9、他6種沼澤呈先增后降趨勢(shì)，中部白樺沼澤最高，上部落葉松泥炭蘚沼澤最低，呈現(xiàn)出類似于小r型空間分布格局?；馃蓴_過渡帶上部落葉松泥炭蘚沼澤相對(duì)較高，其他6種沼澤呈先增后降趨勢(shì)，中部落葉松苔草沼澤最高，下部草叢沼澤降最低，呈現(xiàn)出類似于反r型的空間分布格局。火燒干擾后，地表溫度與土壤5cm溫度共同影響過渡帶沼澤CO2排放通量，溫度是其空間分布格局的主控因子。
　　(3)火干擾改變了沼澤濕地N2O排放季節(jié)動(dòng)態(tài)、主控制因子及空間分布格局。<

10、br>　?、傥椿馃c火燒樣地生長(zhǎng)季N2O平均排放通量分布在0.017±0.076～0.087±0.013、-0.003±0.035～0.063±0.007 mg·m-2·h-1，輕度火燒干擾使草叢沼澤、灌叢沼澤、毛赤楊沼澤、白樺沼澤、落葉松苔草沼澤、落葉松泥炭蘚沼澤N2O排放通量顯著降低26.7％～99.8％(P＜0.05)，使落葉松蘚類沼澤由N2O排放源轉(zhuǎn)化為吸收匯;重度火燒干擾使白樺沼澤、落葉松苔草沼澤N2O排放通量顯著降低65.7

11、％和67.7％(P＜0.05)。
　?、谕ǔＧ闆r下，溫度對(duì)森林沼澤濕地N2O排放通量的影響高于水位，除未火燒灌叢沼澤N2O排放通量與水位具有顯著相關(guān)關(guān)系外，其余各類型未火燒與火燒樣地N2O排放通量與水位均無顯著相關(guān)關(guān)系。未火燒草叢沼澤和白樺沼澤N2O排放通量與溫度的相關(guān)性高，與落葉松苔草相關(guān)性較低，與毛赤楊、落葉松泥炭沼澤無顯著相關(guān)性。經(jīng)火燒干擾后，多數(shù)類型森林沼澤濕地N2O排放通量與溫度的顯著相關(guān)相關(guān)減弱（落葉松泥炭沼澤提高）。

12、
　　③天然森林各類型沼澤濕地N2O強(qiáng)排放都集中在春季，夏秋季通常呈弱排放或弱吸收;火燒干擾后多數(shù)沼澤類型N2O排放通量仍集中在春季（白樺和落葉松蘚類沼澤分別轉(zhuǎn)化為秋季和夏季），呈春季弱排放，夏秋季弱吸收的季節(jié)格局。天然森林沼澤濕地N2O排放通量沿過渡帶水分環(huán)境梯度呈現(xiàn)出先降低后升高、再降低再升高的波動(dòng)型空間分布格局（即草叢沼澤、落葉松苔草沼澤、落葉松泥炭蘚沼澤N2O排放通量相對(duì)較高，灌叢沼澤、毛赤楊沼澤、白樺沼澤居于中等，落葉松

13、蘚類沼澤則最低）;火燒干擾后呈現(xiàn)過渡帶中下部各沼澤類型相對(duì)較高、中上部各沼澤類型相對(duì)較低的空間分布格局。即草叢沼澤、灌叢沼澤、毛赤楊沼澤相對(duì)較高，而白樺沼澤、落葉松苔草沼澤、落葉松蘚類沼澤、落葉松泥炭蘚沼澤相對(duì)較低。
　　(4)火干擾對(duì)沼澤濕地生長(zhǎng)季CH4、CO2、N2O排放總量及空間分布格局具有影響。
　?、傥椿馃?、火燒樣地生長(zhǎng)季CH4排放總量分布在-0.15±0.66～447.53±76.69、3.01±0.42～698

14、.03±135.47 kg.hm-2.yr-1，火干擾使CH4排放量沿濕地過渡帶環(huán)境梯度的空間分布格局由銳減型變?yōu)檫f減型。
　?、谖椿馃?、火燒樣地生長(zhǎng)季CO2排放總量分布在8.47±2.66～16.90±0.70、6.64±0.86～15.85±2.09 t.hm2.yr-1，過渡帶最下部的草叢沼澤的CO2排放量相對(duì)較高，其他沼澤類型沿沼澤至森林方向過渡帶水分環(huán)境梯度呈現(xiàn)出單峰型分布?；馃蓴_后，使CO2排放總量沿濕地過渡帶環(huán)境梯

15、度的空間分布格局由小r型轉(zhuǎn)化為大N型。
　?、畚椿馃?、火燒樣地生長(zhǎng)季節(jié)N2O排放總量分布在0.31±0.52～2.70±0.21、0.09±0.13～1.95±0.23 kg.hm2.yr-l，火燒干擾使得N2O排放量沿濕地過渡帶環(huán)境梯度的空間分布格局，由先降低、后升高、再降低的波動(dòng)型分布轉(zhuǎn)化為兩端高中部低近似U型分布。
　　(5)火干擾對(duì)沼澤濕地全球變暖潛勢(shì)值(GWP)及其空間分布格局具有影響。其未火燒、火燒樣地生長(zhǎng)季GW