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)挖掘和文獻綜述。本研究主要內(nèi)容包括：
　　⑴新薛河人工濕地夏季上游和下游的水----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相關(guān)，而冬季的CH4濃度與水溫和氣溫呈正相關(guān)。
　?、切卵尤斯竦厣嫌嗡|(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。因為冬季無進水，上下游有機質(zhì)含量差異不大。由此推測，水質(zhì)越差，水中有機污染物越多，CH4濃度越高;水質(zhì)越好，水體中有機污染物越少，產(chǎn)生CH4越少。從理論上來講，大氣CO2濃度增加，有可能直接促進濕地土壤中由CO2還原為CH4的過程，促進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，文獻中常用的將1h內(nèi)在0min、15min、30min和45min的四個CH4濃度強行做線性分析可能不可靠。此種線性分析的方法是在默認一定時間內(nèi)CH4的濃度是呈線性分布的情況下進行的。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