【摘要】：濕地生態(tài)系統(tǒng)是重要的陸地碳匯，水位變化影響濕地碳蓄積功能，短期水位降低效應(yīng)常表現(xiàn)為碳失匯，而長(zhǎng)期效應(yīng)與濕地類(lèi)型、氣候和水位變化的幅度有關(guān)。水文條件是濕地生態(tài)系統(tǒng)的基本屬性，水分狀況決定濕地土壤物理特性和地表植物群落的類(lèi)型與結(jié)構(gòu)，影響生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力。濕地開(kāi)發(fā)利用以及工農(nóng)業(yè)耗水等人類(lèi)活動(dòng)都時(shí)刻改變著濕地的水文情勢(shì)，迫使?jié)竦孛娣e縮小，濕地功能退化。本文以三江平原典型沼澤濕地為對(duì)象，采取野外調(diào)查監(jiān)測(cè)、野外控制實(shí)驗(yàn)以及室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，開(kāi)展不同水分條件對(duì)濕地土壤有機(jī)碳含量變化、植物群落演替與生物量積累、土壤－植物之間碳循環(huán)關(guān)系等的作用研究，揭示了水分條件變化對(duì)三江平原沼澤濕地土壤-植被-大氣之間碳交換機(jī)制的影響。 植物類(lèi)型與結(jié)構(gòu)以及生物量積累受到積水條件影響，水位增高降低了小葉章群落地上生物量與絕對(duì)生長(zhǎng)速率，而毛苔草群落地上生物量在17~30cm積水環(huán)境下比10~20cm水位增加了47.41%。對(duì)于不同濕地植物群落，水位變化增加地上生物量的同時(shí)，降低了植物群落的前期生長(zhǎng)潛勢(shì)，使得生長(zhǎng)季提前結(jié)束。水位增加降低了群落的物種豐富度，提高了群落生物量，并且其碳蓄積向地下部分轉(zhuǎn)移。群落物種豐富度與生物量呈顯著線性負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明一定程度內(nèi)較少的物種數(shù)量促進(jìn)了群落的碳蓄積功能。 不同水分條件下典型濕地植物小葉章及毛苔草枯落物分解過(guò)程表現(xiàn)出不同的階段性特征，，在生長(zhǎng)季內(nèi)積水條件促進(jìn)了枯落物的分解，非生長(zhǎng)季內(nèi)與之相反，即水體凍結(jié)降低了積水條件下枯落物的分解速率。水位變化影響群落的物種豐富度，而不同物種混合的枯落物的分解速率與單一物種相比明顯不同，混合枯落物的分解過(guò)程表現(xiàn)為不同單一物種的非加合作用（non-additive effect），且物種類(lèi)型與物種數(shù)量對(duì)分解具有較高的主導(dǎo)作用。不同科的物種混合時(shí)促進(jìn)了枯落物的分解；而同一科物種混合后抑制了分解進(jìn)行，其中小葉章與烏拉苔草枯落物混合時(shí)分解速率不受其相對(duì)比例的影響。當(dāng)3種物種混合時(shí)，枯落物分解速率受到明顯的抑制作用，可以推測(cè)物種數(shù)量增加可以促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的碳蓄積功能。 水分條件對(duì)三江平原沼澤濕地土壤SOC及其活性碳組分的影響因濕地類(lèi)型各異。隨水位升高，不同濕地類(lèi)型中土壤輕組有機(jī)碳（LFOC）含量顯著增加（p0.01）。生長(zhǎng)季內(nèi)毛苔草沼澤濕地土壤中各密度組分有機(jī)質(zhì)含量持續(xù)增加，而LFOC較重組有機(jī)碳（HFOC）含量增長(zhǎng)速度較低,說(shuō)明毛苔草沼澤濕地土壤具有較高的HF持有能力。小葉章濕地土壤中LFOC與SOC表現(xiàn)出顯著正相關(guān)關(guān)系（r=0.816，p0.01），說(shuō)明LFOC增多有利于土壤有機(jī)碳的蓄積。17~30cm積水深度下毛苔草沼澤濕地MBC與微生物熵均低于10~20cm積水毛苔草沼澤濕地，說(shuō)明該條件下毛苔草沼澤濕地碳蓄積具有較高的穩(wěn)定性。 小葉章沼澤化草甸濕地土壤呼吸與水位具有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明濕地積水條件抑制了土壤中有機(jī)質(zhì)的礦化分解。而當(dāng)積水水位低于-5cm時(shí)，CO_2釋放速率無(wú)顯著增加，說(shuō)明較低的土壤含水量也會(huì)抑制土壤呼吸作用。而淹水條件下小葉章濕地土壤CO_2排放速率隨水位增高而增大，說(shuō)明淹水環(huán)境下土壤中有機(jī)質(zhì)礦化分解受到除土壤透氣性以外的環(huán)境因子的影響。培養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)果顯示，淹水條件促進(jìn)了土壤中有機(jī)碳礦化與CH_4排放，并促進(jìn)了土壤中DOC的釋放，該結(jié)果可能為高含水量下土壤有機(jī)碳礦化量較高的原因，從而說(shuō)明高水位土壤DOC釋放的激發(fā)作用可能是促進(jìn)有機(jī)碳礦化及土壤呼吸作用的重要原因。淹水條件降低了土壤MBC與MBN，但微生物C/N與含水量沒(méi)有線性關(guān)系，說(shuō)明沼澤濕地微生物群落結(jié)構(gòu)對(duì)土壤水分條件變化具有一定適應(yīng)機(jī)制。 較高的積水水位顯著提高了土壤CH_4排放速率，生長(zhǎng)季內(nèi)15cm積水環(huán)境下CH_4排放量是0cm與-10cm積水環(huán)境下CH_4排放量的2倍與近30倍。積水水位與土壤CH_4排放量呈顯著的指數(shù)正相關(guān)關(guān)系（p0.01）。不同環(huán)境下水位增加對(duì)土壤CH_4排放的貢獻(xiàn)不同。5cm與15cm積水水位之間CH_4排放量差異較為顯著（p0.05），而0~-10cm之間不同水位處理之間無(wú)顯著差異性（p0.05），說(shuō)明積水水位對(duì)生長(zhǎng)季小葉章濕草甸土壤CH_4排放的促進(jìn)作用隨水位增加其貢獻(xiàn)增強(qiáng)。生長(zhǎng)季內(nèi)淹水環(huán)境下土壤碳排放量小于未淹水環(huán)境，但高水位積水條件下土壤溫室氣體的增溫潛勢(shì)較高。最低增溫潛勢(shì)出現(xiàn)在0cm積水條件下，而該條件下濕地碳排放量?jī)H高于于5cm積水環(huán)境，說(shuō)明在濕地生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)等過(guò)程中0cm積水環(huán)境對(duì)土壤碳蓄積具有有利條件。 根系活動(dòng)可以改變土壤中MBC、MBN、與DOC含量，尤其是提高深層土壤微生物C/N（p0.05），說(shuō)明根系活動(dòng)會(huì)影響微生物群落結(jié)構(gòu)，并且對(duì)深層土壤中微生物群落組成作用尤為明顯。根系對(duì)土壤呼吸的貢獻(xiàn)率受到環(huán)境條件的影響。2011年土壤呼吸速率明顯高于2010年（p0.01），兩個(gè)生長(zhǎng)季內(nèi)根系活動(dòng)產(chǎn)生的CO_2分別占土壤呼吸的47.71%（2010）和40.14%（2011），二者差異不顯著（p0.05）。水位與根系呼吸的相關(guān)關(guān)系不明顯，說(shuō)明濕地植被根系活動(dòng)對(duì)水分的敏感性較低。根系對(duì)土壤甲烷排放具有促進(jìn)作用，并在生長(zhǎng)季初期以及8月高排放期表現(xiàn)最為明顯。2010年整個(gè)生長(zhǎng)季根系活動(dòng)產(chǎn)生的CH_4（1.51g·m~-2）占土壤CH_4排放總量的31.84%（3.15g·m~-2）。但2011年不同處理間CH_4排放無(wú)顯著差異，小葉章濕草甸土壤表現(xiàn)為CH_4的匯（-0.08g·m~-2），說(shuō)明了根系對(duì)甲烷排放的促進(jìn)作用在水分充足的環(huán)境下更為顯著。 根系對(duì)沼澤濕地土壤碳排放的貢獻(xiàn)受到水位的影響。穩(wěn)定積水條件降低了根系活動(dòng)產(chǎn)生的CO_2量，生長(zhǎng)季內(nèi)根系呼吸量大小表現(xiàn)為-5cm10cm0cm5cm，10cm積水條件下根系呼吸占土壤呼吸的比例最高。積水條件影響根系對(duì)土壤甲烷排放的貢獻(xiàn)能力，在-5cm與0cm積水水位環(huán)境下，小葉章根系生長(zhǎng)抑制了土壤CH_4排放，以0cm積水水位下最為顯著（p0.01）。而在10cm積水水位條件下，根系生長(zhǎng)對(duì)CH_4排放量表現(xiàn)出促進(jìn)作用，說(shuō)明根系對(duì)甲烷產(chǎn)生與氧化的作用強(qiáng)度在不同的土壤透氣性條件下有所差異。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類(lèi)號(hào)】：X17

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 宋長(zhǎng)春,王毅勇,閻百興,婁彥景,趙志春;沼澤濕地開(kāi)墾后土壤水熱條件變化與碳、氮?jiǎng)討B(tài)[J];環(huán)境科學(xué);2004年03期

2 劉興土;;我國(guó)濕地的主要生態(tài)問(wèn)題及治理對(duì)策[J];濕地科學(xué)與管理;2007年01期

3 張金波,宋長(zhǎng)春,楊文燕;土地利用方式對(duì)土壤水溶性有機(jī)碳的影響[J];中國(guó)環(huán)境科學(xué);2005年03期

4 王晶,解宏圖,朱平,李曉云;土壤活性有機(jī)質(zhì)(碳)的內(nèi)涵和現(xiàn)代分析方法概述[J];生態(tài)學(xué)雜志;2003年06期

5 王長(zhǎng)庭,王啟基,龍瑞軍,景增春,史惠蘭;高寒草甸群落植物多樣性和初級(jí)生產(chǎn)力沿海拔梯度變化的研究[J];植物生態(tài)學(xué)報(bào);2004年02期

6 張金波,宋長(zhǎng)春,楊文燕;三江平原沼澤濕地開(kāi)墾對(duì)表土有機(jī)碳組分的影響[J];土壤學(xué)報(bào);2005年05期

7 宋長(zhǎng)春;濕地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究進(jìn)展[J];地理科學(xué);2003年05期

8 閆敏華,鄧偉,馬學(xué)慧;大面積開(kāi)荒擾動(dòng)下的三江平原近45年氣候變化[J];地理學(xué)報(bào);2001年02期

9 趙吉;;土壤健康的生物學(xué)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)[J];土壤;2006年02期

10 張文菊,吳金水,肖和艾,童成立;三江平原典型濕地剖面有機(jī)碳分布特征與積累現(xiàn)狀[J];地球科學(xué)進(jìn)展;2004年04期

本文編號(hào)：2690406