目前,全球變暖導(dǎo)致南極冰川融化退縮,南極沿海無冰區(qū)苔原面積日益擴大;同時,南極海岸也是重要的海洋動物聚居地,每年夏季大量海洋動物排泄物為苔原土壤提供了豐富的養(yǎng)分,從而為土壤中CO_2、CH_4、N_2O等溫室氣體的產(chǎn)生與排放創(chuàng)造了有利條件。在中國第15次南極科學(xué)考察期間,孫立廣教授首次開拓了西南極法爾茲半島苔原N_2O、CH_4通量的觀測,之后美國、韓國、意大利和巴西等國的學(xué)者也在南極苔原區(qū)開展了相關(guān)觀測研究。但前期的研究在區(qū)域上比較單一,難以準(zhǔn)確獲得南極苔原溫室氣體通量的時空變化規(guī)律及其影響因素;另一方面,已有的研究多側(cè)重于宏觀溫室氣體排放通量的觀測,而在南極苔原土壤溫室氣體產(chǎn)生的微觀機理層次上的研究嚴(yán)重欠缺。鑒于以上兩點考慮,本文以西南極法爾茲半島和東南極米洛半島地區(qū)為研究區(qū)域,采用靜態(tài)箱法對南極苔原不同生態(tài)區(qū)(包括:普通苔原、海洋動物聚居地以及湖泊濕地等)溫室氣體通量進(jìn)行了較為系統(tǒng)的現(xiàn)場觀測,結(jié)合大量模擬實驗研究了南極苔原土壤溫室氣體產(chǎn)生與排放的過程;并首次應(yīng)用穩(wěn)定同位素手段來研究南極苔原土壤源溫室氣體的產(chǎn)生機理,獲得大量科學(xué)數(shù)據(jù),在微觀與宏觀層次上拓展和深化了南極苔原溫室氣體的研究領(lǐng)域。主要研究內(nèi)容及研究結(jié)果如下: (1)西南極法爾茲半島苔原不同生態(tài)區(qū)溫室氣體通量時空變化規(guī)律 對西南極法爾茲半島苔原不同生態(tài)區(qū)溫室氣體排放通量進(jìn)行了對比觀測研究,發(fā)現(xiàn)海洋動物聚居地是南極大氣N_2O的強排放點源,是全球N_2O的新來源,同時也是南極大氣CH_4的重要排放源;而普通苔原土壤是弱的N_2O和CH_4排放源。相關(guān)分析表明:土壤中海洋動物糞來源的TOC、TN含量和土壤水位控制著南極苔原N_2O和CH_4排放通量的空間變化,凍融過程影響N_2O和CH_4通量的季節(jié)變化。另外,對阿德雷島和生物灣的苔原植被區(qū)進(jìn)行了連續(xù)兩年夏季的現(xiàn)場觀測,發(fā)現(xiàn)靠近企鵝、海豹聚居地的苔原植被區(qū)是大氣CO_2較強的吸收匯和N_2O的排放源。 (2)東南極米洛半島濕地湖泊系統(tǒng)溫室氣體通量時空變化規(guī)律 對東南極米洛半島苔原濕地和富藻湖泊近岸水體的溫室氣體通量進(jìn)行了觀測,結(jié)果表明:苔原濕地是較強的N_2O排放源和弱的CH_4排放源。苔原濕地N_2O通量隨地下水位的增長而降低,水位是控制N_2O通量空間變化的主要因素;CH_4通量則受到水位和地溫的共同影響。此外,觀測結(jié)果表明米洛半島富藻湖泊是南極夏季強烈的CO_2吸收匯和重要的N_2O、CH_4排放源,且溫室氣體通量受到多種因素的影響:湖泊近岸水體N_2O通量和氣溫、NO_3~--N濃度顯著正相關(guān),與水位呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;CO_2通量和日輻射量(DTR)、水溫呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;CH_4通量受到湖泊溫度、水位和總?cè)芙庑怨腆w(TDS)含量的綜合影響。 (3)南極苔原土壤溫室氣體產(chǎn)生與排放過程實驗?zāi)M研究 恒溫條件下,企鵝糞、鳥成土和海豹糞土在有氧條件下的CO_2、CH_4排放通量高于厭氧培育,通量與TOC含量顯著相關(guān);企鵝糞在有氧條件下的N_2O通量較高,但糞土樣品則是在厭氧條件下排放出更多的N_2O,表明反硝化是糞土N_2O的主要產(chǎn)生過程。同時,凍融交替過程能促進(jìn)土壤溫室氣體的迸發(fā)排放,其中企鵝糞是強的CH_4和CO_2排放源而糞土是強的N_2O排放源。此外,土壤水分變化對溫室氣體通量影響顯著:CH_4排放通量在77%Mc含水率時達(dá)到最大;N_2O通量在29%~49%Mc范圍內(nèi)隨土壤水分含量的增加而增加;CO_2排放通量與土壤水分含量呈對數(shù)相關(guān)關(guān)系。不同培育條件的室內(nèi)模擬實驗結(jié)果表明:在南極夏季,海洋動物新鮮糞、鳥成土和海豹糞土有較強的溫室氣體排放潛力。 (4)南極地區(qū)和海洋大氣溫室氣體穩(wěn)定同位素時空變化特征 在野外獲得了海洋動物聚居地土壤N_2O同位素自然豐度,與當(dāng)?shù)乇尘按髿庀啾?海洋動物聚居地排放的N_2O顯著富集輕同位素。野外同位素數(shù)據(jù)與室內(nèi)厭氧培育條件下得到糞土N_2O同位素值相近,表明反硝化是糞土N_2O的主要產(chǎn)生過程。對近地面大氣的研究發(fā)現(xiàn),南極近地面大氣N_2O濃度低于全球大氣N_2O平均值,但其同位素值偏高,且N_2O的δ~(15)N和δ~(18)O與氣溫、大氣N_2O濃度負(fù)相關(guān),表明南極大氣N_2O可能受到了平流層低濃度、富~(15)N與~(18)O的N_2O向?qū)α鲗臃聪蜃⑷氲挠绊�。同時,南極近地面大氣CH_4濃度略高于全球大氣CH_4平均濃度,且δ~(13)C值較大氣背景值略高,可能受到了南極地區(qū)富13C的人為源的影響。此外,采集了上海至南極航線上(30°N~69°S)的洋面大氣樣品,發(fā)現(xiàn)洋面大氣N_2O濃度由北向南逐漸降低,N_2O的~(15)N與~(18)O的空間變化規(guī)律不一致,可能受到局部洋區(qū)復(fù)雜因素的影響。而航線上北半球海洋邊界層大氣的CH_4濃度明顯高于南半球,δ~(13)C平均值也高于大氣背景值,表明海洋邊界層大氣CH_4受到富~(13)C的人為源的影響。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：X16
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究概況
2）研究概況'>        1.1.1 全球二氧化碳（C0₂）研究概況
4）研究概況'>        1.1.2 全球甲烷（CH₄）研究概況
20）研究概況'>        1.1.3 全球氧化亞氧（N₂0）研究概況
    1.2 極區(qū)溫室氣體研究進(jìn)展
        1.2.1 北極溫室氣體研究概況
        1.2.2 南極溫室氣體研究概況
    1.3 土壤溫室氣體的研究方法
        1.3.1 土壤溫室氣體的野外觀測方法
        1.3.2 土壤溫室氣體的同位素分析方法
第二章 研究意義和研究內(nèi)容
    2.1 研究意義
    2.2 研究目標(biāo)
    2.3 研究內(nèi)容
第三章 研究區(qū)域和研究方法
    3.1 研究區(qū)域
        3.1.1 西南極法爾茲半島研究區(qū)域概況
        3.1.2 東南極米洛半島研究區(qū)域概況
    3.2 野外溫室氣體通量觀測
        3.2.1 西南極地區(qū)苔原溫室氣體通量觀測與采樣點設(shè)計
        3.2.2 東南極苔原濕地溫室氣體通量觀測與采樣點設(shè)計
        3.2.3 東南極湖泊系統(tǒng)溫室氣體通量觀測與采樣點設(shè)計
    3.3 南極苔原土壤溫室氣體產(chǎn)生與排放模擬實驗研究設(shè)計
        3.3.1 恒溫4℃下土壤溫室氣體產(chǎn)生狀況模擬實驗設(shè)計
        3.3.2 凍融交替過程中土壤溫室氣體產(chǎn)生狀況模擬實驗設(shè)計
        3.3.3 水分狀況對土壤溫室氣體產(chǎn)生的影響模擬實驗設(shè)計
    3.4 樣品分析與檢測
        3.4.1 溫室氣體濃度測定
        3.4.2 溫室氣體穩(wěn)定同位素測試
        3.4.3 土壤理化性質(zhì)分析
        3.4.4 數(shù)據(jù)處理與通量計算
    3.5 技術(shù)路線
第四章 西南極法爾茲半島地區(qū)苔原溫室氣體通量時空變化特征
20 通量時空變化特征'>    4.1 法爾茲半島苔原不同生態(tài)區(qū)N₂0 通量時空變化特征
4 通量時空變化特征'>    4.2 法爾茲半島苔原不同生態(tài)區(qū)CH₄ 通量時空變化特征
    4.3 阿德雷島苔原斷面溫室氣體通量時空變化特征
    4.4 生物灣苔原斷面溫室氣體通量時空變化特征
第五章 東南極米洛半島湖泊濕地溫室氣體通量時空變化特征
20 通量時空變化特征'>    5.1 米洛半島苔原濕地N₂0 通量時空變化特征
4 通量時空變化特征'>    5.2 米洛半島苔原濕地CH₄ 通量時空變化特征
20 通量時空變化特征'>    5.3 米洛半島湖泊N₂0 通量時空變化特征
2 和CH4 通量時空變化特征'>    5.4 米洛半島湖泊C0₂ 和CH4 通量時空變化特征
第六章 南極苔原土壤溫室氣體產(chǎn)生與排放實驗?zāi)M研究
    6.1 恒溫4℃下土壤溫室氣體產(chǎn)生狀況
    6.2 凍融交替過程對土壤溫室氣體產(chǎn)生與排放的影響
    6.3 不同水分對凍融過程中苔原土壤溫室氣體產(chǎn)生與排放的影響
第七章 南極苔原和海洋大氣溫室氣體穩(wěn)定同位素時空變化特征
20 穩(wěn)定同位素特征'>    7.1 西南極苔原土壤源N₂0 穩(wěn)定同位素特征
20 同位素特征'>    7.2 東南極米洛半島近地面大氣N₂0 同位素特征
4 濃度及其δ13C 時空變化特征'>    7.3 東南極米洛半島近地面大氣CH₄ 濃度及其δ13C 時空變化特征
20 濃度及同位素空間分布特征'>    7.4 上�！蠘O海洋邊界層大氣N₂0 濃度及同位素空間分布特征
4 濃度及其δ13C 空間分布特征'>    7.5 上海—南極海洋邊界層大氣CH₄ 濃度及其δ13C 空間分布特征
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝
在讀期間已發(fā)表的論文

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 陳清清;朱仁斌;丁瑋;徐華;;海鳥活動對北極新奧爾松苔原-大氣CO_2交換的影響[J];極地研究;2012年03期

2 陳清清;朱仁斌;徐華;;北極新奧爾松地區(qū)夏季近地面CO_2、CH_4和N_2O濃度的觀測研究[J];極地研究;2013年02期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 康在龍;天津市低碳交通發(fā)展策略研究[D];天津理工大學(xué);2013年

本文編號：2837428