任 鵬, 任洪昌, 胡敏杰, 汪旭明, 仝 川

(福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院/濕潤(rùn)亞熱帶生態(tài)地理過程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福建 福州 350007)

河口區(qū)淡水與微咸水潮汐濕地CH4和CO2的產(chǎn)生速率

任 鵬, 任洪昌, 胡敏杰, 汪旭明, 仝 川

(福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院/濕潤(rùn)亞熱帶生態(tài)地理過程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福建 福州 350007)

通過室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)研究鹽度差異對(duì)閩江河口短葉茳芏潮汐濕地CH4和CO2的產(chǎn)生速率以及土壤理化性質(zhì)的影響.結(jié)果顯示，淡水濕地和微咸水濕地土壤CH4的產(chǎn)生速率分別為0.03～0.76 μg·g-1·d-1和0.01～0.22 μg·g-1·d-1，平均值分別為(0.27±0.06) μg·g-1·d-1和(0.10±0.03) μg·g-1·d-1.土壤CO2產(chǎn)生速率分別為0.44～6.68 μg·g-1·d-1和0.64～6.77 μg·g-1·d-1，平均值分別為(3.03±0.42) μg·g-1·d-1和(3.47±0.41) μg·g-1·d-1.淡水濕地土壤CH4的產(chǎn)生速率顯著高于微咸水濕地(P<0.05)，而2個(gè)潮汐濕地土壤CO2的產(chǎn)生速率并無(wú)顯著差異.微咸水濕地的電導(dǎo)率、pH、總碳(TC)、總磷(TP)均極顯著高于淡水濕地(P<0.01)，總氮(TN)含量顯著高于淡水濕地(P<0.05).相關(guān)分析顯示，土壤CH4和CO2產(chǎn)生速率主要受溫度、電導(dǎo)率、pH、TC、TN、TP的影響.

產(chǎn)生速率; CH4和CO2; 淡水與微咸水; 潮汐濕地; 閩江河口

CO2和CH4是大氣中重要的溫室氣體，自1750年以來，其含量分別提高了40%和105%，達(dá)到3.91×10-4和1.803×10-6[1]，對(duì)其排放通量的研究一直是全球氣候變化研究的焦點(diǎn)[2,3].其中CH4是僅次于CO2的第二大溫室氣體，其全球增溫潛勢(shì)(GWPs)是CO2的25倍，對(duì)全球變暖的貢獻(xiàn)率可達(dá)20%左右[4].濕地是陸地生態(tài)系統(tǒng)中重要的有機(jī)碳庫(kù)，特別在CH4和CO2等含碳溫室氣體的固定和釋放中起著重要的開關(guān)作用，被稱為“轉(zhuǎn)換器”[5].河口潮汐濕地處于陸海交互作用的集中帶，受河流徑流和海洋潮汐的共同作用，形成過程復(fù)雜多變，生態(tài)敏感脆弱，是融多種生態(tài)系統(tǒng)于一體的復(fù)雜系統(tǒng)[6,7].由于氣候變暖，海平面上升以及極端天氣事件的增多，河口潮汐濕地遭受鹽水入侵的現(xiàn)象日益嚴(yán)重.

鹽度是影響河口潮汐濕地碳循環(huán)的一個(gè)重要環(huán)境因子.早在上世紀(jì)80年代，Delaune et al[8]通過對(duì)河口自然鹽度梯度下濕地CH4排放通量原位的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)CH4排放與鹽度之間存在顯著負(fù)相關(guān).張子川等[9]通過采集閩江河口區(qū)淡水和微咸水短葉茳芏潮汐濕地土樣，添加不同鹽度的人造海水、NaCl溶液以及鹽度為0的去離子水，進(jìn)行室內(nèi)泥漿厭氧培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鹽度對(duì)淡水和微咸水潮汐沼澤濕地CH4產(chǎn)生均有顯著的抑制作用.然而，也有部分學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，少量的鹽分輸入會(huì)對(duì)濕地CH4的產(chǎn)生與排放有一定的促進(jìn)作用，如 Bartlett et al[10,11]對(duì)美國(guó)弗吉尼亞灣河口濕地進(jìn)行了原位測(cè)定，發(fā)現(xiàn)隨著鹽度的升高CH4排放呈先增加后減少的趨勢(shì)，CH4排放通量最高值出現(xiàn)在鹽度居中的地段.Weston et al[12]采集新澤西州Delaware河口潮汐濕地原狀土，通過室內(nèi)模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鹽水入侵顯著促進(jìn)了濕地CH4的排放.研究表明鹽度對(duì)濕地CH4的產(chǎn)生與排放無(wú)顯著影響.Krauss et al[13]對(duì)美國(guó)Savannah河口潮汐濕地溫室氣體排放的研究發(fā)現(xiàn)，鹽度差異為0.2～4.7 g·L-1時(shí)對(duì)CH4排放無(wú)影響.

福建省閩江河口區(qū)地處中亞熱帶和南亞熱帶過渡區(qū)，是中國(guó)東南沿海典型的開放型河口之一.由于受鹽水入侵上溯的影響，形成了較長(zhǎng)的感潮河段，分布許多不同類型的河口濕地.在海平面上升和極端天氣事件增多的背景下，開展閩江河口區(qū)不同鹽度濕地溫室氣體產(chǎn)生速率的研究具有重要意義.

1 研究區(qū)概況

選擇閩江河口面積最大的鱔魚灘濕地(26°01′48.0″N，119°37′35.3″E)和該河口中游段的道慶洲濕地(25°57′21.4″N，119°24′25.6″E)作為樣地，具體地理位置見圖1.其中鱔魚灘濕地潮水鹽度變化范圍為0.941‰～8.100‰，屬于微咸水濕地，主要優(yōu)勢(shì)植被群落有土著種的短葉茳芏(Cyperusmalaccensis)、蘆葦(Phragmitesaustralis)以及外來入侵種互花米草(Spartinaalterniflora).土壤粒徑組成中粘粒占8.49%±1.72%，粉砂粒占53.50%±3.94%，砂粒含量為38.01%±4.92%.道慶洲濕地潮水鹽度范圍為0.160‰～0.311‰，屬于淡水濕地，優(yōu)勢(shì)植被主要為短葉茳芏(Cyperusmalaccensis)，土壤粒徑組成中粘粒占9.39%±3.70%，粉砂粒占62.33%±5.69%，砂粒占28.28%±8.77%.

2 材料與方法

2.1 樣品采集與處理

在2013年11月、2014年2、5、8月的一個(gè)小潮日(分別代表一年內(nèi)秋、冬、春、夏4個(gè)季節(jié))，利用土壤采樣器采集短葉茳芏(Cyperusmalaccensis)植被帶下0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm 3個(gè)不同深度的原狀土柱，每個(gè)采樣地設(shè)置4個(gè)重復(fù)，共24個(gè)土柱.將采集土樣裝入圓筒狀培養(yǎng)瓶(PVC材質(zhì)，底部密封，頂部加塞，高度12 cm，內(nèi)徑5 cm)，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng).并采用同樣方法另采集一份土樣，4個(gè)重復(fù)，用于土壤理化性質(zhì)測(cè)定.此外，與土樣采集同步，將原位采集的潮水運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行厭氧培養(yǎng).

2.2 土壤理化指標(biāo)的測(cè)定

原位土樣經(jīng)自然風(fēng)干后，剔除根系和沙石，過0.149 mm網(wǎng)篩.采用碳氮元素分析儀(德國(guó)艾力蒙塔公司提供)測(cè)定土壤總碳(TC)、總氮(TN)含量；土壤總磷(TP)在浸提后采用流動(dòng)注射分析儀(荷蘭斯卡拉儀器公司提供)測(cè)定.土壤電導(dǎo)率及pH采用便攜式電導(dǎo)計(jì)(美國(guó)光譜技術(shù)公司提供)和便攜式pH計(jì)(美國(guó)奧豪斯公司提供)測(cè)定.土壤粒徑采用Mastersizer 2000激光衍射粒度分析儀測(cè)定，粒徑分級(jí)采用國(guó)際制土粒分級(jí)方法，即黏粒粒徑<2 μm，粉砂粒粒徑2～20 μm，砂粒粒徑>20 μm.

圖1 研究樣點(diǎn)位置示意圖

2.3 室內(nèi)培養(yǎng)與氣體含量的測(cè)定

2.3.1室內(nèi)培養(yǎng) 將采集的原位潮水注入上述培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)(淹沒土壤表層1 cm).在培養(yǎng)試驗(yàn)開始前，將培養(yǎng)瓶在培養(yǎng)溫度下預(yù)培養(yǎng)1 d；預(yù)培養(yǎng)結(jié)束后，將培養(yǎng)瓶用硅橡膠塞密封，并提前在硅橡膠塞中間打2個(gè)孔，往其中1個(gè)孔插入1根長(zhǎng)玻璃管，長(zhǎng)度以接近泥漿表層為宜(不要插入泥漿)，作為氮?dú)?N2)進(jìn)口；另1根玻璃管較短，稍稍插入培養(yǎng)瓶即可，作為氣體出口和取樣口.然后用純N2(含量99.99%)通過上述N2進(jìn)口玻璃管對(duì)培養(yǎng)瓶進(jìn)行沖洗(8～10 min)，直至達(dá)到厭氧狀態(tài)[13]，測(cè)定培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)氣體濃度，以此作為初始濃度.然后，根據(jù)閩江河口氣象觀測(cè)站提供的溫度數(shù)據(jù)，將培養(yǎng)溫度設(shè)置為采樣時(shí)所在季節(jié)平均氣溫(春季17.45 ℃，夏季27.45 ℃，秋季21.36 ℃，冬季11.01 ℃)，每天同一時(shí)間用氣密針從培養(yǎng)瓶頂部抽取氣樣，每次抽取3 mL，測(cè)定CH4和CO2氣體的含量.每次抽氣完成后注入同等體積N2以保持培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)的氣壓平衡.為了盡可能反映河口濕地土壤CH4和CO2的實(shí)際產(chǎn)生速率，培養(yǎng)分為2個(gè)階段，每4 d為一個(gè)階段，最終的產(chǎn)生速率為2個(gè)階段的平均值.當(dāng)?shù)?個(gè)培養(yǎng)階段結(jié)束后，用純N2對(duì)培養(yǎng)瓶重新進(jìn)行清洗(約8～10 min)，并開始下一階段的培養(yǎng)與氣體含量測(cè)定，計(jì)算前后2個(gè)階段產(chǎn)生速率的平均值，以此作為產(chǎn)生速率.

2.3.2 CH4和CO2產(chǎn)生速率的測(cè)定 分別用GC-2010和GC-2014氣相色譜儀測(cè)定CH4和CO2氣體含量.CH4含量測(cè)定：進(jìn)樣口溫度、柱箱溫度和檢測(cè)器溫度分別為100、45和280 ℃，N2流量、H2流量和空氣流量分別為30、47和400 mL·min-1.CO2含量的測(cè)定：進(jìn)樣口溫度、柱箱溫度和檢測(cè)器溫度分別為100、45和280 ℃，N2流量、H2流量和空氣流量分別為30、40和400 mL·min-1.檢測(cè)器均為FID(氫火焰離子化)檢測(cè)器，N2(純度≥99.999%)為載氣，氫氣(純度≥99.99%)為燃?xì)?，空氣作為助燃?xì)?土壤CH4和CO2產(chǎn)生速率的計(jì)算公式[16]表示如下：

式中：P為CH4或CO2的產(chǎn)生速率/(μg·g-1·d-1)；dc/dt為培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)CH4或CO2氣體含量單位時(shí)間的變化/(μL·L-1·d-1)；VH為培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)部空間體積/L；WS為干土重/g；MW為CH4或CO2的摩爾質(zhì)量/(g·mol-1)；MV為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1 mol氣體的體積(22.4 L·mol-1)；TST為標(biāo)準(zhǔn)溫度(273 K)；T為培養(yǎng)溫度/℃.

2.4 數(shù)據(jù)處理與分析

運(yùn)用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，使用Excel 2007軟件作圖.首先檢驗(yàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)是否符合方差齊性和正態(tài)分布，若數(shù)據(jù)檢驗(yàn)不通過，需對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)化，直到檢驗(yàn)通過后再進(jìn)行數(shù)據(jù)分析.采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件中的單因素方差分析法分別對(duì)同一樣地不同季節(jié)、同一樣地不同土層的CH4和CO2的產(chǎn)生速率進(jìn)行差異性分析.采用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)對(duì)不同樣地CH4和CO2產(chǎn)生速率進(jìn)行差異性分析.采用Pearson相關(guān)分析方法分析CH4和CO2產(chǎn)生速率與環(huán)境因子之間的相關(guān)性.本文中所有誤差均為標(biāo)準(zhǔn)誤差.

3 結(jié)果與分析

3.1 環(huán)境因子時(shí)空特征

閩江河口濕地土壤環(huán)境因子動(dòng)態(tài)特征如圖2所示(數(shù)值為3個(gè)深度的平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差,n=12).淡水和微咸水濕地電導(dǎo)率分別為0.16～0.31 mS·cm-1和1.14～3.14 mS·cm-1，平均值分別為0.24和2.16 mS·cm-1，微咸水濕地電導(dǎo)率極顯著高于淡水(P<0.01).淡水和微咸水濕地pH分別為4.85～5.07和6.54～6.89，平均值分別為4.78和6.71，表明微咸水濕地pH極顯著高于淡水濕地(P<0.01).淡水和微咸水濕地TC含量分別為18.88～21.48 g·kg-1和17.61～19.03 g·kg-1，平均值分別為20.28和18.40 g·kg-1，淡水濕地TC含量極顯著高于微咸水濕地(P<0.01).淡水和微咸水TN含量分別為1.71～1.96 g·kg-1和1.83～2.08 g·kg-1，平均值分別為1.84和1.94 g·kg-1，表明微咸水濕地TN含量顯著高于淡水濕地(P<0.05).淡水和微咸水濕地TP含量分別為0.73～0.84 mg·g-1和0.81～0.90 mg·g-1，平均值分別為0.78和0.85 mg·g-1，表明微咸水濕地TP含量極顯著高于淡水濕地(P<0.01).綜上所述，微咸水濕地電導(dǎo)率極顯著高于淡水濕地，二者鹽度存在顯著差異.微咸水濕地TN和TP含量均顯著高于淡水濕地，而TC含量顯著低于淡水濕地.

圖2 淡水和微咸水濕地土壤環(huán)境因子時(shí)空動(dòng)態(tài)特征

3.2 CH4產(chǎn)生速率

淡水與半咸水濕地0～15 cm土壤CH4產(chǎn)生速率的季節(jié)變化如圖3所示.總體上看，淡水濕地土壤CH4產(chǎn)生速率高于微咸水濕地，平均值分別為0.27和0.10 μg·g-1·d-1.其中淡水濕地土壤CH4產(chǎn)生速率最高值和最低值分別出現(xiàn)在夏季和冬季，平均值分別為0.76和0.03 μg·g-1·d-1，各季節(jié)土壤CH4產(chǎn)生速率總體表現(xiàn)為夏季>秋季>春季>冬季.微咸水濕地土壤CH4產(chǎn)生速率最高值和最低值分別出現(xiàn)在夏季和冬季，平均值分別為0.22和0.01 μg·g-1·d-1，各季節(jié)土壤CH4產(chǎn)生速率總體表現(xiàn)為夏季>春季>秋季>冬季.統(tǒng)計(jì)分析顯示，淡水濕地土壤CH4產(chǎn)生速率總體上顯著高于微咸水濕地(P<0.05)，其中秋季淡水濕地土壤CH4產(chǎn)生速率極顯著高于微咸水濕地(P<0.01)，夏季淡水濕地土壤CH4產(chǎn)生速率顯著高于微咸水濕地(P<0.05)，冬、春季兩樣地之間無(wú)顯著差異(P>0.05).淡水濕地夏季土壤CH4產(chǎn)生速率顯著高于其他三季(P<0.05)，而冬季土壤CH4產(chǎn)生速率顯著低于其他三季(P<0.05).微咸水濕地春季和夏季土壤CH4產(chǎn)生速率分別顯著高于秋、冬季節(jié)(P<0.05).

不同大寫字母代表同一樣地不同季節(jié)差異顯著，不同小寫字母代表同一季節(jié)不同樣地之間差異顯著.

從圖4可知：淡水濕地0～5 cm土層夏季CH4產(chǎn)生速率顯著高于春、秋、冬3個(gè)季節(jié)(P<0.05)，5～10 cm和10～15 cm土層冬季CH4產(chǎn)生速率顯著低于其他3個(gè)季節(jié)(P<0.05)；同一季節(jié)不同土層之間CH4產(chǎn)生速率均無(wú)顯著差異(P>0.05).微咸水濕地0～5 cm土層春季和夏季土壤CH4產(chǎn)生速率分別顯著高于秋、冬季節(jié)(P<0.05)，5～10 cm土層各季節(jié)間均無(wú)顯著差異(P>0.05)，10～15 cm土層夏季CH4產(chǎn)生速率顯著高于秋、冬季節(jié)(P<0.05)，同一季節(jié)不同土層之間CH4產(chǎn)生速率均無(wú)顯著差異(P>0.05).

不同大寫字母代表同一樣地同一土層不同季節(jié)差異顯著，不同小寫字母代表同一樣地在同一季節(jié)下不同土層之間差異顯著.

3.3 CO2產(chǎn)生速率

從圖5可知，微咸水濕地土壤CH4產(chǎn)生速率高于淡水濕地，平均值分別為3.47和3.03 μg·g-1·d-1.其中淡水濕地土壤CO2產(chǎn)生速率最高值和最低值分別出現(xiàn)在夏季和秋季，平均值分別為6.68和0.44 μg·g-1·d-1，各季節(jié)土壤CO2產(chǎn)生速率總體表現(xiàn)為夏季>春季>冬季>秋季.微咸水濕地土壤CO2產(chǎn)生速率最高值和最低值分別出現(xiàn)在夏季和秋季，平均值分別為6.77和0.64 μg·g-1·d-1，季節(jié)動(dòng)態(tài)表現(xiàn)為夏季>春季>冬季>秋季.統(tǒng)計(jì)分析顯示，淡水濕地土壤CO2產(chǎn)生速率與微咸水濕地之間總體上無(wú)顯著差異(P>0.05)，但冬季微咸水濕地土壤CO2產(chǎn)生速率極顯著高于淡水濕地(P<0.01)，春季微咸水濕地土壤CO2產(chǎn)生速率顯著高于淡水濕地(P<0.05)，夏秋季兩樣地之間無(wú)顯著差異(P>0.05).淡水和微咸水濕地土壤CO2產(chǎn)生速率在夏季均顯著高于其他三季(P<0.05)，春季均顯著高于秋冬季節(jié)(P<0.05)，而秋季均顯著低于其他3個(gè)季節(jié)(P<0.05).

圖5 淡水和微咸水濕地0～15 cm深度土壤CO2產(chǎn)生速率季節(jié)動(dòng)態(tài)

從圖6可知，淡水濕地0～5 cm土層夏季CO2產(chǎn)生速率顯著高于春、秋、冬季節(jié)(P<0.05)，春季CO2產(chǎn)生速率顯著高于秋、冬季節(jié)(P<0.05)；5～10 cm土層春季和夏季CO2產(chǎn)生速率均顯著高于秋、冬季節(jié)(P<0.05)，冬季CO2產(chǎn)生速率顯著高于秋季(P<0.05)；10～15 cm土層春季和夏季CO2產(chǎn)生速率均顯著高于秋、冬兩季(P<0.05)；而冬季0～5 cm土層冬季CO2產(chǎn)生速率顯著高于10～15 cm土層(P<0.05)，其余各季節(jié)不同土層之間CO2產(chǎn)生速率無(wú)顯著差異(P>0.05).微咸水濕地0～5 cm土層夏季CO2的產(chǎn)生速率顯著高于秋、冬季節(jié)(P<0.05)，春季CO2產(chǎn)生速率與其余三季均無(wú)顯著差異(P>0.05)；5～10 cm土層春季和夏季CO2產(chǎn)生速率均顯著高于秋、冬季節(jié)(P<0.05)，冬季CO2產(chǎn)生速率顯著高于秋季(P<0.05)；10～15 cm土層春季和夏季CO2產(chǎn)生速率均顯著高于秋冬兩季(P<0.05)；各季節(jié)不同土層之間CO2產(chǎn)生速率無(wú)顯著性差異(P>0.05).

不同大寫字母表示同一樣地同一土層不同季節(jié)差異顯著，不同小寫字母表示同一樣地在同一季節(jié)下不同土層之間差異顯著.

3.4 CH4和CO2產(chǎn)生速率與環(huán)境因子的相關(guān)性

從表1可知，淡水濕地土壤CH4產(chǎn)生速率與培養(yǎng)溫度和TP含量均呈極顯著正相關(guān)(n=48，P<0.01)，而與電導(dǎo)率呈極顯著負(fù)相關(guān)(n=48，P<0.01).微咸水濕地土壤CH4產(chǎn)生速率與土壤TN呈極顯著正相關(guān)(n=48，P<0.01)，與培養(yǎng)溫度和TC含量呈顯著正相關(guān)(n=48，P<0.05).

淡水濕地土壤CO2產(chǎn)生速率與培養(yǎng)溫度、TN和TP含量呈極顯著正相關(guān)(n=48，P<0.01).微咸水濕地土壤CO2產(chǎn)生速率與培養(yǎng)溫度、TN和TP含量呈極顯著正相關(guān)(n=48，P<0.01)，與pH值呈顯著正相關(guān)(n=48，P<0.05)，而與電導(dǎo)率呈極顯著負(fù)相關(guān)(n=48，P<0.01).

表1 淡水和微咸水濕地CH4和CO2產(chǎn)生速率與環(huán)境因子的相關(guān)性(n=48)1)

1)*表示差異顯著；**表示差異極顯著.

4 討論

閩江口淡水和微咸水濕地土壤CH4產(chǎn)生速率最高值均出現(xiàn)在夏季，最低值均出現(xiàn)在冬季，溫度是影響濕地碳循環(huán)的重要環(huán)境因子之一.一般認(rèn)為，溫度升高會(huì)增強(qiáng)土壤微生物活性，加速有機(jī)質(zhì)分解，為產(chǎn)甲烷菌提供大量底物，從而加快土壤CH4和CO2的產(chǎn)生與排放[17,18].此外，溫度升高也會(huì)對(duì)土壤產(chǎn)甲烷菌的群落結(jié)構(gòu)和優(yōu)勢(shì)菌種類產(chǎn)生影響，改變產(chǎn)甲烷代謝途徑，影響土壤甲烷菌產(chǎn)甲烷能力的發(fā)揮[19,20].丁維新等[21]研究表明，在低溫條件下，土壤產(chǎn)甲烷菌中的優(yōu)勢(shì)菌為只能利用乙酸的甲烷毛菌(Methanosaetaceae)，產(chǎn)甲烷能力相對(duì)較弱；而高溫條件下，土壤產(chǎn)甲烷菌中的優(yōu)勢(shì)菌以乙酸和CO2/H2均可利用的甲烷八疊球菌(Methanosarcinaceae)為主，產(chǎn)甲烷能力相對(duì)較強(qiáng).Avery et al[22]對(duì)美國(guó)北卡羅萊納州White Oak河流沉積物甲烷產(chǎn)生速率的研究發(fā)現(xiàn)，隨著培養(yǎng)溫度的升高，土壤甲烷產(chǎn)生總速率、乙酸發(fā)酵產(chǎn)甲烷速率以及CO2還原途徑產(chǎn)甲烷速率均表現(xiàn)為指數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì).本研究發(fā)現(xiàn)，淡水和微咸水沼澤土壤CH4和CO2產(chǎn)生速率均與各季節(jié)培養(yǎng)溫度存在顯著正相關(guān)關(guān)系，CH4和CO2產(chǎn)生速率最高值均出現(xiàn)在培養(yǎng)溫度最高的夏季，表明培養(yǎng)溫度是影響土壤CH4和CO2產(chǎn)生速率的重要環(huán)境因子.

濕地土壤CH4產(chǎn)生與產(chǎn)甲烷菌可利用底物的豐富度密切相關(guān)，同時(shí)底物也是土壤碳礦化的基礎(chǔ)，底物充足在一定程度上可以促進(jìn)土壤碳礦化.研究表明在適宜條件下，土壤和外源有機(jī)碳在產(chǎn)甲烷過程中起重要作用，有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)濕地甲烷排放與土壤有機(jī)碳含量之間存在較強(qiáng)的相關(guān)性[31,32].本研究發(fā)現(xiàn)TC含量較高的淡水濕地土壤CH4產(chǎn)生速率高于TC含量較低的微咸水，且微咸水濕地土壤CH4產(chǎn)生與TC含量呈顯著正相關(guān)，這可能是因?yàn)門C中的有機(jī)碳為產(chǎn)甲烷菌提供了豐富的底物，提高了土壤CH4產(chǎn)生速率.此外，本研究發(fā)現(xiàn)淡水和微咸水濕地土壤CH4和CO2的產(chǎn)生速率均與TN和TP含量存在顯著或極顯著正相關(guān).通常認(rèn)為氮是濕地生態(tài)系統(tǒng)的限制元素，研究[33]表明土壤中氮素增加會(huì)加速土壤有機(jī)碳礦化，為產(chǎn)甲烷菌提供底物，從而促進(jìn)土壤CH4產(chǎn)生.此外，土壤中氮素增加可以提高土壤酶活性，加速土壤有機(jī)質(zhì)分解速率，降低土壤C/N，促進(jìn)土壤CO2產(chǎn)生[34].一般認(rèn)為，濕地生態(tài)系統(tǒng)不存在磷素限制作用，然而磷增加卻可以提高碳礦化速率，促進(jìn)濕地土壤CH4和CO2產(chǎn)生[35].

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(責(zé)任編輯:葉濟(jì)蓉)

CH4and CO2production rates from freshwater and brackish marshes in the Min River estuary

REN Peng, REN Hongchang, HU Minjie, WANG Xuming, TONG Chuan

(College of Geographical Sciences/Key Laboratory of Humid Sub-tropical Eco-geographical Process of the Ministry of Education, Fujian Normal University, Fuzhou, Fujian 350007, China)

Using laboratory incubation experiment, the effects of salinity on CH4and CO2production rates fromCyperusmalaccensistidal wetlands in Min River estuary were measured. Then soil physical-chemical properties were examined to elucidate the dynamic characteristics. The results showed that under anaerobic conditions, CH4production rates from the freshwater and brackish marsh amounted to 0.03 -0.76 μg·g-1·d-1and 0.01- 0.22 μg·g-1·d-1, with (0.27±0.06) μg·g-1·d-1and (0.10±0.03) μg·g-1·d-1being the averages, respectively. CO2production rates from the freshwater and brackish marsh amounted to 0.44-6.68 μg·g-1·d-1and 0.64-6.77 μg·g-1·d-1, with (3.03±0.42) μg·g-1·d-1and (3.47±0.41) μg·g-1·d-1being the averages, respectively. CH4production rate was significantly higher from freshwater marsh than brackish marsh (P<0.05), while no statistical differences between CO2production rates from both marshes. Physical-chemical property analysis showed that EC, pH, total carbon (TC), total nitrogen (TN), total phosphorus (TP) were significantly higher at the freshwater marsh than brackish marsh (P<0.05 orP<0.01). Moreover, correlation analysis revealed that CH4and CO2production rates were mainly controlled by temperature, EC, pH, TC, TN and TP.

production rate; CH4and CO2; freshwater and brackish; tidal marsh; Min River estuary

2016-06-14

2016-10-12

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41371127)；福建省科技廳重點(diǎn)資助項(xiàng)目(2014R1034-1).

任鵬(1992-)，男，碩士研究生.研究方向：濕地生態(tài)與環(huán)境.Email:1426488002@qq.com.通訊作者仝川( 1964-)，男，教授，博士生導(dǎo)師.研究方向：濕地生物地球化學(xué)循環(huán).Email:tongch@fjnu.edu.cn.

X144

A

1671-5470(2017)02-0211-09

10.13323/j.cnki.j.fafu(nat.sci.).2017.02.015