周文昌,崔麗娟,王義飛,李 偉,康曉明

1 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 濕地研究所 北京濕地生態(tài)功能與恢復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100091

2 湖北省林業(yè)科學(xué)研究院, 武漢 430075

3 若爾蓋高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀測(cè)研究站, 阿壩藏族羌族自治州 624500

氣候變暖已成為當(dāng)今全球最重要的環(huán)境問題,引起氣候變暖的主要原因是由于人類活動(dòng)導(dǎo)致溫室氣體排放的快速增加[1]。二氧化碳(CO2)作為最重要的溫室氣體,其源/匯問題已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)[2-4]。由于濕地(尤其是泥炭地)是一個(gè)重要的大氣碳匯,僅泥炭地土壤存儲(chǔ)了全球陸地土壤碳儲(chǔ)量的30%和大氣碳庫(CO2)的70%[1,5-6],這可能導(dǎo)致它在減緩氣候變化過程中發(fā)揮著重要作用[7]。因此,加強(qiáng)泥炭沼澤濕地碳源/匯的研究具有重要意義。

天然泥炭沼澤濕地常作為大氣的CO2匯[4,8],但同時(shí)是CO2排放源[9]。當(dāng)前有關(guān)泥炭沼澤濕地土壤呼吸或溫室氣體CO2排放的時(shí)間變化(晝夜、季節(jié)和年際)研究取得許多成果,并且主要影響因子為溫度(氣溫、土壤溫度)、降水量、水位(或土壤濕度)和植被類型[2-3,9-13]。因此,面臨當(dāng)前氣候變化,泥炭沼澤濕地CO2排放存在不確定性,進(jìn)而長(zhǎng)期對(duì)泥炭沼澤濕地CO2等溫室氣體排放加強(qiáng)研究,不僅有助于為區(qū)域濕地溫室氣體排放清單提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),更有助于為氣候變化和CO2排放預(yù)測(cè)提供數(shù)據(jù)參考。目前,我國(guó)泥炭沼澤濕地CO2等溫室氣體排放的研究集中在三江平原、大小興安嶺和青藏高原等[14-21]。然而,針對(duì)于青藏高原東部邊緣的若爾蓋濕地,曾有王德宣[11]2003—2005年報(bào)道泥炭沼澤野外樣點(diǎn)CO2排放通量年際間變化；Zhu等[19]報(bào)道湖泊CO2排放存在高度空間變化規(guī)律；Gao等[20]通過室內(nèi)孵化試驗(yàn),報(bào)道溫度從5℃增加到35℃,顯著增加了濕地CO2排放2—4倍,而淹沒處理的濕地又比無淹沒處理的濕地高出6%—60%(泥炭地比沼澤地增加比例高)；Yang等[22]的孵化試驗(yàn),結(jié)果顯示土壤變暖和降雨量減少,促進(jìn)泥炭沼澤濕地CO2排放增加了96.8%,表明干旱和變暖可能促進(jìn)若爾蓋沼澤CO2排放。因此,面臨當(dāng)前若爾蓋高原氣候變化[23]及其濕地動(dòng)態(tài)變化[24-25],加強(qiáng)若爾蓋沼澤濕地CO2排放的原位研究,有助于深刻了解當(dāng)前區(qū)域氣候變化下若爾蓋沼澤濕地CO2排放通量變化規(guī)律。

由于高海拔的冷濕氣候條件,青藏高原東部邊緣的若爾蓋發(fā)育著許多泥炭沼澤,是我國(guó)泥炭沼澤最大分布區(qū),也是世界最大的高原型泥炭沼澤(3400—3600m),泥炭沼澤面積46萬hm2[26-27]。本區(qū)域上的植被類型主要為嵩草-苔草和甜茅泥炭沼澤,其西藏嵩草(KobresiatibeticaMaxim.)是這個(gè)區(qū)域上的特有種[27]。通常本區(qū)域發(fā)育的泥炭沼澤,地表草丘地貌發(fā)育良好,主要由苔草、嵩草形成各樣的草丘[26-27],并且草丘周圍形成一定積水深度的許多洼地。因此,本研究選擇湖濱邊緣的3種沼澤濕地5種微生境下的沼澤濕地研究CO2排放通量變化規(guī)律,并同步觀測(cè)環(huán)境因子(土壤溫度、水位和植被生物量)。本研究目的是為了揭示不同微生境下沼澤濕地CO2排放通量時(shí)空變化規(guī)律,進(jìn)而為氣候變化下預(yù)測(cè)沼澤濕地CO2排放和區(qū)域溫室氣體排放清單及其濕地保護(hù)修復(fù)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 研究區(qū)概況和研究方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究區(qū)位于若爾蓋濕地自然保護(hù)區(qū)(102°29′—102°59′E,33°25′—34°80′N),保護(hù)區(qū)面積16670.6 hm2,2008年被列入國(guó)際重要濕地名錄。該區(qū)域?qū)儆诟咴疁貛駶?rùn)氣候,常年無夏,11月至次年4月受西伯利亞和蒙古冷空氣控制,5月至10月受西南季風(fēng)控制,無絕對(duì)無霜期,每年9月下旬土壤開始凍結(jié),5月中旬完全解凍,凍土最深達(dá)72 cm,年平均氣溫0.7—1.0℃,最高氣溫和最低氣溫出現(xiàn)于7月和1月,各自氣溫均值10.7℃和-10.3℃,年均降水量650 mm,集中在6月至9月,相對(duì)濕度78%[28-29]。

1.2 研究方法

1.2.1樣地設(shè)置

本研究樣點(diǎn)位于若爾蓋濕地自然保護(hù)區(qū)的花湖濱岸帶(33.92°N,102.82°E,海拔為3 441m),選擇5種不同水位梯度的3種沼澤濕地5種微生境區(qū),從花湖開闊水域向花湖岸帶邊緣選擇水位梯度變化：第一種沼澤濕地靠近花湖水域,屬于長(zhǎng)期淹水區(qū)域,該區(qū)域發(fā)育了兩種微生境,不同形狀的草丘和洼地,草丘有圓形或方形的,洼地圍繞在草丘周圍而發(fā)育,但地表草丘比地表洼地要高出10—30 cm,此區(qū)域濕地草丘和洼地的微地貌用PHK和PHW符號(hào)表示,野外觀測(cè)為2013年和2014年兩個(gè)生長(zhǎng)季；第二種沼澤濕地在花湖邊緣外,屬于季節(jié)性淹水狀態(tài),有時(shí)是夏季初期淹水(2013年),有時(shí)是秋季初期淹水(2014年)。同時(shí)與第一種長(zhǎng)期淹水區(qū)域,形成類似的微生境地貌,發(fā)育了許多草丘和洼地,此區(qū)域濕地草丘和洼地微地貌用SHK和SHW符號(hào)表示,野外觀測(cè)為2013年和2014年兩個(gè)生長(zhǎng)季；第三種沼澤濕地位于第一種沼澤濕地和第二種沼澤濕地的過渡帶,生境趨向平坦,地貌略有抬高,此區(qū)域濕地用符號(hào)Lawn表示,野外觀測(cè)為2014年生長(zhǎng)季。

3種濕地5種微地貌區(qū)濕地PHK優(yōu)勢(shì)植被類型為木里苔草(CarexmuliensisHand.-Mazz.),PHW主要植被類型為沉水植物小眼子菜(PotamogetonpusillusL.)、貍藻(UtriculariavulgarisL.)和杉葉藻(HippurisvulgarisL.),伴生稀疏的木里苔草,Lawn主要植被類型為西藏嵩草(KobresiatibeticaMaxim.)和花葶驢蹄草(CalthascaposaHook.f.et Thoms.),SHK主要植被類型為西藏嵩草,伴生具剛毛荸薺(HeleocharisvalleculosaOhwi f.setosa(Owhi)Kitag)和花葶驢蹄草,SHW主要植被為木里苔草,伴生少些蕨麻(PotentillaanserinaL.)。

1.2.2沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)呼吸CO2排放通量測(cè)定及相關(guān)環(huán)境因子測(cè)定

根據(jù)2篇研究報(bào)道我國(guó)高山濕地非生長(zhǎng)季的CO2排放通量大大低于生長(zhǎng)季,即CO2排放主要集中生長(zhǎng)季期間[12,21]。因此,本研究于2013年6月至10月和2014年5月至10月生長(zhǎng)季開展野外實(shí)驗(yàn)研究,沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)呼吸CO2排放通量(包含土壤呼吸-植物呼吸)測(cè)量采用靜態(tài)箱法和快速溫室氣體分析儀原位觀測(cè)[30]。每個(gè)樣地重復(fù)設(shè)置3個(gè)靜態(tài)箱,靜態(tài)箱由鋁皮制作,規(guī)格為50 cm× 50 cm× 50 cm,為防止箱內(nèi)溫度波動(dòng),箱外用塑料泡沫包裹,箱內(nèi)頂部有2個(gè)小型風(fēng)扇,靜態(tài)箱頂部中央附有2個(gè)橡皮塞小圓孔,連接快速溫室氣體分析儀(FGGA,DLT-100,Los Gatos Research Inc.,San Jose,USA)的2根附有橡皮塞的透明導(dǎo)氣管,長(zhǎng)度約4 m(內(nèi)徑為4 mm),儀器通過12 V的蓄電池供電,數(shù)據(jù)采集設(shè)置為1 Hz[30-31]。儀器啟動(dòng)后,在測(cè)量生態(tài)系統(tǒng)呼吸CO2排放通量前,將底座水槽加滿水,防止箱內(nèi)氣體泄漏,然后密閉靜態(tài)箱,測(cè)量箱內(nèi)頂部氣體CO2濃度,密閉測(cè)量5 min,然后揭開靜態(tài)箱,置于開放狀態(tài)超過2 min,目的是等待箱頂部氣體含量穩(wěn)定,緊接著連續(xù)操作以上過程,測(cè)量下一個(gè)靜態(tài)箱區(qū)沼澤濕地CO2排放通量,直到完成所有測(cè)量樣點(diǎn)。CO2排放通量測(cè)量時(shí)間為北京時(shí)間08:30—11:30。CO2排放通量是以封閉箱內(nèi)頂部CO2濃度隨時(shí)間變化的直線斜率計(jì)算[30-31],CO2排放通量計(jì)算公式：

式中,F(mg m-2h-1)為靜態(tài)箱密閉時(shí)的CO2排放通量；dc/dt為箱內(nèi)CO2濃度隨時(shí)間變化的斜率；t(℃)為采樣箱內(nèi)溫度；V(m3)為箱內(nèi)體積(水面之上的箱內(nèi)空氣體積),A(m2)靜態(tài)箱底座面積,M為CO2氣體摩爾質(zhì)量(44 g/mol),P(hPa)為采樣點(diǎn)大氣氣壓,P0(hPa)、V0(L/mol)和T0(273.15 K)為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、氣體摩爾體積和空氣絕對(duì)溫度。

同時(shí),采用數(shù)字溫度計(jì)(JM624,天津今明儀器有限公司),測(cè)量采樣點(diǎn)5、10、15、20、30、45 cm深度地溫；在靜態(tài)箱附近挖了一個(gè)小井,測(cè)量沼澤濕地水位,水位為正值表示水位位于土壤地表之上,水位為負(fù)值表示水位位于土壤地表之下。

植被生物量采集于2013年8月和2014年8月,生物量測(cè)量分為地上和地下生物量。地上生物量測(cè)量采用50 cm×50 cm樣方,全部收割地上生物量,地下生物量采用50 cm×50 cm樣方內(nèi)挖取10 cm×10 cm,20 cm土壤深度內(nèi)的根系測(cè)量地下生物量。地下根系通過自來水清洗,所有植物樣品通過恒溫烘箱70℃下烘干48 h,直至恒重。

1.2.3數(shù)據(jù)處理

采用t檢驗(yàn)比較3種沼澤濕地5種微生境區(qū)之間的CO2排放通量差異,采用Pearson相關(guān)關(guān)系檢驗(yàn)CO2排放通量與土壤溫度、水位和植被生物量的相互關(guān)系,揭示其影響規(guī)律及主控因子。數(shù)據(jù)分析采用SPSS 18.0 軟件包；作圖采用OriginPro 2015軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)呼吸CO2排放通量時(shí)空變化規(guī)律

若爾蓋高原5種微地貌區(qū)沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)呼吸CO2排放通量存在季節(jié)性變化：生長(zhǎng)季初期CO2排放通量較低,隨著氣溫的增加,通常生態(tài)系統(tǒng)呼吸CO2排放通量逐漸增加。然后,在植物生長(zhǎng)季旺盛期7月或8月達(dá)到峰值(除了2013年長(zhǎng)期淹水PHK在6月底達(dá)到峰值),隨后,在生長(zhǎng)季結(jié)束后的秋季逐漸降低(圖1)。2013年和2014年生長(zhǎng)季CO2排放通量,5種微地貌區(qū)沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)呼吸CO2排放通量常在春季初期(5月)和秋季末(10月)分別存在較低CO2排放通量和最低CO2排放通量。季節(jié)性CO2排放通量表明,長(zhǎng)期淹水區(qū)洼地濕地PHW CO2排放通量范圍(46.69—335.22)mg m-2h-1、長(zhǎng)期淹水區(qū)草丘濕地PHK排放通量范圍(38.99—1731.74)mg m-2h-1、過渡帶Lawn CO2排放通量范圍(194.20—898.75)mg m-2h-1、季節(jié)性淹水區(qū)洼地濕地SHW CO2排放通量范圍(49.93—1467.45)mg m-2h-1和季節(jié)性淹水草丘區(qū)濕地SHK CO2排放通量范圍(193.90—2575.60)mg m-2h-1(圖1)。

圖1 5種微生境區(qū)沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)呼吸CO2排放通量季節(jié)動(dòng)態(tài)

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析,t-檢驗(yàn),若爾蓋高原5種微地貌區(qū)沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)CO2排放通量存在空間變化差異(P<0.05),PHW、PHK、Lawn、SHW和SHK的CO2排放通量平均值±標(biāo)準(zhǔn)差分別為(143.73±75.57)、(443.55±375.82)、(522.86±238.04)、(552.60±388.48)和(946.95±627.65)mg m-2h-1,樣點(diǎn)SHK CO2排放通量平均值為最大,較樣點(diǎn)PHW CO2排放通量平均值顯著增加了約600%(P<0.05),SHW CO2排放通量平均值較樣地Lawn增加為最小,僅為6%,但不顯著(P>0.05)。經(jīng)差異性檢驗(yàn),2013年和2014年所有數(shù)據(jù)(每個(gè)樣點(diǎn)21個(gè)平均值)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn),長(zhǎng)期淹水草丘濕地和季節(jié)性淹水洼地區(qū)濕地CO2排放通量無顯著差異(P>0.05),而2014年生長(zhǎng)季數(shù)據(jù)(每個(gè)樣地12個(gè)平均值數(shù)據(jù))發(fā)現(xiàn)過渡帶Lawn和季節(jié)性淹水洼地區(qū)濕地CO2排放通量無顯著差異(P>0.05),其他均存在顯著差異(P<0.05)。

2.2 若爾蓋高原沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)呼吸CO2排放通量與環(huán)境因子的相關(guān)性

從季節(jié)性上說(時(shí)間變化),Pearson相關(guān)性分析表明長(zhǎng)期性淹水區(qū)濕地PHW和PHK的季節(jié)性CO2排放通量變化與土壤5—45 cm溫度均存在顯著線性相關(guān)(N=21,P<0.05)(表1)。過渡帶Lawn區(qū)濕地CO2排放通量與土壤5 cm和15 cm溫度存在顯著線性相關(guān)(N=12,P<0.05)(表1)。季節(jié)性淹水洼地區(qū)濕地CO2排放通量與土壤5—30 cm溫度存在顯著線性相關(guān),而季節(jié)性淹水草丘區(qū)濕地CO2排放通量與土壤5—45 cm溫度存在顯著線性相關(guān)(N=21,P<0.05)(表1)。表1中相關(guān)系數(shù)表明,隨著土壤深度的降低,越趨向地表,相關(guān)系數(shù)越大,相關(guān)性越強(qiáng)。本研究除了長(zhǎng)期淹水草丘區(qū)濕地外(P>0.05),其他4個(gè)微地貌區(qū)沼澤濕地CO2排放通量與水位存在顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)(表1)。此外,為了解釋水位和溫度的重要性,以便今后通過觀測(cè)土壤溫度和水位環(huán)境因子,預(yù)測(cè)若爾蓋高原沼澤濕地在氣候變化下CO2排放通量變化趨勢(shì),通過SPSS 18.0軟件包進(jìn)行逐步線性回歸方程分析,最終模型為y=56.479T5-11.170WT-156.617(R2=0.874,N=96,P<0.001),T5表示土壤5 cm溫度,WT表示沼澤濕地水位,土壤5 cm溫度和水位共同解釋CO2排放通量變化的87.4%。

表1 CO2排放通量與土壤溫度和水位相互關(guān)系

從空間上說(5個(gè)樣點(diǎn)),本研究5個(gè)樣點(diǎn)CO2排放通量平均值與土壤溫度5—45 cm平均值不存在顯著線性相關(guān),但與水位平均值存在顯著線性負(fù)相關(guān)(圖2),與植被生物量存在線性關(guān)系,但未達(dá)到顯著水平(P=0.086)(圖3)。

圖2 CO2排放通量平均值與水位平均值的關(guān)系

圖3 CO2排放通量與植被生物量的關(guān)系

3 討論

3.1 若爾蓋高原沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)呼吸CO2排放通量與其他研究的比較

采用靜態(tài)箱法觀測(cè)的生態(tài)系統(tǒng)CO2排放通量,主要包含植物、根系和土壤微生物呼吸以及極少部分土壤動(dòng)物呼吸和化學(xué)氧化[14-15,32]。本研究表明生態(tài)系統(tǒng)呼吸CO2排放通量范圍(46.69—2575.60)mg m-2h-1在其他研究沼澤濕地的CO2排放通量范圍(2.36—3300)mg m-2h-1(表2)。但從若爾蓋高原研究的沼澤濕地CO2排放通量,本研究結(jié)果要高于2003—2005年生長(zhǎng)季(觀測(cè)時(shí)間為09:00—10:00)若爾蓋沼澤和沼澤化濕地CO2排放通量(30.39—891.74)mg m-2h-1[11]。這可能表明在當(dāng)前若爾蓋高原氣候干旱變暖條件下[23],沼澤濕地CO2排放通量呈增加趨勢(shì),證實(shí)了Yang等[22]通過控制實(shí)驗(yàn)研究的若爾蓋高原沼澤濕地CO2排放呈增加趨勢(shì)的結(jié)論。然而,我國(guó)溫帶大陸性季風(fēng)氣候三江平原(年均氣溫1.9℃高于本研究區(qū)年均氣溫0.7—1.0℃)沼澤濕地研究的CO2排放通量最高值約達(dá)1400 mg m-2h-1[14],僅研究日變化時(shí)在下午13:00時(shí)最高值達(dá)到2903 mg m-2h-1[2],這說明了最近幾年若爾蓋高原沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)CO2排放通量呈增高趨勢(shì)或者趨向于復(fù)雜化。例如,最近Zhu等[19]研究表明若爾蓋高原湖泊濕地2009年生長(zhǎng)季5—8月CO2排放通量平均值僅達(dá)488.63 mg m-2h-1,但標(biāo)準(zhǔn)差卻達(dá)1036.17 mg m-2h-1,變化范圍從-126.92 mg m-2h-1增加到1131.12 mg m-2h-1。如此,說明若爾蓋高原沼澤濕地CO2排放通量存在高度時(shí)空變化規(guī)律,強(qiáng)調(diào)需加強(qiáng)若爾蓋高原沼澤濕地CO2排放通量及其影響因素的研究,為人類預(yù)測(cè)區(qū)域氣候變化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

表2 不同區(qū)域沼澤濕地CO2排放通量比較

3.2 環(huán)境因子對(duì)若爾蓋高原沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)呼吸CO2排放通量時(shí)空變化規(guī)律的影響

大多數(shù)研究表明,沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)呼吸CO2排放通量的季節(jié)性變化主要受溫度因子的影響[14-15]。已有研究表明若爾蓋高原濕地生態(tài)系統(tǒng)呼吸CO2排放通量與氣溫和地溫存在顯著正相關(guān)[3,36]；Song等[14]和郝慶菊等[15]研究表明三江平原沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)呼吸CO2排放通量與土壤溫度(5—40 cm)和水溫存在顯著正相關(guān),這些研究結(jié)果與本研究吻合(表1)。因此,沼澤濕地常在生長(zhǎng)季溫度最高的7—8月觀測(cè)到CO2排放通量峰值,其通量季節(jié)性變化規(guī)律常與溫度季節(jié)性變化規(guī)律保持一致(圖4)。這種結(jié)果一方面是源于氣溫增加,植物開始分裂、生長(zhǎng),并逐步達(dá)到植物生長(zhǎng)旺盛期,植物呼吸最大,然后隨著植物的衰老而植物呼吸又逐漸降低[3,30,32,37]；另一方面是溫度為土壤微生物活性的重要影響因子,土壤呼吸與溫度密切相關(guān)[3,37],當(dāng)氣溫增加,促進(jìn)了土壤微生物有氧分解活動(dòng),促使沼澤濕地土壤呼吸達(dá)到最大值[16,18,37-38]。

圖4 5種微生境區(qū)沼澤土壤5 cm、10 cm和30 cm溫度的季節(jié)變化

然而,本研究沼澤濕地CO2排放通量季節(jié)變化與水位變化存在顯著負(fù)相關(guān)或不相關(guān)(表1),這與郝慶菊等[15]研究的三江平原沼澤濕地或草甸CO2排放速率與水深存在顯著負(fù)相關(guān),以及與牟長(zhǎng)城等[16]研究的小興安嶺草叢沼澤CO2排放通量與水位存在不顯著相關(guān)類似,這可能說明不同區(qū)域沼澤濕地有其自身的CO2釋放特征。同時(shí),沼澤濕地水位的降低(圖5),增加太陽輻射進(jìn)入下層土壤,促進(jìn)地溫增加和隨之增加沼澤濕地CO2排放通量,這與其他研究的沼澤濕地水位降低而增加了土壤溫度和室內(nèi)孵化增溫實(shí)驗(yàn),促進(jìn)濕地CO2排放,或與更暖氣候帶的泥炭地土壤呼吸高于更冷氣候帶的結(jié)果是吻合的[20,36,39]。許多研究認(rèn)為,濕地水位深度是影響不同濕地類型CO2排放通量差異的主要因素[14,32],這是由于地表的常年淹水,土壤中的植物殘?bào)w、根系及有機(jī)物質(zhì)分解受到了限制,沼澤濕地厭氧土壤的CO2產(chǎn)生速率低,表現(xiàn)為隨水位深度的增加,其常年淹水沼澤濕地比季節(jié)性淹水沼澤濕地CO2排放通量低[3,14,40],已有研究表明濕地平均CO2排放通量與平均水位存在顯著負(fù)相關(guān)[41],本研究圖2中也顯示類似結(jié)果。說明水位調(diào)控不同濕地類型生態(tài)系統(tǒng)CO2排放通量的空間變化規(guī)律。為闡明溫度和水位對(duì)沼澤濕地CO2排放通量的影響,本研究通過逐步回歸分析表明水位和溫度(土壤5 cm)共同解釋了沼澤濕地CO2排放通量季節(jié)變化的87.4%。這表明沼澤濕地CO2排放通量季節(jié)變化受到水位和溫度的共同作用,類似于Gao等[20]研究的若爾蓋高原泥炭地增加土壤溫度促進(jìn)泥炭地CO2排放通量,但增加土壤水分,降低泥炭地CO2排放通量。

圖5 5種微生境區(qū)沼澤水位季節(jié)變化

此外,沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)呼吸包含土壤呼吸(根呼吸、微生物呼吸)和植物呼吸,宋長(zhǎng)春等[32]研究三江平原沼澤濕地小葉章種群土壤呼吸受到植物生長(zhǎng)的影響,在7月份植物生長(zhǎng)率最快時(shí)期的呼吸通量最大。本研究沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)呼吸與平均植被生物量存在線性關(guān)系,它們之間雖然不顯著(圖3),但從圖3中可知植物生長(zhǎng)影響著沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)呼吸通量。諸如,Magenheimer等[41]研究北方鹽沼濕地CO2排放通量與地上平均植被生物量存在顯著正相關(guān),合并地上植物生物量和水位兩種因子共同解釋了CO2排放通量平均值變化的63%。因此,面臨當(dāng)前氣候變化,許多學(xué)者加強(qiáng)了氣候變化下濕地碳通量的響應(yīng)過程研究,包含濕地土壤呼吸(根呼吸、泥炭呼吸和凋落物呼吸)和植物呼吸。據(jù)蘇聯(lián)專家研究蘇聯(lián)沼澤生態(tài)系統(tǒng)的土壤呼吸占生態(tài)系統(tǒng)總呼吸的最大部分(85%—90%),而植物呼吸占據(jù)比列較小(15%)[15,42]。然而,Crow和Wieder[9]研究加拿大泥炭蘚泥炭地植物呼吸和土壤呼吸,泥炭地維管植物呼吸CO2排放通量占總呼吸通量的35%—57%,這與我國(guó)學(xué)者研究三江平原沼澤植物呼吸是生態(tài)系統(tǒng)呼吸重要貢獻(xiàn)者(24%—76%)類似[33]；而Jovani-Sancho等[13]研究溫帶泥炭地土壤呼吸中,根呼吸占據(jù)土壤呼吸44%,泥炭呼吸和凋落物呼吸分別占土壤呼吸35%和21%。這些結(jié)果表明了不同區(qū)域沼澤濕地植物呼吸、根系呼吸、土壤微生物呼吸對(duì)土壤-植物系統(tǒng)呼吸的貢獻(xiàn)程度不同,這種差異可能與不同區(qū)域土壤、氣候和植物生長(zhǎng)環(huán)境密切相關(guān)。

4 結(jié)論

(1)若爾蓋高原沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)呼吸CO2排放通量存在顯著季節(jié)變化規(guī)律,CO2排放通量變化范圍在(46.69—2575.60)mg m-2h-1。同時(shí)指出面臨當(dāng)前氣候變化,若爾蓋高原沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)CO2排放通量有呈增加或復(fù)雜化趨勢(shì)。本研究3種沼澤濕地5種微生境區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)CO2排放通量與不同深度土壤溫度存在顯著正相關(guān),與水位存在顯著負(fù)相關(guān)或不顯著相關(guān)。另外,本研究表明了溫度(土壤5 cm)和水位共同解釋了沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)CO2排放通量季節(jié)性變化87.4%,建立了線性方程模型,為預(yù)測(cè)氣候變化提供了參考。

(2)若爾蓋高原沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)CO2排放通量空間變化規(guī)律隨水位增加而降低,并且與平均水位存在顯著線性負(fù)相關(guān)。盡管植被生物量與沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)CO2排放通量相關(guān)性未達(dá)到顯著水平,但植被生長(zhǎng)影響著沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)CO2排放通量。今后有待于加強(qiáng)沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)CO2排放不同呼吸組分(根呼吸、微生物呼吸和植物呼吸)在變化生境下的響應(yīng)過程研究,為區(qū)域氣候變化下濕地碳通量的響應(yīng)過程提供理論支撐。