呂海波 謝恒星

摘要：對黃河中游濱河濕地蘆葦群落土壤CO2排放速率數(shù)據(jù)進行采集，按相對水位、氣溫及群落狀況進行篩選，旨在評價研究區(qū)CO2排放水平，分析氣候變化對其造成的影響。各條件下，低矮蘆葦群落土壤CO2排放速率平均為353.30mmol·m-2·h-1，成熟群落的為17.62 mmol·m-2·h-1；隨水位上升CO2排放速率逐漸下降，但成熟群落的在相對水位為-10～10cm時有上升波動，低矮蘆葦群落土壤的CO2排放速率下降幅度大于成熟群落的；隨氣溫上升，各類型濕地CO2排放速率有下降趨勢，其變化幅度排序為低矮干>低矮濕>成熟群落；低矮蘆葦群落CO2排放速率受水位、氣溫的影響都遠大于成熟群落的。

關(guān)鍵詞：蘆葦濕地；CO2排放；水位；氣溫；黃河中游

中圖分類號：S593 文獻標志碼：A doi：10.3969/i.issn.1000-1379.2018.01.014

全球變暖過程中，濕地調(diào)節(jié)氣候、抑制全球變暖的生態(tài)功能極受關(guān)注。盡管全球濕地面積僅占陸地面積的4%～6%，但其碳儲量為300～600Gt，占陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲存總量的12%～24%。濕地主要通過光合作用并以生物量的形式固定大氣中的碳，通過土壤有機質(zhì)分解、植物根系呼吸以及土壤物質(zhì)還原過程等來釋放CO2。對濕地碳匯作用的研究，尤其是外界條件變化對濕地碳匯作用的影響研究是本研究領域關(guān)注的焦點。目前，前人已研究了不同種類濕地（如河流、湖泊、沼澤、海岸濕地等）、不同外界干涉（如養(yǎng)分變化、凍融、濕地恢復、開墾、淹水、火災等）、不同氣象因素（氣溫、水分、晝夜等）條件下溫室氣體排放/吸收的變化，積累了大量的數(shù)據(jù)，然而濕地有地域差異性，對不同地域的固碳進行評價及影響仍有必要。黃河中游自禹門口以下河道變寬，濕地廣泛分布且呈斑狀、帶狀。近年來氣候變化造成中國西北地區(qū)夏季降水變化劇烈，進而影響黃河水位變化。黃河中游地區(qū)濕地氣體排放對氣溫、水位變化的響應研究一方面可以彌補中國濕地調(diào)查的空缺，另一方面有助于深入研究水位對氣體排放的影響，進而有助于評價這一地區(qū)氣體排放變化的范圍和幅度。筆者通過對黃河中游禹門口至潼關(guān)段濕地的蘆葦群落進行大范圍的調(diào)查研究，整理、篩選數(shù)據(jù)，評價了研究區(qū)CO2排放水平，分析了氣溫、水位對CO2排放的影響規(guī)律。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

陜西韓城的禹門口是晉陜峽谷的南口，禹門口以上黃河穿行在深邃的峽谷之中，水面總比降為0.1%左右；以下黃河河谷驟然展寬為4～10km的漫灘，流經(jīng)汾渭階地平原河段，黃河游蕩性較強，兩岸灘地較多，發(fā)育有濱河濕地，其中東王至潼關(guān)段長60km，河道寬6～19km，沿岸均分布有廣闊的河漫灘和沼澤濕地。選取黃河禹門口至潼關(guān)段兩岸濕地，調(diào)查并采集了其典型濕地植物群落——蘆葦群落土壤的CO2排放數(shù)據(jù)，對其進行了分析研究。

1.2 研究方法

2016年7-9月對研究區(qū)域所在的黃河兩岸各種典型蘆葦濕地進行采樣，同時測量記錄樣地概況（氣溫、水位、株高、直徑、密度）。相對水位（水面與土表的垂直距離，土表以下為負值，土表以上為正值）根據(jù)附近水面高程量算，蘆葦狀況及氣溫為人工實際測量。CO2排放速率采用WEST Systems便攜式土壤CO2/H2O通量系統(tǒng)WS-LI840采集，并利用系統(tǒng)自帶軟件進行CO2排放速率的提取。共89個樣地，每塊樣地重復采集3次。根據(jù)系統(tǒng)曲線篩選有效數(shù)據(jù)，最終獲得66個樣地的數(shù)據(jù)。為避免破壞樣地自然狀況，測量盡量選擇在植株間隙處進行，過于稠密處則進行適當剪除。

利用SPSS22軟件對數(shù)據(jù)進行Pearson相關(guān)分析，利用Excel軟件進行不同水位和氣溫CO2排放速率的對比。

通過雙相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，蘆葦高度與直徑、密度相關(guān)系數(shù)為0.537、0.268，因此將蘆葦高度作為其群落狀況的代表。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，蘆葦群落大致分為兩大類，本文將高度小于80cm的歸類于低矮群落，120～230cm的歸類于成熟群落。水位<-100cm、水位>0cm分別代表土壤干、濕條件。

2 研究結(jié)果

2.1 水位變化的影響

夏季正常氣溫條件下，低矮蘆葦群落樣地各水位下CO2排放平均速率為353.30mmol·m-2·h-1，成熟蘆葦群落的為17.62mmol·m-2·h-1。隨水位上升（見圖1），低矮蘆葦群落樣地CO2排放速率逐漸下降，水位在5cm以上時，其下降速率加快。隨水位上升，成熟蘆葦群落樣地的CO2排放速率曲線呈現(xiàn)下降一上升一下降的趨勢，水位在-10cm以下時，其呈下降趨勢，水位為-10cm至10cm時其逐漸上升，在10cm以上又迅速下降。

由水位升降導致的低矮蘆葦群落CO2排放速率為130.66～482.89mmol·m-2·h-1，而成熟蘆葦群落該速率的變化范圍為6.31～27.47mmol·m-2·h-1，變幅遠小于低矮蘆葦群落的?？梢?，水位對低矮蘆葦群落樣地CO2 排放速率的影響遠大于成熟蘆葦群落的。

2.2 氣溫變化的影響

在干（水位<-100cm）、濕（水位>0cm）條件下，低矮蘆葦群落和成熟蘆葦群落樣地的CO2排放速率隨氣溫上升都呈下降趨勢，但其變化速率有所不同，干條件下低矮蘆葦群落的隨氣溫變化最快，低矮蘆葦群落的變化速率大于成熟群落的（見圖2）。

氣溫引起CO2排放速率的變化有如下規(guī)律：干條件的大于濕條件的，低矮群落的大于成熟群落的。干條件低矮群落的變化最大，氣溫引起CO2排放速率變化范圍為139.97～1116.67mmol·m-2·h-1，變化幅度達976.7mmol·m-2·h-1，濕條件下的變化幅度為373.76mmol·m-2·h-1；成熟群落樣地在干濕條件下氣溫造成的CO2排放速率變化并不明顯，變化幅度分別為58.19、64.49mmol·m-2·h-1。

3 CO2排放速率影響因素分析

3.1 蘆葦群落特點對土壤CO2排放速率的影響差異

一般認為，旺盛的濕地植物群落CO2排放較少，表現(xiàn)為碳匯。研究發(fā)現(xiàn)在濱海蘆葦濕地，生長季CO2凈吸收量隨著葉面積指數(shù)的增長而增大。在北方苔草泥炭濕地，葉面積指數(shù)低的苔草濕地作為CO2的源，而有高葉面積指數(shù)的苔草濕地卻表現(xiàn)為CO2的匯。本研究中低矮蘆葦濕地CO2排放速率遠高于成熟蘆葦濕地的，而且抗干擾能力遠弱于后者，水位及氣溫變化能夠顯著改變低矮蘆葦濕地CO2排放速率，而對于成熟群落，則變化不大。

3.2 水位變化對蘆葦濕地CO2排放速率的影響

濕地CO2排放的主要來源包括有機質(zhì)礦化、電子受體的還原過程如三價鐵的還原或硫酸鹽的還原等。CO2的排放速率與溫度、水分條件有密切關(guān)系，當溫度一定時，水分條件決定了濕地土壤含氧程度，進而決定濕地有氧和厭氧生物過程在濕地中的位置和程度。一般認為，水位升高會導致CO2排放量減小，如Burkett等發(fā)現(xiàn)，濕地在排干或半排干狀態(tài)下，水位降低會成為CO2的源，CO2排放速率增大，而水位高時CO2排放速率減?。籗ilvola等發(fā)現(xiàn)濕地在水位較低時，由于在有氧條件下有機物質(zhì)具有更高的分解速率，因此CO2排放速率隨著水位的降低而增大。筆者研究發(fā)現(xiàn)，隨水位上升低矮蘆葦濕地CO2排放速率減小，這與其他研究結(jié)果一致。然而，相關(guān)研究中，水位與CO2排放并未有明顯相關(guān)性（見表1，在P=0.01、P=0.05顯著性水平下未發(fā)現(xiàn)明顯相關(guān)），說明這一特征并不穩(wěn)定。隨水位上升成熟蘆葦濕地CO2排放并未表現(xiàn)出一致的規(guī)律，已有證據(jù)表明，氣體排放與水位、氣溫、植被生長狀況等因素都有明顯關(guān)系。成熟蘆葦群落CO2排放速率隨水位的上升，并未表現(xiàn)出一致的減小規(guī)律，這與蘆葦?shù)纳L狀態(tài)有關(guān)，在干旱時（水位<-10cm），土壤呈厭氧環(huán)境，植物根系呼吸及微生物活動排放增加CO2排放活躍，隨水位上升，土壤中含氧量逐漸減小，CO2排放量隨之減小，當水位逐漸上升到地表附近時，地表土壤腐殖質(zhì)層由干變濕，分解速度加快，這可能是水位從-10cm到10cm出現(xiàn)波峰的原因，隨著水逐漸淹沒土表，CO2排放量減小，當然，其中的具體機理仍需進一步研究。

3.3 氣溫變化對蘆葦濕地CO2排放速率的影響

很多研究已證明，氣溫是影響濕地溫室氣體排放的主要因素。如胡啟武等發(fā)現(xiàn)鄱陽湖苔草濕地中土壤溫度是CO2通量的主要控制因子，可以解釋呼吸速率80%以上的變異；汪青等發(fā)現(xiàn)濕地CO2排放與15cm深處的土壤溫度成顯著正相關(guān)，但與氣溫的相關(guān)性較弱。盡管氣溫與CO2排放成正相關(guān)已被有些學者認同，但仍有一些不同意見。Aurela等的研究表明，氣候變暖將增加生長季的時間，有益于而不是危害泥炭地碳庫。Corradi等通過對比研究不同緯度濕地和苔原生態(tài)系統(tǒng)，認為全球變暖將增強而不是削弱濕地CO2匯的能力。本研究中，各條件下CO2排放速率隨氣溫上升有減小趨勢，但其擬合度很低，可能是干擾因素過多導致的，本研究結(jié)果支持隨氣溫上升濕地碳匯效應增加的觀點。對于氣溫變化所造成的影響，低矮群落要大于成熟群落，干環(huán)境要大于濕環(huán)境，成熟濕地表現(xiàn)了對氣候調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

黃河中游蘆葦濕地CO2排放速率主要受水位、氣溫及群落狀況因素影響，但各因素相關(guān)性較為復雜。隨水位上升，低矮、成熟群落樣地的CO2排放速率基本表現(xiàn)為減小趨勢，除了成熟群落在水位-10～10cm時CO2排放速率有一次增大的波動。隨氣溫上升，各類型群落CO2排放速率有減小趨勢，但其擬合度不高。

低矮蘆葦群落CO2排放速率在水位、氣溫變化時表現(xiàn)出比成熟群落數(shù)值更大、變化趨勢更明顯、變化范圍更大，當由干變濕時，其變化特點變得較為不明顯。

氣候變化過程中，濕地受到氣溫和水位變化的影響，其CO2排放表現(xiàn)出規(guī)律性和復雜性，蘆葦濕地越成熟所受影響越小，水分條件好的蘆葦群落受到的影響較小。