趙光輝，楊 平,2,3，譚立山，張逸飛，吳 玥，仝 川,2,3*

1.福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,福建 福州 350007 2.福建師范大學(xué)亞熱帶濕地研究中心,福建 福州 350007 3.濕潤亞熱帶生態(tài)地理過程教育部重點實驗室,福建 福州 350007

CO2是大氣中主要的溫室氣體，在全球輻射強(qiáng)迫中的貢獻(xiàn)比例達(dá)60%.2016年全球大氣CO2濃度已達(dá)到785.71 mg/m3，較工業(yè)革命前增加了40%[1].大氣庫溫室氣體濃度增加導(dǎo)致的全球氣溫升高及其對全球氣候變化的影響已成為人類共同關(guān)注的全球性生態(tài)環(huán)境問題.不斷增長的人口、工業(yè)化石燃料的使用、頻繁的土地利用轉(zhuǎn)化以及毀林開荒、圍墾養(yǎng)殖等密集的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動，促使大氣中溫室氣體濃度持續(xù)攀升是引發(fā)氣候變化問題的關(guān)鍵.明晰不同生態(tài)系統(tǒng)的碳排放一直是全球氣候變化研究的核心內(nèi)容之一.

作為全球自然生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)介于海洋與陸地生態(tài)系統(tǒng)的過渡地帶[2-3]，通常是一個國家和地區(qū)人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人地矛盾突出的區(qū)域，加上經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長對水產(chǎn)品的需求不斷增加以及海洋漁業(yè)捕撈趨于穩(wěn)定[4]，濕地圍墾養(yǎng)殖在亞太地區(qū)的發(fā)展中國家已成為緩解上述矛盾的一種重要措施.在濕地圍墾養(yǎng)殖活動影響下，潮汐作用的影響發(fā)生改變，環(huán)境中水分(如鹽度、淹水時間)條件、氧化還原電位、電子受體等都發(fā)生改變，從而對碳排放可能產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的影響[5]，最終可能會影響濱海濕地原有的碳庫功能角色[6].宋紅麗等[7]研究發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)殖塘在養(yǎng)殖期總體上表現(xiàn)為大氣中CO2的吸收匯；CHEN等[8-9]發(fā)現(xiàn)，投喂飼料的多少影響著水體葉綠素濃度，從而影響著養(yǎng)殖塘CO2的源匯轉(zhuǎn)化；YANG等[10]發(fā)現(xiàn)由于養(yǎng)殖過程中水體pH和堿度的變化，造成了養(yǎng)殖塘由養(yǎng)殖初期的CO2排放源轉(zhuǎn)變?yōu)轲B(yǎng)殖后期的吸收匯；林海等[11]發(fā)現(xiàn)養(yǎng)殖塘種植水生植物可減少CO2排放.以上學(xué)者對養(yǎng)殖塘養(yǎng)殖期水-大氣界面CO2通量及影響因素進(jìn)行了研究.YANG等[12]對閩江河口冬季排水蝦塘和不排水蝦塘溫室氣體排放進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)由于水體排干，沉積物裸露，使得排水蝦塘成為CO2排放源；朱林等[13]對團(tuán)頭魴養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)非養(yǎng)殖曬塘期溫室氣體通量進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)曬塘期養(yǎng)殖塘是CO2排放源，且隨著時間推移，其排放通量呈降低趨勢.養(yǎng)殖塘在全球溫室氣體排放中發(fā)揮著重要作用，以上研究從不同角度對養(yǎng)殖塘CO2通量時間變化及影響因素進(jìn)行了分析.由于排水曬塘活動是養(yǎng)殖過程中的一個重要環(huán)節(jié)，養(yǎng)殖塘由養(yǎng)殖期轉(zhuǎn)變?yōu)榉丘B(yǎng)殖期對CO2通量有重要的影響，然而目前有關(guān)養(yǎng)殖塘養(yǎng)殖期與非養(yǎng)殖期CO2通量連續(xù)觀測的研究較為鮮見，這對于準(zhǔn)確評估養(yǎng)殖塘CO2通量有著不確定性.

我國是世界上水產(chǎn)養(yǎng)殖面積最大的國家，全國濱海養(yǎng)蝦塘面積已從1985年的 2 606.62 km2增至2010年的 12 099.52 km2[14].受市場需求的影響以及陸地土地資源的限制，我國東南沿海陸基水產(chǎn)養(yǎng)蝦塘的數(shù)量仍在不斷增加.福建省作為全國濱海陸基水產(chǎn)養(yǎng)殖的主要區(qū)域之一，養(yǎng)蝦塘面積從1985年的297.18 km2增至2010年的565.91 km2[14].該研究以閩江河口鱔魚灘圍墾養(yǎng)蝦塘作為研究對象，對養(yǎng)蝦塘養(yǎng)殖期水-大氣界面和非養(yǎng)殖期沉積物-大氣界面的CO2垂直通量進(jìn)行為期一年的觀測，并同步測定養(yǎng)蝦塘相關(guān)環(huán)境因子，以期初步揭示閩江河口陸基養(yǎng)蝦塘白天CO2垂直通量的時間動態(tài)特征，為進(jìn)一步深入研究我國濱海陸基水產(chǎn)養(yǎng)殖塘CO2通量的時空變化特征提供前期研究積累.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于福建省閩江河口鱔魚灘濕地中西部(119°34′12″E～119°40′40″E、26°00′36″N～26°03′42″N).鱔魚灘濕地是閩江河口最大的天然濕地，面積為 3 120 hm2.該區(qū)域地處中亞熱帶和南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候過渡區(qū)[15]，氣候暖熱濕潤，多年平均氣溫和降水量分別為19.6 ℃和 1 350 mm，降雨多集中在3—9月.該河口區(qū)潮汐屬于典型的正規(guī)半日潮，潮汐水平均鹽度為4.2‰±2.5‰[10].鱔魚灘濕地分布的主要優(yōu)勢植物有土著種短葉茳芏(Cyperusmalaccensis)和蘆葦(Phragmitesaustralis)以及大面積的外來入侵種互花米草(Spartinaalterniflora).2012年當(dāng)?shù)卣饕谥卫砘セ撞?，同時兼顧鳥類棲息地和覓食地的目的，將一些潮汐沼澤濕地圍墾為陸基養(yǎng)蝦塘.養(yǎng)蝦塘5—11月主要從事水產(chǎn)養(yǎng)殖活動，其余時間養(yǎng)蝦塘主要進(jìn)行排水曬塘管理[16].養(yǎng)殖期間，養(yǎng)殖戶每天08:00—09:00和16:00—17:00向蝦塘投喂人工配合飼料，投喂量視對蝦生長階段及攝食情況而定[12,16].

1.2 氣樣采集、分析與通量估算

在鱔魚灘中西部選取1個典型的大型養(yǎng)蝦(南美白對蝦，Litopenaeusvannamei)塘，作為氣體樣品采集樣地，其面積約 8 500 m2，平均水深1.4 m，在池塘中部布設(shè)4個采樣點(彼此間距約5 m).采用懸浮箱和靜態(tài)暗箱法分別對養(yǎng)蝦塘養(yǎng)殖期(2016年5月—2016年11月，水-大氣界面)和非養(yǎng)殖期(2016年11月—2016年3月，沉積物-大氣界面)的氣樣進(jìn)行收集.懸浮箱主體由有機(jī)玻璃材質(zhì)制造而成的圓柱體(直徑為25 cm,高為40 cm)，且箱體表面包有鋁箔氣泡膜；為平衡箱體內(nèi)外壓力，在箱上需安裝一個通風(fēng)管，側(cè)面有氣體采樣口.氣樣采集前，先將箱口朝上，以便箱內(nèi)充滿空氣；正式采樣時，需將采樣箱箱口朝下且懸掛于漂浮的泡沫上.為了確保箱內(nèi)空氣與外界隔絕，需將采樣箱口浸入水中，浸入深度根據(jù)采樣時風(fēng)浪狀況來定[17-18].非養(yǎng)殖期，氣樣采集的靜態(tài)箱箱體由頂箱(長35 cm×寬35 cm×高20 cm)和帶有邊槽的底座(長35 cm×寬35 cm×高20 cm)兩部分組成，材質(zhì)均為不透明PVC材料，且頂箱上部安裝有小風(fēng)扇以混合氣體.

每15 d進(jìn)行一次氣樣采集，采樣時間從10:00開始.氣樣用100 mL帶有三通閥的注射器分別在0、15、30和45 min時從箱內(nèi)各抽取50 mL氣體，采集到的氣樣立刻注射到1 L鋁箔采樣袋(大連德霖氣體包裝有限公司)中，遮光保存運回實驗室待測定分析，CO2濃度測定在48 h內(nèi)用GC-2010氣相色譜儀(島津，Japan)分析測定，測量的CO2濃度數(shù)據(jù)只有在線性回歸系數(shù)(R2)>0.9才視為有效數(shù)據(jù)[19]，CO2通量計算公式參考文獻(xiàn)[20]，其單位為mg/(m2·h).

1.3 環(huán)境因子的測定

與氣樣采集同步，采用HI98121便攜式pH計(IQ Scientific Instruments,Italy)和便攜式鹽度計(Eutech Instruments SALT6+,USA)分別測定養(yǎng)殖期間養(yǎng)蝦塘水體表面以下10 cm深處的pH和鹽度，采用ECTestr11+便攜式電導(dǎo)鹽分/溫度計(EUTECH Instruments,USA)測定水溫/土溫.在每個懸浮箱采樣點附近用Sea-Bird Ⅱ型采水器(Sea-bird Electronics,USA)采集水體表面以下10 cm深處的水樣，并將其裝進(jìn)100 mL白色聚乙烯瓶中.待水樣裝滿塑料瓶后，為了抑制水樣中的微生物活性，需立刻加入飽和氯化汞(HgCl2)溶液.所有水樣采集瓶都置于保溫箱中，低溫遮光保存帶回實驗室.樣品運回實驗室后，立刻使用孔徑為0.45 μm濾膜過濾一部分水樣，分別利用連續(xù)流動分析儀(SKALAR San++,the Netherlands)[10]和DIONEXICS-2100(Therom,USA)[21]測定分析水樣中營養(yǎng)鹽〔TDN (總?cè)芙獾?、TDP (總?cè)芙饬?〕的質(zhì)量濃度和ρ(SO42-)、ρ(Cl-)；另外一部分水樣在運回實驗室后立即用已灼燒過且孔徑為0.45 μm的玻璃纖維濾膜過濾，采用TOC-V CPN(島津,Japan)測定分析ρ(DOC)[10].此外，采用紫外-可見分光光度計(島津UV-2450,Japan)測定養(yǎng)蝦塘水樣葉綠素a(Chla)含量[10].

在非養(yǎng)殖期養(yǎng)蝦塘4個采樣點的靜態(tài)箱底座中埋設(shè)土壤間隙水采樣器(內(nèi)徑5 cm，底部側(cè)壁開有密集的小孔，頂部用橡膠塞密閉)，用于采集沉積物表面以下10 cm深處沉積物間隙水樣品.待每次氣樣采集結(jié)束后，使用注射器抽取間隙水采樣器中的水體，并立刻裝入100 mL白色聚乙烯瓶中，用于測定營養(yǎng)鹽、DOC、SO42-、Cl-的質(zhì)量濃度.

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

采用Excel 2016軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理.采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件中的Pearson相關(guān)性分析法檢驗CO2通量與環(huán)境因子間的相關(guān)性；采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件中的獨立樣本T檢驗法分析養(yǎng)殖期間與非養(yǎng)殖期間蝦塘CO2通量的差異性；采用共線性分析去除環(huán)境因子之間的共線性，通過多元逐步回歸法(Stepwise)探析影響CO2通量變化的主要環(huán)境因子.以上統(tǒng)計分析中，顯著性水平為0.05，該研究中數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差.所有數(shù)據(jù)作圖均通過 OriginPro 7.5 軟件完成.

2 結(jié)果與分析

2.1 養(yǎng)蝦塘CO2通量動態(tài)變化

養(yǎng)蝦塘CO2通量呈明顯的時間動態(tài)變化特征(見圖1)，養(yǎng)蝦塘CO2通量變化范圍介于-62.87～162.81 mg/(m2·h)之間，平均值為(42.66±18.12)mg/(m2·h)；其中，養(yǎng)殖期間和非養(yǎng)殖期間蝦塘CO2通量變化范圍分別介于-62.87～162.81和-45.52～158.12 mg/(m2·h)之間，平均值分別為(17.98±18.26)(78.51±16.61)mg/(m2·h).養(yǎng)殖期間，養(yǎng)蝦塘CO2通量呈“排放-吸收”交替變化的特征，最大排放值和最大吸收值分別出現(xiàn)在8月和6月；非養(yǎng)殖期間，養(yǎng)蝦塘一直表現(xiàn)為大氣CO2的釋放源，且釋放強(qiáng)度呈“增加—降低—增加—降低”交替變化的特征，較高的排放通量出現(xiàn)在12月和2月.由表1可見，養(yǎng)殖期養(yǎng)蝦塘CO2通量顯著低于非養(yǎng)殖期(T=-3.136，P=0.002)，并且養(yǎng)殖期CO2通量變異系數(shù)(101.56%)顯著大于非養(yǎng)殖期(21.16%).

2.2 養(yǎng)蝦塘養(yǎng)殖期養(yǎng)殖水及非養(yǎng)殖期沉積物間隙水理化特征的月變化

在養(yǎng)殖期間，養(yǎng)殖水ρ(DOC)變化范圍為35.48～91.29 mg/L，平均值為(54.02±8.16)mg/L，5—8月ρ(DOC)波動較小，9—11月呈上升趨勢〔見圖2(a)〕；養(yǎng)殖水ρ(TDN)變化范圍為0.48～5.93mg/L，平均值為(1.51±0.29)mg/L，在整個養(yǎng)殖期內(nèi)波動不大〔見圖2(b)〕；養(yǎng)殖水ρ(TDP)變化范圍為0.07～0.20 mg/L，平均值為(0.15±0.05)mg/L，5—7月呈上升趨勢，然后下降并趨于平緩〔見圖2(c)〕；養(yǎng)殖水ρ(SO42-)變化范圍為57.95～310.02 mg/L，平均值為(150.17±31.82)mg/L〔見圖2(d)〕；養(yǎng)殖水ρ(Cl-)變化范圍為360.49～1 986.20 mg/L，平均值為(812.98±104.64)mg/L，在整個觀測期內(nèi)呈上升趨勢，最高值出現(xiàn)在11月〔見圖2(e)〕；養(yǎng)殖水水溫變化范圍為25.23～31.81 ℃，平均值為(29.01±2.44)℃〔見圖2(f)〕；養(yǎng)殖水pH變化范圍為6.51～9.19，平均值為8.23±0.29，整體表現(xiàn)為弱堿性〔見圖2(g)〕；養(yǎng)殖水ρ(Chla)范圍為13.74～381.31 μg/L，平均值為(218.88±65.42)μg/L，變化趨勢呈“雙峰型”〔見圖2(h)〕；養(yǎng)殖水鹽度范圍為0.17‰～0.41‰，平均值為0.27‰±0.01‰〔見圖2(i)〕.

圖1 養(yǎng)蝦塘水-大氣界面和沉積物-大氣界面CO2通量時間動態(tài)變化Fig.1 Temporal variations of CO2 fluxes across the watersediment-atmosphere interface in the shrimp pond in the Min River estuary

表1 養(yǎng)蝦塘養(yǎng)殖期與非養(yǎng)殖期CO2通量的比較
Table 1 Comparison of CO2fluxes between farming period and to non-farming period in the shrimp pond

采樣期CO2通量∕[mg∕(m2·h)]平均值極小值極大值標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)∕%養(yǎng)殖期17.98-62.87162.8118.26101.56非養(yǎng)殖期78.51-45.52158.1216.6121.16

在非養(yǎng)殖期，因2—3月塘底持續(xù)變干，造成了沉積物間隙水?dāng)?shù)據(jù)的缺乏.沉積物間隙水中ρ(DOC)變化范圍為67.10～102.88 mg/L，平均值為(82.71±2.59)mg/L，ρ(DOC)在非養(yǎng)殖期呈上升趨勢〔見圖2(a)〕；ρ(TDN)變化范圍為2.29～5.93 mg/L，平均值為(3.64±0.24)mg/L〔見圖2(b)〕；ρ(TDP)變化范圍為0.08～0.90 mg/L，平均值為(0.08±0.01)mg/L，波動較小〔見圖2(c)〕；ρ(SO42-)變化范圍為90.80～272.13 mg/L，平均值為(201.45±26.08)mg/L〔見圖2(d)〕；ρ(Cl-)變化范圍為1176.42～1 554.68 mg/L，平均值為(1 340.46±144.80)mg/L〔見圖2(e)〕；土溫變化范圍為14.5～17.85 ℃，平均值為(14.82±2.23)℃〔見圖2(f)〕.

2.3 CO2通量與環(huán)境因子的統(tǒng)計分析

由表2可見：養(yǎng)蝦塘養(yǎng)殖期水-大氣界面CO2通量與養(yǎng)殖水中ρ(DOC)、ρ(SO42-)、ρ(Cl-)、pH、ρ(Chl-a)、鹽度均呈極顯著負(fù)相關(guān)(n=48，P<0.01)；養(yǎng)蝦塘非養(yǎng)殖期沉積物-大氣界面CO2通量與間隙水中ρ(TDN)呈極顯著正相關(guān)(n=32，P<0.01)，與ρ(TP)、ρ(SO42-)均呈顯著負(fù)相關(guān)(n=32，P<0.01).

利用多元逐步回歸法建立養(yǎng)蝦塘養(yǎng)殖期水-大氣界面CO2通量與水體中ρ(DOC)、ρ(TDN)、ρ(TDP)、ρ(SO42-)、ρ(Cl-)、水溫、pH、ρ(Chla)、鹽度的最優(yōu)回歸方程，以及養(yǎng)蝦塘非養(yǎng)殖期沉積物-大氣界面CO2通量與間隙水ρ(DOC)、ρ(TDN)、ρ(TDP)、ρ(SO42-)、ρ(Cl-)、土溫的最優(yōu)回歸方程，結(jié)果表明，水體中pH、ρ(SO42-)對養(yǎng)蝦塘養(yǎng)殖期CO2通量的影響均較大，而沉積物間隙水中ρ(TDN)是影響?zhàn)B蝦塘非養(yǎng)殖期沉積物-大氣界面CO2通量的主要環(huán)境因子(見表3).

圖2 養(yǎng)蝦塘養(yǎng)殖水及沉積物間隙水的理化特征時間動態(tài)變化Fig.2 Temporal variations of physical and chemical properties of aquaculture water and sediment pore water in the shrimp pond

表2 養(yǎng)蝦塘CO2通量與環(huán)境因子的相關(guān)分析
Table 2 Relationships between CO2fluxes and environmental parameters in the shrimp pond

采樣期ρ(DOC)ρ(TDN)ρ(TDP)ρ(SO42-)ρ(Cl-)水溫∕土溫pHρ(Chla)鹽度養(yǎng)殖期-0.533??0.174-0.275-0.430??-0.314?0.106-0.795??-0.519??-0.441??非養(yǎng)殖期0.4410.789??-0.501?-0.524?0.3840.284NDNDND

注：*表示P<0.05水平下顯著相關(guān);** 表示P<0.01水平下顯著相關(guān).ND表示沒有監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析.

表3 養(yǎng)殖塘CO2通量與環(huán)境因子的多元逐步回歸分析Table 3 Multiple stepwise regression equations between CO2 fluxes and environmental factors in the two period

注：x1、x2、x3分別為pH、ρ(SO42-)、ρ(TDN).

3 討論

3.1 養(yǎng)蝦塘CO2通量時間變化特征

閩江河口養(yǎng)蝦塘養(yǎng)殖期水-大氣界面CO2通量呈明顯的“源-匯”交替變化特征，且表現(xiàn)出較大的變異性(101.56%)，這與CHEN等[8,22]的研究結(jié)果類似.養(yǎng)殖初期，蝦塘水體中ρ(Chla)較低，光合作用較弱，對蝦呼吸及有機(jī)物(蝦排泄物、飼料)的礦化分解起主導(dǎo)作用，故該階段CO2呈現(xiàn)出排放的特征.隨著養(yǎng)殖過程的進(jìn)行，氣溫逐漸升高，水體營養(yǎng)元素含量增加，水體浮游藻類(通過用Chla表征)快速增加，其強(qiáng)烈的光合作用顯著消耗水體中CO2，引起水體CO2濃度低于大氣庫，進(jìn)而使蝦塘成為大氣庫CO2的吸收匯.7月中旬—9月初，一方面養(yǎng)殖者對蝦塘進(jìn)行補(bǔ)水，造成水體中ρ(Chla)下降;另一方面伴隨著高溫，對蝦的呼吸及有機(jī)物的大量分解，促使其成為大氣庫CO2的排放源[23].養(yǎng)殖后期，對蝦逐漸捕獲，雖然ρ(Chla)有所降低，但此時葉綠素的光合作用大于對蝦的呼吸作用，蝦塘呈現(xiàn)對大氣庫CO2的吸收[16].

養(yǎng)蝦塘非養(yǎng)殖期，隨著養(yǎng)殖水體的排放，大量浮游藻類排出池塘，養(yǎng)殖塘由光合-呼吸交替轉(zhuǎn)變?yōu)橐院粑鼮橹鳎黾恿薈O2排放[12].養(yǎng)殖塘排水后，沉積物暴露在空氣中接受陽光暴曬失水龜裂，增大了沉積物與氧氣的接觸面積，刺激細(xì)菌生長，激發(fā)酶活性[24].在非養(yǎng)殖期，底泥中累積的大量殘餌、生物體代謝產(chǎn)物等未分解有機(jī)物在好氧微生物的作用下可產(chǎn)生大量CO2.養(yǎng)殖塘由養(yǎng)殖期的“源-匯”變化特征轉(zhuǎn)變成非養(yǎng)殖期穩(wěn)定的CO2排放源，其變異性(21.16%)大幅降低.非養(yǎng)殖期CO2通量在第3周達(dá)到峰值后有所下降，可能與非養(yǎng)殖后期持續(xù)變干、微生物活性減弱，碳源得不到及時補(bǔ)充有關(guān)[25-26].

由于采樣條件等原因的限制，該研究未能開展養(yǎng)蝦塘養(yǎng)殖期水-大氣界面，以及非養(yǎng)殖期沉積物-大氣界面CO2通量的夜間采樣觀測，為了更全面地揭示養(yǎng)蝦塘CO2通量時間動態(tài)特征，明晰和量化養(yǎng)蝦塘生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯功能特征，夜間CO2通量的觀測以及采樣觀測頻率的增加十分重要，在今后的研究工作中需加強(qiáng)這方面的研究.

3.2 環(huán)境因子對CO2通量的影響

3.2.1影響?zhàn)B蝦塘養(yǎng)殖期CO2通量的環(huán)境因子

養(yǎng)蝦塘CO2通量與水體pH、ρ(Chla)之間均呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01，見表2)，表明養(yǎng)蝦塘水-大氣界面CO2通量在5月、6月及8月呈凈排放特征，可能與同期pH、ρ(Chla)值較低有關(guān).Chla是水體浮游植物數(shù)量的重要標(biāo)志，并且藻類對CO2的光和吸收通常主導(dǎo)著CO2交換[10].因此，該期間較低的浮游植物數(shù)量會降低水體初級生產(chǎn)力，光合作用減弱，進(jìn)而會減少水體對大氣庫CO2的吸收；同時，該時期較低的pH會直接影響到水體中碳酸鹽(CO2、HCO3-、CO32-)的動態(tài)平衡，不利于CO2離解，進(jìn)而導(dǎo)致水體中CO2分壓增加，促進(jìn)CO2向大氣釋放.這與已有研究結(jié)果[7-8,27-28]基本一致.

該研究養(yǎng)蝦塘為海水養(yǎng)殖，相應(yīng)的養(yǎng)殖水體中所含有的SO42-、Cl-也會對養(yǎng)蝦塘CO2通量產(chǎn)生影響.有機(jī)碳的分解過程影響了CO2的產(chǎn)生與排放，而硫酸鹽的還原作用和離子的脅迫作用深刻影響著有機(jī)碳的礦化和分解過程[29].已有研究[29-30]表明，較高的ρ(SO42-)、ρ(Cl-)等電子受體會還原產(chǎn)生大量對微生物生長具有直接或間接毒害作用的硫化氫(H2S)物質(zhì)，引起微生物酶活性下降和微生物新陳代謝作用減弱，進(jìn)而降低土壤異養(yǎng)呼吸速率，最終減少CO2的產(chǎn)生與排放.此外，鹽度較高的水體會降低微生物胞外酶滲透勢，從而減弱微生物活性，限制有機(jī)碳的分解和礦化，致使CO2排放量減少[31].由表2可見，養(yǎng)蝦塘CO2通量與鹽度、ρ(SO42-)、ρ(Cl-)均呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，表明養(yǎng)蝦塘水-大氣界面CO2通量的時間變化特征也受到水體電子受體的調(diào)控.

養(yǎng)蝦塘中水體中DOC主要來自于殘餌和生物體新陳代謝產(chǎn)物在水中的溶解，ρ(DOC)的高低直接影響CO2通量變化，已有研究[8,15]發(fā)現(xiàn)，CO2通量與ρ(DOC)之間呈正相關(guān)，但是，筆者研究中養(yǎng)蝦塘養(yǎng)殖期ρ(DOC)與CO2通量呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，這與張東旭[32]對三疣梭子蟹混養(yǎng)池塘的研究結(jié)果一致.這可能是由于在養(yǎng)殖過程中，對蝦對餌料的攝食，使得大量外源碳(飼料)的投放對水體DOC的貢獻(xiàn)并不大[32]；并且對蝦新陳代謝產(chǎn)物以及殘余餌料等有機(jī)物質(zhì)在底泥中累積，由于沉積物表層豐富的淤泥物質(zhì)阻隔了氧氣與沉積物中有機(jī)物的接觸[33]，微生物對有機(jī)物質(zhì)的分解較為緩慢，同時蝦塘浮游植物較多，吸收大量DOC[34]，并且通過光合作用減少蝦塘CO2排放.ZHU等[18,27]研究發(fā)現(xiàn)，影響湖泊CO2通量的關(guān)鍵因素不是ρ(DOC)，而是浮游植物的初級生產(chǎn)力.水產(chǎn)養(yǎng)殖塘養(yǎng)殖過程受到強(qiáng)烈的人為干擾，CO2的產(chǎn)生及排放又會受到諸多自然因素的影響.因此，在該研究中ρ(DOC)對CO2的影響作用可能被削弱，并且二者呈極顯著負(fù)相關(guān).

3.2.2影響?zhàn)B蝦塘非養(yǎng)殖期CO2通量的環(huán)境因子

底物(碳、氮、磷)供給對濕地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)有著重要的影響.已有研究表明，濕地系統(tǒng)向大氣庫排放的CO2有相當(dāng)一部分來源于微生物對DOC的分解[24,35]；而較高的氮源供給可促進(jìn)微生物活性，加快土壤中有機(jī)物質(zhì)的分解，從而增加土壤呼吸量[36].該研究發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)蝦塘非養(yǎng)殖期CO2通量與土壤間隙水中ρ(DOC)與ρ(TDN)均呈正相關(guān)(見表2)，與多數(shù)研究結(jié)果[12,37]一致.此外，Wright等[38]對佛羅里達(dá)大沼澤濕地的研究發(fā)現(xiàn)，富磷濕地CO2通量比貧營養(yǎng)區(qū)高36%，磷富集區(qū)域較高的營養(yǎng)水平既支持了反硝化作用，又降低了ρ(SO42-)，從而增加了CO2排放.該研究中非養(yǎng)殖期土壤間隙水中ρ(TDP)與CO2通量呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05,見表2)，具體原因有待進(jìn)一步研究.

3.3 與其他水生生態(tài)系統(tǒng)CO2通量的比較

該研究中，養(yǎng)蝦塘養(yǎng)殖期CO2通量與YANG等[22]在閩江河口養(yǎng)蝦塘的研究結(jié)果接近，與丹江口水庫CO2通量[39]基本一致.對比世界主要水生生態(tài)系統(tǒng)(河流、湖泊、水庫、池塘)水-大氣界面CO2通量可以發(fā)現(xiàn)，河流、水庫表現(xiàn)為大氣CO2的釋放源，而大氣CO2的吸收主要集中在湖泊和池塘中.CO2通量總體上表現(xiàn)為河流>水庫>池塘>湖泊的特點(見表4)，類似結(jié)論在Halbedel等[49]研究中也有體現(xiàn)，其認(rèn)為河流具有較高的飽和度，并且河流中ρ(Chla)與CO2通量之間沒有相關(guān)性，說明呼吸作用對河流CO2通量的影響大于浮游植物的初級生產(chǎn)力，而具有較高初級生產(chǎn)力的天然靜水系統(tǒng)是CO2的吸收匯[50-51].相比于河流等頻繁更新的水體而言，湖泊和池塘因其處于封閉或相對封閉條件，水體與外界交換較少，使得營養(yǎng)物質(zhì)在湖泊、池塘中積累，在這種條件下有利于浮游藻類的大規(guī)模繁殖，其光合作用較大地削弱了CO2排放量[40]，使得湖泊、池塘成為CO2的吸收匯或弱的排放源.養(yǎng)殖塘由于受到強(qiáng)烈的人為干擾，高密度的飼料投喂以及生物體新陳代謝影響，其呼吸產(chǎn)生的CO2大于浮游植物的光合消耗，因此養(yǎng)殖塘CO2排放通量總體上高于湖泊.

表4 不同水生生態(tài)系統(tǒng)CO2通量的比較Table 4 Comparison of CO2 fluxes in different aquatic ecosystem in the world

4 結(jié)論

a) 閩江河口鱔魚灘陸基養(yǎng)蝦塘總體上表現(xiàn)為大氣庫CO2的排放源，其中，非養(yǎng)殖期養(yǎng)蝦塘CO2排放通量均值高于養(yǎng)殖期.結(jié)果表明養(yǎng)殖塘在非養(yǎng)殖期是大氣庫不可忽視的CO2重要排放源.

b) 養(yǎng)蝦塘養(yǎng)殖期CO2通量的時間變化特征主要受到ρ(SO42-)、ρ(Cl-)、鹽度、pH、ρ(Chla)的影響，其中pH和ρ(SO42-)是其主要影響因子；而ρ(TDN)、ρ(TDP)、ρ(SO42-)對非養(yǎng)殖期CO2通量時間變化特征的影響較大.

c) 閩江河口養(yǎng)蝦塘CO2通量低于河流、水庫，但高于湖泊，該特征與蝦塘大量的養(yǎng)殖生物、高密度的餌料投放以及豐富的浮游藻類有關(guān).