模擬沉降對閩江口淡水感潮野慈姑濕地甲烷排放通量的影響

張逸飛,劉小慧,楊 平,黃佳芳,2,3,郭謙謙,仝 川,2,3,*

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

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于閩江口塔礁洲(119°18′29″—119°22′04″E,25°58′03″—25°57′37″N)。閩江口屬中亞熱帶與南亞熱帶海洋性季風氣候的過渡地帶,氣候溫暖而濕潤[12],降水充沛且多集中于3—9月。塔礁洲受潮汐作用顯著,表現(xiàn)為非正規(guī)的半日淺潮[10,12]。塔礁洲面積約878 hm2,中間部分為居民點及農(nóng)田,洲四周主要由沙灘和泥灘組成,其上分布的主要濕地植物有短葉茳芏(Cyperusmalaccensis)及野慈姑(SagittariatrifoliaL.)等。本研究選取位于塔礁洲南側(cè)的淡水感潮野慈姑濕地(鹽度：0.10‰±0.4‰)為研究樣地(圖1),樣地基本理化指標背景值和野慈姑群落特征見表1。

圖1 閩江河口塔礁洲研究樣點位置示意圖Fig.1 Location of study site in the Tajiaozhou of the Min River estuary

1.2 樣地布設(shè)及模擬沉降處理

表1 研究樣地土壤理化性質(zhì)背景值及野慈姑群落特征

1.3 CH4的采集與測定

采用靜態(tài)箱-氣相色譜法對CH4進行采集與測定[7- 8]。靜態(tài)箱由底座和頂箱(長×寬×高：35 cm×35 cm×50 cm)組成,頂箱側(cè)面有抽氣孔。頂箱合蓋后用水密封底座凹槽,并即刻進行第1次采集,之后間隔10 min采集1次樣品,共采集4次氣樣,每次采氣50 mL,分別注入鋁箔氣樣袋(德林,大連)。采集樣品立刻運回實驗室,用GC-2010氣相色譜儀(島津,日本)測定氣樣中CH4濃度,通過以下公式計算CH4排放通量[7- 8]：

式中,F為CH4的氣體通量(mg h-1m-2)；M為CH4摩爾質(zhì)量(g/mol)；V為標準狀態(tài)下氣體摩爾體積；dc/dt為單位時間CH4的濃度變化率(CH4的濃度測量數(shù)據(jù),僅在其線性回歸系數(shù)R2>0.9時有效)；H為頂箱箱高(m)；T為氣體收集箱箱溫(℃)。

1.4 間隙水采集與測定

1.5 環(huán)境因子測定

與氣樣采集同步,使用便攜式手持氣象儀(Kestrel-3500, USA)測定離地1.5 m處氣溫、濕度和平均風速；利用便攜式電導儀(2265FS, USA)原位測定樣帶一中各處理樣地10 cm深度土壤溫度、電導率(EC)；同時采集樣帶二各底座內(nèi)的土樣(0—10 cm),經(jīng)風干、磨碎后過2 mm篩,使用pH計(ST3100,USA)通過蒸餾水浸提法(水土質(zhì)量比為2.5∶1)測定土壤pH值。

研究區(qū)野慈姑濕地本底土壤容重、含水率以及植物生物量分別于2015年12月及2016年4月、7月、9月測定。容重采用環(huán)刀法,含水率采用烘干法測定。植物生物量在樣帶中各底座間的野慈姑群落測定,地上生物量用樣方齊地收割法(樣方面積：50 cm×50 cm,4個重復),地下根系用挖掘法,地上生物量和地下根系生物量均用水清洗、烘干至恒重測定。研究區(qū)野慈姑濕地本底土壤容重、含水率以及植物生物量見表1。

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

2 結(jié)果與分析

2.1 模擬沉降對CH4排放通量的影響

圖2 模擬沉降情景下野慈姑濕地甲烷排放通量的月動態(tài)和季節(jié)動態(tài)Fig.2 Monthly and seasonal variations of CH4 emission from the S. trifolia wetland with different simulated deposition in the TajiaozhouCK, 對照 control group; S-60, 60 kg S hm-2 a-1處理 60 kg S hm-2 a-1 treatment group; S-120, 120 kg S hm-2 a-1處理 120 kg S hm-2 a-1 treatment group. 不同大寫字母代表同季節(jié)不同處理間差異性顯著,不同小寫字母代表同一處理不同季節(jié)差異性顯著,(P<0.05)

冬季W(wǎng)inter春季Spring夏季Summer秋季Autumn年度YearFPFPFPFPFP處理Treatment2.414P>0.050.267P>0.051.499P>0.051.567P>0.051.856P>0.05月份Month8.194P>0.0563.61P<0.00133.12P<0.0159.71P<0.00134.519P<0.001處理×月份Treatment×month0.936P>0.050.959P>0.051.247P>0.0589.591P>0.052.547P<0.05

2.2 模擬沉降對土壤間隙水濃度的影響

圖3 模擬沉降情景下野慈姑濕地間隙水濃度的月動態(tài)和季節(jié)動態(tài)Fig.3 Monthly and seasonal variations of pore water concentrations in the S. trifolia wetland with different simulated deposition in the TajiaozhouCK,對照 control group; S-60, 60 kg S hm-2 a-1處理 60 kg S hm-2 a-1 treatment group; S-120, 120 kg S hm-2 a-1處理 120 kg S hm-2 a-1 treatment group. 不同大寫字母代表同季節(jié)不同處理間差異性顯著,不同小寫字母代表同一處理不同季節(jié)差異性顯著,(P<0.05)

冬季W(wǎng)inter春季Spring夏季Summer秋季Autumn年度YearFPFPFPFPFP處理Treatment4.544P=0.0252.235P>0.051.967P>0.0524.149P<0.0014.260P<0.001月份Month1.272P>0.057.538P=0.0043.803P<0.050.924P>0.0511.518P<0.001處理×月份Ttreatment×month0.308P>0.050.527P>0.050.213P>0.059.991P<0.050.580P>0.05

2.3 模擬沉降處理各樣地土壤理化變化特征

圖4 模擬沉降情景下野慈姑濕地土壤溫度、pH值、電導率的月動態(tài)Fig.4 Monthly variations of soil temperature, pH, electric conductivity in the S. trifolia wetland with different simulated deposition in the Tajiaozhou

2.4 模擬沉降情景下CH4排放通量與環(huán)境因子的關(guān)系

3 討論

圖5 模擬沉降情景下野慈姑濕地CH4排放通量與環(huán)境因子的相關(guān)關(guān)系Fig.5 Relationship between CH4 fluxes with soil physical and chemical properties in the S. trifolia wetland with different simulated deposition

研究區(qū)域Study area濕地類型Wetland type模擬SO2-4沉降量Simulated SO2-4deposition/kg S hm-2 a-1植物群落Vegetation與對照組比較下降幅度Decrease percentage compared with control/%文獻LiteratureMoidach More泥炭濕地25, 50, 100泥炭蘚群落29, 22, 32Gauci 等, 2002 [8]Loch More泥炭濕地15, 50, 100泥炭蘚群落28, 31, 29Gauci等, 2004 [9]Bog Lake泥炭濕地24泥炭蘚群落32Dise和Verry, 2001 [15]Degero Stormyr泥炭濕地10-20泥炭蘚群落6Granberg等, 2001 [16]Portugal水稻田濕地100水稻群落30Gauci等, 2006 [17]Portugal室內(nèi)培養(yǎng)100—22Gauci等, 2008 [7]閩江口鱔魚灘Min River estuary微咸水濕地25,50,100短葉茳芏群落9.4仝川等, 2010 [10]閩江口鱔魚灘Min River estuary微咸水濕地24短葉茳芏群落8.3胡敏杰等,2016 [12]閩江口塔礁洲Min River estuary淡水感潮濕地60,120野慈姑群落16.8, 15.6本研究

本研究中各個處理樣地CH4排放通量均與土壤溫度呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P< 0.01),表明溫度仍是調(diào)控亞熱帶河口感潮濕地CH4排放通量的主要環(huán)境因素。濕地CH4排放是CH4產(chǎn)生、氧化以及傳輸?shù)淖罱K體現(xiàn)[15,23- 24],土壤溫度增加可以通過提升濕地土壤產(chǎn)甲烷菌活性進而促進CH4產(chǎn)生[25- 28]。閩江口區(qū)域夏季及初秋為全年高溫期,較高的溫度增強了微生物活性及代謝功能,因此促進了濕地CH4產(chǎn)生。

4 結(jié)論