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CH4和N2O是具有显著增温效应的温室气体,对全球气候变化作用重大,关于其排放的研究是全球变化研究中的重要方面,也是全球碳氮平衡研究的重要内容。滨海湿地是CH4和N2O的排放源,且是生态脆弱带,具有特殊的复杂环境和强烈的人类活动干扰。目前缺乏对滨海湿地的CH4和N2O排放的研究,且海岸湿地特有的潮汐等环境因子的作用仍没有得到很好的解释。本文以江苏射阳、东台、南通和上海崇明东滩四地的滨海湿地为主要研究区域,利用DNDC模型模拟研究区域的CH4和N2O通量。研究中考虑了气象、土壤、水位、植物生理生态等因素,利用现状观测气象资料及未来多种CO2排放情景下的模拟气象资料,充分考虑气候变化因素对CH4和N2O通量的影响,分不同滩地(光滩、互花米草滩和芦苇滩)对不同区域滨海湿地CH4和N2O通量的现状进行模拟,并预测未来CH4和N2O通量变化趋势,分析CH4和N2O排放的时空变化特征,及影响CH4和N2O排放的因素,探索滨海湿地在全球气候变化条件下对全球变化的贡献。研究结果表明:
(1)滨海湿地CH4排放呈分时间段集中排放,不同滩地CH4排放通量不同,现状四地光滩CH4排放通量为174.9kg C/ha/a,互花米草滩为665.7 kg C/ha/a,芦苇滩为474.2 kg C/ha/a,表现为互花米草滩>芦苇滩>光滩;N2O的释放过程受降雨所驱动,表现为一系列N2O脉冲释放峰,不同滩地N2O排放通量不同,现状四地光滩N2O排放通量为0.2508 kg N/ha/a,互花米草滩为2.2419 kg N/ha/a,芦苇滩为2.8464 kg N/ha/a,表现为芦苇滩>互花米草滩>光滩。这主要与植被覆盖类型、滩地水位、滩地土壤有机碳含量等有关。
(2)80年代,射阳滨海湿地CH4通量为125.8 kg C/ha/a,东台为153.9 kgC/ha/a,南通为157.0 kg C/ha/a,崇明为171.8 kg C/ha/a,不同地点滨海湿地CH4通量表现为崇明>南通>东台>射阳;00年代,射阳滨海湿地CH4通量为156.3 kgC/ha/a,东台为190.5 kg C/ha/a,南通为168.8 kg C/ha/a,崇明为190.7 kg C/ha/a,不同地点滨海湿地CH4通量表现为崇明>东台>南通>射阳。80年代和00年代,射阳滨海湿地N2O通量分别为0.3321 kg N/ha/a和0.423 kg N/ha/a,东台分别为0.5841 kg N/ha/a和0.8007 kg N/ha/a,南通分别为0.8097 kg N/ha/a和1.2267 kgN/ha/a,崇明分别为0.4308 kg N/ha/a和0.732 kg N/ha/a,不同研究地点N2O通量都表现为南通>东台>崇明>射阳。不同地点相同滩地间CH4和N2O通量比较则表现复杂,多种因素造成此地域差异。
(3)现状、2050年、2100年射阳滨海湿地CH4排放通量分别为141.05、168.87、201.67 kg C/ha/a,N2O排放通量分别为0.3776、0.5047、0.7423 kg N/ha/a;东台滨海湿地CH4排放通量分别为172.2、180.23、198.7 kg C/ha/a,N2O排放通量分别为0.6924、0.9233、1.2997 kg N/ha/a;南通滨海湿地CH4排放通量分别为162.9、175.07、187.6 kg C/ha/a,N2O排放通量分别为1.0182、1.6863、2.336 kgN/ha/a;崇明滨海湿地CH4排放通量分别为181.25、196.63、207.27 kg C&a/a,N2O排放通量分别为0.5814、1.0417、1.384 kg N/ha/a。四个研究地点滨海湿地CH4和N2O排放通量,现状与未来比较均表现为2100年>2050年>现状,与现状到未来年均温不断升高的趋势相符合。
(4)2050年,低排情景、中排情景、高排情景下,射阳滨海湿地CH4排放通量分别为140.4、178.8、187.4 kg C/ha/a,东台滨海湿地CH4排放通量分别为163.4、183.2、194.1 kg C/ha/a,南通滨海湿地CH4排放通量分别为166.5、182.2、176.5 kg C/ha/a,崇明滨海湿地CH4排放通量分别为188.7、202.6、198.6 kg C/ha/a,射阳和东台CH4排放通量表现为高排情景>中排情景>低排情景,南通和崇明CH4排放通量则表现为中排情景>高排情景>低排情景,与当地不同情景下年均温的高低排列顺序一致。另外,四地光滩的N2O排放通量在三种情景下都相差不大,低排情景、中排情景、高排情景分别为0.24、0.259、0.252 kg N/ha/a;低排情景、中排情景、高排情景下,互花米草滩的N2O排放通量分别为1.469、2.003、1.78kg N/ha/a,芦苇滩的N2O排放通量分别为1.818、2.481、2.166 kg N/ha/a,两种滩地的N2O排放通量都表现为中排情景>高排情景>低排情景。
(5)2100年,随着温度的升高,低排情景、中排情景、高排情景下,射阳滨海湿地CH4排放通量分别为164.5、217.8、222.7 kg C/ha/a,东台滨海湿地CH4排放通量分别为172.7、207.5、215.9 kg C/ha/a,南通滨海湿地CH4排放通量分别为174.7、193、195.1 kg C/ha/a,崇明滨海湿地CH4排放通量分别为194.1、212.3、215.4 kg C/ha/a,四地CH4排放通量均表现为高排情景>中排情景>低排情景。另外,低排情景、中排情景、高排情景下,四地互花米草滩的N2O排放通量分别为1.619、2.603、3.178 kg N/ha/a,芦苇滩的N2O排放通量分别为1.99、3.19、3.897 kg N/ha/a,两种滩地的N2P排放通量也都表现为高排情景>中排情景>低排情景,且差异明显。这与2100年四地年均温为高排>中排>低排规律相符。
(6)影响滨海湿地CH4和N2O排放变化的主要环境因子有土壤、水分、植被和气候等。研究区域CH4排放通量与土壤pH、土壤有机碳含量、湿地水位、单位面积最大生物量、温度、降水等具有显著相关性,N2O排放通量与温度、湿地水位、单位面积最大生物量、土壤pH、土壤有机碳含量等具有显著相关性,与年降水不具有相关性。CH4、N2O排放除与水位具有负相关关系外,与其他因素都具有正相关关系。
综上所述,互花米草和芦苇增大了滨海湿地CH4和N2O排放通量,且互花米草滩CH4的排放能力高于芦苇滩,而芦苇滩N2O的排放能力更高。射阳在四个研究地点中CH4和N2O排放通量都是最低的,且随着温度的不断升高,四个地点滨海湿地CH4和N2O排放通量也不断增大,未来高于现状;而未来不同CO2排放情景下,四地CH4和N2O排放通量表现出于当地年均温相似的变化规律。土壤、水分、植被和气候都是影响滨海湿地CH4和N2O排放的重要因子。