白洋淀湿地水-土-植被体系碳排放及其调控机理研究

Wetland is the ecotone of terrestrial and water ecosystems, which plays a significant role in the sequestration and emission of CH4 and CO2. The research of carbon emission of water-soil-plant system and its regulatory mechanism is useful for understanding the response of carbon emission to climate change and human activity. This project chosen Baiyangdian Wetland as a model shallow lake, and the specific objectives are to: (1) analyze the effects of climate change, hydrological condition, soil properties and human activity on the CH4 and CO2 releases from water-soil-reed system; (2) explore the spatial distribution and seasonal changes of carbon contents in reeds, soil and waterr; (3) examine the contributions of different components to CH4 and CO2 emission, as well as their corresponding regulatory mechanism; (4) estimate CH4 and CO2 emissions from Baiyangdian Wetland based on EM/ETM images, and provide some suggestions for improving the wetland ecosystem.

湿地是陆生与水生生态系统的交错区域，在化学元素循环中特别是二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)等温室气体的固定和释放中起着重要的“开关”作用。开展湿地以水—土—植被体系为系统单元的碳排放通量动态变化及其调控机理的研究，有助于揭示其碳排放过程规律及其与气候变化、人类活动的相互作用机理，为国家的碳管理和碳减排决策提供理论和技术支持。本项目针对白洋淀湿地系统，研究气候、水文、土壤和人类活动对其水—土—芦苇体系CH4、CO2排放速率的影响，研究芦苇、土壤、水体碳素的含量变化；并将数据整合分析碳源/汇组分(植物、土壤)空间分布特征以及季节变化, 阐明水-土-芦苇不同组分对CH4、CO2排放动态的贡献，及其环境影响机制；最后，基于白洋淀湿地的高分辨率遥感影像，调用各类计算和监测数据，估算白洋淀湿地的碳排放总量，探讨白洋淀基于碳排放的改善生态系统状况的调控措施。

白洋淀湿地位于华北平原中部，是海河流域最为重要的淡水湖泊湿地之一。本研究采用野外定位观测的“静态暗箱—气相色谱法”，测定和分析了白洋淀湿地甲烷和二氧化碳日排放通量及季节排放通量的特征，揭示了排放通量变化规律，并分析了影响白洋淀湿地甲烷和二氧化碳排放通量的主要因子。通过大量的野外原位观测和实验室分析工作，本研究得出以下结论：. (1)白洋淀湿地和大气之间的甲烷和二氧化碳通量排放呈现出显著的日变化和季节变化规律，在日尺度上, 水陆交错带芦苇区(E区)，台地芦苇区(S区)，陆地区(T区)，湖面区(W区)甲烷排放通量在14:30达到最大值，23:30-次日5:30排放量达到最小值；四个区域二氧化碳排放通量在5:30最小，14:30排放通量最大，在14:30—17:30时段降低，17:30以后CO2排放通量逐渐增加。在季节尺度上，5-7月CO2和CH4排放通量逐渐升高，7月和8月排放通量较大，9-10月排放通量有所降低。. (2)温度是影响甲烷和二氧化碳排放通量年变化规律的最重要的环境因子，随着温度的升高，甲烷和二氧化碳排放通量呈指数增长。水文条件对甲烷和二氧化碳排放通量的影响不同。随水位升高，甲烷排放通量呈现上升趋势，S区<E区，T区<W区；二氧化碳排放通量呈现下降趋势，具体表现为S区>E区，T区>W区。. (3)土壤理化因子对碳排放的影响如下：E区、S区甲烷排放通量和土壤/沉积物有机碳含量分别在p<0.01和p<0.05水平上显著相关。E区、S区二氧化碳排放通量和土壤/沉积物有机碳含量分别在p<0.01和p<0.05水平上显著相关。CO2和CH4排放通量与土壤TN含量之间的相关性达到显著水平（p<0.05）。. (4)湿地植物的生长状况也是碳排放的重要影响因子，6-8月，E区甲烷和二氧化碳排放通量分别是W区的1.8-7.9倍，3.21-3.82倍；S区甲烷和二氧化碳排放通量是分别是T区的75.7-145.9倍，2.09-3.14倍。. (5)近10年来，白洋淀湿地土地利用类型中水生植物、水域和居民地面积增加，耕地面积减少，研究区碳排放量增加。