全 文 ：第10卷第2期 湿 地 科 学 Vol.10 No.2
2012年6月 WETLAND SCIENCE June 2012
大、小潮日闽江口短叶茳芏＋芦苇沼泽
甲烷排放通量日变化特征
金玉凤，胡智强，仝 川*
(湿润亚热带生态—地理过程省部共建教育部重点实验室，福建师范大学亚热带湿地研究中心，
福建师范大学地理科学学院，福建福州 350007)
摘要：利用“静态箱—悬浮箱—气相色谱法”，分别在小潮日(2010年4月4～5日和9月2～3日)和大潮日(2010年
4月 14～15日和 9月 9～10日)，在闽江口鳝鱼滩湿地的中高潮滩过渡区短叶茳芏(Cyperus malaccensis)＋芦苇
(Phragmites australis)沼泽中，取样并测定了该沼泽24 h的甲烷排放通量，并同步对潮水水位、温度等环境因子进
行了观测。研究结果表明，不论大、小潮日，总体上，沼泽是甲烷排放源，白天的甲烷排放通量大于夜间；4月、9
月的 2个小潮日的甲烷排放通量分别为 4.43 mg/(m2·h)和 8.13 mg/(m2·h)，2个大潮日的甲烷排放通量分别为
1.39 mg/(m2·h)和3.25 mg/(m2·h)，小潮日甲烷排放通量明显大于大潮日；大潮日，涨落潮阶段的沼泽水—气界面
甲烷排放通量低于非涨落潮阶段；温度和潮水水位是控制甲烷排放通量日变化的重要环境因子。
关 键 词：潮汐沼泽；甲烷排放通量；日变化；大、小潮日；闽江口
中图分类号：X511 文献标识号：A 文章编号：1672-5948(2012)02-228-07
甲烷是最重要的温室气体之一[1]，其对全球变
暖的贡献率达22%，仅次于二氧化碳[2]。据估算，天
然湿地甲烷排放量占全球甲烷排放总量的21%以
上[3]。国际上对于位于海陆过渡区的河口潮汐沼泽
甲烷排放通量给予了越来越多的关注[4~6]。但是，
目前还非常缺乏中国沿海潮汐沼泽甲烷排放通量
数据[7]。中国大陆海岸线长18 000 km，具有众多的
河口与海湾，湿地类型复杂多样[8]，近年来，国内对
于河口潮汐湿地甲烷通量的研究也开始增多[9~15]。
与内陆湿地不同，河口潮汐湿地受到潮汐过程的深
刻影响，其潮间带湿地在大潮日可经历明显潮水水
淹过程，而在小潮日则可能无潮水的明显影响。同
时，在日时间尺度上，半日潮现象普遍存在。目前，
关于潮汐对于河口潮汐湿地甲烷排放通量的影响
仍不十分清楚，包括大、小潮日河口潮汐沼泽甲烷
排放通量的变化，以及大潮日涨落潮阶段和非涨落
潮阶段的转化对于甲烷通量的影响，都鲜见报道。
一些研究表明，天然湿地甲烷排放通量有明
显的日变化特征[16,17],因此，准确地测定湿地日尺
度上的甲烷排放通量，可以深化对温室气体排放
规律的认识。虽然，对于内陆湿地甲烷通量日变
化已有一些文献报道[18,19]，但对于河口潮汐沼泽甲
烷通量日变化还鲜见报道。Yamamoto A等以每3
h的取样间隔测定了日本沿海半咸水湖湖滨带的
芦苇(Phragmites australis)和灯心草(Juncus)潮汐沼
泽在大、小潮日的土壤—大气界面甲烷排放通量
日变化特征，但未测定潮汐沼泽与大气间的甲烷
通量[20]。闽江口是中国东南沿海具有重要代表性
的开放型河口之一，对于闽江口潮汐沼泽甲烷排
放通量的已有研究主要集中在揭示其季节变化方
面[11~15]。本文选取闽江河口区面积最大的鳝鱼滩
湿地为研究区，采用静态箱—悬浮箱—气相色谱
法，以每 60 min(非涨落潮阶段)和每 45 min(涨落
潮阶段)密集的取样间隔，24 h连续取样、测定甲烷
排放通量，揭示其日变化特征，并分析其与潮水水
位、温度等环境因子的关系，旨在为中国沿海河口
湿地甲烷排放通量的估算提供科学依据，为全球
湿地甲烷排放通量提供基础数据。
收稿日期：2011-12-15；修订日期：2012-02-28
基金项目：国家自然科学基金项目(40671174、41071148)、福建省科学技术厅重点项目(2010Y0019)和福建省自然地理重点学科项目资助。
作者简介：金玉凤(1986-)，女，安徽省淮北人，硕士研究生，从事湿地生物地球化学循环研究。E-mail: LiuLingjy@126.com
*通讯作者：仝 川，教授。E-mail: tongch@fjnu.edu.cn
DOI:10.13248/j.cnki.wetlandsci.2012.02.012
1 材料与方法
1.1 采样区
鳝鱼滩湿地 (26° 0036N～26° 0342N，119°
3412E～119°4040E)位于闽江河口琅岐岛与潭
头镇和梅花镇之间的梅花水道中，呈近东西走向
的弯曲长条状分布，面积为 3 120 hm2。潮汐属正
规半日潮，气候暖热湿润，年平均气温 19.6℃，年
降水量约1 346 mm[21]。研究样地位于鳝鱼滩湿地
中偏西部五门闸附近的中高潮滩过渡地段(26°01
46N，119°3731E)，为短叶茳芏(Cyperus malaccen⁃
sis)+芦苇沼泽(各自盖度约为 50%)。在该沼泽内
选取一块环境条件均匀一致的地段作为采样样
地。该样地短叶茳芏和芦苇植株的高度多未超过
1.2 m，在采样样地内随机布置气体采集样点。在
大潮日，从涨潮开始至落潮结束，采样样地平均潮
水水淹时间约为3.5～4.0 h，潮水水位高度范围为
0.1～1.2 m，非涨落潮阶段地表出露；在小潮日，地
表基本出露，较少受潮水水淹的影响。
1.2 样品采集
在整个小潮日和大潮日的非涨落潮阶段，采
用静态箱采集短叶茳芏＋芦苇沼泽的气体样品；
而在大潮日的涨落潮阶段，采用悬浮箱采集水—
气界面气体样品。静态箱由 PVC材料的底座
(长×宽×高：35 cm×35 cm×30 cm)和透明的顶箱
(长×宽×高：35 cm×35 cm×120 cm)两部分组成，
底座在整个观测期都固定在采样点，底座完全打
入土壤，仅出露 2 cm。透明悬浮箱(高：40 cm，直
径：30 cm)紧紧套合在圆形泡沫塑料板中，在涨落
潮阶段悬浮箱布置在静态箱旁边的明水面(箱内
无短叶茳芏和芦苇植株)，为了防止悬浮箱随潮水
的涨落而发生水平漂移，在各个悬浮箱周围布置
好竹竿使之保持在原位(但可随潮水的涨落过程
上下浮动)。在研究样地搭建木制栈桥。静态箱
和悬浮箱都分别设3个重复，3个重复之间的距离
约5 m。
分别在 2010年 4月 4～5日(小潮日)、14～15
日(大潮日)、9月 2～3日(小潮日)和 9月 9～10日
(大潮日)，从第1天的9︰00(或10︰00)到第2天的
9︰00(或10︰00)24 h连续取样。9月3日1︰00突
降暴雨，故该日1︰00和2︰00无法取样。在小潮日
和大潮日的非涨落潮阶段，每60 min测定1次通量，
每隔15 min抽取1次气体样品，共抽取4次；在大潮
日的涨落潮阶段，每45 min测定1次通量，每隔10
min抽取 1次气体样品，共抽取 4次。整个采样期
不断地向底座边框凹槽加水，以防止气体外漏，每
次用医用针管采集100 mL气体，并将气体迅速打
入 150 mL铝箔采样袋。气体样品被立刻送回实
验室测定。
1.3 气样分析
采用日本岛津公司生产的气相色谱仪
(GC-2014，Shimadzu)分析甲烷气体浓度。检测器
为PDD(脉冲放电检测器)，色谱柱为5 A分子筛，进
样口温度为120℃，检测器温度为200 ℃，分离柱
温度为60 ℃，载气为高纯氦气，流速为30 mL/min。
1.4 通量计算
甲烷排放通量按下式[22]计算：
F= MV ⋅ dcdt ⋅H ⋅( 273273+ T ) (1)
式(1)中，F[mg/(m2·h)]为甲烷排放通量；M(g/mol)
甲烷摩尔质量；V(L)为标准状态下1摩尔甲烷的体
积；dc/dt(×10-6/h)为甲烷含量变化率；T(℃)为静态
箱内温度；H(cm)为静态箱箱高。
1.5 环境因子测定
同步采用 2265FS便携式电导盐分/温度计
(Spectrum Technologies Inc, USA)和 IQ150便携式
pH/氧化还原电位计 (IQ Scientific Instruments,
USA)观测采样点5 cm深土壤温度、氧化还原电位
(Eh)、pH和盐度以及 5 cm深水温；同时，还同步观
测潮水水位高度。
1.6 统计分析
用Excel 2003软件对原始数据进行平均值及
标准误差的计算。采用重复测量方差分析(Re-
peated measures ANOVA)方法，进行白天、夜间的
甲烷排放通量的差异性检验。采用Pearson corre-
lation analysis方法，分析甲烷排放通量与环境因
子间的相关性。所有统计分析都在SPSS for Win-
dows17.0软件平台上进行。
2 结果与讨论
2.1 4月小、大潮日甲烷排放通量日变化
4月 4～5日(小潮日)甲烷排放通量具有明显
的日变化(图 1)，通量在 1.42～12.49 mg/(m2·h)之
间变化，平均值为 4.43 mg/(m2·h)。白天，甲烷排
放通量最大值出现在11︰00，为12.49 mg/(m2·h)，
之后迅速下降，16︰00以后，甲烷通量波动变化
2期 金玉凤等：大、小潮日闽江口短叶茳芏＋芦苇沼泽甲烷排放通量日变化特征 229
较小；夜间，甲烷排放通量最大值出现在次日凌晨
4︰00，为 2.95 mg/(m2·h)。白天，平均甲烷排放通
量为 6.36 mg/(m2·h)；夜间，平均甲烷排放通量为
2.50 mg/(m2·h)；白天甲烷通量显著大于夜间(n=
36，p＜0.05)。甲烷通量最大值出现在 11︰00，此
时的气温和土温都较高，适合产甲烷菌的活动。
白天甲烷排放通量明显高于夜间。一方面，由于
白天的温度比夜间高，导致土壤甲烷产生量较大；
另一方面，可能是白天光照强度的增加，可以使植
物体介导的甲烷传输途径由分子扩散转化为压力
驱动的对流传输，对流传输效率要高于分子扩散
的效率[23]，导致白天甲烷传输量也大于夜间。次日
6︰00开始，甲烷排放通量又呈增加趋势，可能是
温度逐渐上升的结果。
图1 4月甲烷排放通量的日变化(a:小潮日；b:大潮日，阴影部分为涨落潮阶段)
Fig.1 Diurnal variations of methane emission flux from the marsh in April (a: neap-tide day; b: spring-tide day,
shadow represent the period of flooding and ebbing)
4月 14～15日(大潮日)甲烷排放通量日变化
(见图 1)，通量变化范围为 0.19～4.04 mg/(m2·h)，
平均值为 1.39 mg/(m2·h)。白天平均甲烷排放通
量为 1.67 mg/(m2·h)，夜间为 1.24 mg/(m2·h)，白天
甲烷排放通量大于夜间，但两者差异不显著(n=
39，p＞0.05)。不论是白天还是夜间的涨落潮阶
段，水—气界面的甲烷排放通量都比涨潮前的沼
泽排向大气环境的甲烷通量明显减小。白天涨落
潮阶段的平均甲烷排放通量为1.03 mg/(m2·h)，夜
间为0.44 mg/(m2·h)；而白天非涨落潮阶段平均甲
烷通量为 1.81 mg/(m2·h)，夜间为 1.52 mg/(m2·h)。
差异显著性分析表明，白天涨落潮阶段的甲烷排
放通量与非涨潮阶段差异不显著(n=9，p＞0.05)；
夜间涨落潮阶段的甲烷排放通量显著低于非涨落
潮阶段(n=9，p＜0.05)。涨落潮阶段沼泽水—气界
面甲烷排放通量低于非涨落潮阶段，原因可能是
多方面的，第一，芦苇植株排放甲烷的主要部位是
其高于土壤表面20～30 cm高度的茎部，在潮水水
淹时，植株下部可能淹没在潮水中，造成排向大气
中甲烷通量急剧减少[5]；第二，较高的水位会延迟
土壤产生的甲烷排放到大气中的时间[24]；第三，土
壤产生的甲烷在涨落潮阶段先排入潮水，部分在
进一步扩散到大气之前将被氧化[25]；第四，静水压
增加使土壤以扩散途径排放甲烷的通道受阻[26]。
2.2 9月小、大潮日甲烷排放通量日变化
9月 2～3日(小潮日)甲烷排放通量同样具有
明显的日变化(图 2)，通量值范围为 1.53～19.18
mg/(m2·h)，平均值为8.13 mg/(m2·h)。日甲烷排放
通量最大值出现在12︰00，之后迅速减小，最小值
出现在 0︰00。白天的平均甲烷排放通量为 9.84
mg/(m2·h)，夜间为6.74 mg/(m2·h)。白天甲烷排放
通量大于夜间，但二者差异不显著 (n=30，p＞
0.05)。
9月 9～10日(大潮日)甲烷排放通量日变化
(见图 2)，通量值范围为－1.22～24.88 mg/(m2·h)，
平均值为3.25 mg/(m2·h)。在4 d的甲烷排放通量
日变化中，只是在9月9日上午10︰05刚涨潮时的
甲烷排放通量出现了负值，这时沼泽表现为甲烷
的汇，但原因还不清楚。白天平均甲烷通量为
3.88 mg/(m2·h)，夜间为2.11 mg/(m2·h)。白天平均
甲烷通量大于夜间，但二者差异不显著(n=36，p＞
0.05)。白天涨落潮阶段平均甲烷排放通量为3.92
mg/(m2·h)，夜间为 0.34 mg/(m2·h)；白天非涨落潮
阶段平均甲烷排放通量为3.73 mg/(m2·h)，夜间为
湿 地 科 学 10卷230
图2 9月甲烷排放通量的日变化(a:小潮日；b:大潮日，阴影部分为涨落潮阶段)
Fig.2 Diurnal variations of methane emission flux from marsh in September (a: neap-tide day; b: spring-tide day,
shadow represent the period of flooding and ebbing)
2.89 mg/(m2·h)。差异显著性分析表明，白天涨落
潮阶段甲烷排放通量与非涨潮阶段差异不显著
(n=12，p＞0.05)；夜间涨落潮阶段甲烷通量显著低
于非涨落潮阶段(n=12，p＜0.05)。白天 12︰20出
现了甲烷排放通量峰值，虽然此时在涨落潮过程
中，但已接近落潮阶段的尾声，此时潮高只有 18
cm，而前一个测量时刻11︰35的潮高为85 cm，另
外，12︰20正值温度较高的时刻，这些也许是甲烷
排放通量的峰值形成的部分原因。
2.3 潮水水位、温度等因子对甲烷排放通量的影响
2.3.1 潮水水位
4月大潮日涨落潮阶段，潮水水位变化范围为
4～43 cm，平均水位为29. 9 cm；9月大潮日涨落潮
阶段，潮水水位变化范围为18～124 cm，平均水位
为86.2 cm。9月大潮日涨落潮阶段水—气界面甲
烷排放通量与潮水水位呈现显著的线性负相关关
系(n=8，p＜0.05)，而4月大潮日则无显著的线性相
关关系(n=6，p＞0.05) (图3)。
图3 大潮日潮水水位与甲烷排放通量的关系(a: 4月；b: 9月)
Fig.3 The relationship between methane emission flux and water level of tidal water
during spring tide days (a: April; b: September)
2.3.2 温 度
4月小潮日沼泽甲烷排放通量与5 cm深土壤
温度呈现极显著的指数正相关关系 (n=25，p＜
0.01)，9月小潮日二者无显著的相关关系(n=23，
p＞0.05，图 4)。4月大潮日非涨落潮阶段沼泽甲
烷通量与5 cm深土温呈现显著的指数负相关关系
(n=20，p＜0.05)，9月大潮日二者无显著的指数相
关关系(n=17，p＞0.05，图 5)；4月大潮日涨落潮阶
段水—气界面甲烷排放通量与5 cm深水温呈现显
著的指数负相关关系(n=6，p＜0.05)，9月大潮日二
者无显著的线性关系(n=8，p＞0.05，见图5)。本研
究中，日尺度上的甲烷排放通量与温度变化的关
系较为复杂。4月为春季，温度日变化较大，而 9
月正值高温期，土壤温度日变化较小，可能由此导
致9月小潮日沼泽甲烷通量与土温相关不显著。4
月、9月大潮日涨落潮水淹阶段，水—气界面甲烷
排放通量与水温的关系更为复杂，总体上，在水温
较低时，甲烷排放通量受水温的影响，而在水温很
2期 金玉凤等：大、小潮日闽江口短叶茳芏＋芦苇沼泽甲烷排放通量日变化特征 231
图4 小潮日甲烷排放通量与5 cm深土温的线性关系(a: 4月; b: 9月)
Fig.4 Relationship between methane emission flux and soil temperature of 5 cm depth
during neap tide days (a: April; b: September)
图5 大潮日甲烷排放通量与5 cm深土温、5 cm深水温的线性关系(a, c: 4月; b, d: 9月)
Fig.5 Relationship between methane emission flux and soil temperature of 5 cm depth,
water temperature of 5 cm depth during spring tide days (a, c: April; b, d: September)
高时，甲烷排放通量不受水温的控制。
事实上，湿地甲烷排放通量与温度之间的关
系非常复杂的，众多研究结果并不一致。从目前
发表的文献可以看出，二者除了可以呈现为正指
数相关关系[27,28]、正线性相关关系[29,30]和正对数关
系[31]外，有些研究结果为湿地甲烷排放通量与温
度无相关关系 [32,33]或负相关关系 [34]。出现这一现
象的原因可能是多方面的，如可能与研究测定时
的气温范围、地下水位变化、土壤中介导甲烷产生
和氧化的微生物活性以及测定的植物类型、样地
土壤有机碳含量等诸多因子有关。
2.3.3 其他环境因子
4月和 9月的 4 d观测日中，非潮水水淹阶段
(包括2个小潮日和2个大潮日的非涨落潮阶段)沼
泽甲烷排放通量与土壤盐度等其他环境因子的相
关性分析结果如表 1所示。结果表明，在日尺度
上，甲烷排放通量与土壤盐度、氧化还原电位和
pH在多数情况下都无显著的线性相关关系(大潮
日n=51，p＞0.05；小潮日n=72，p＞0.05)。
3 结 论
在大、小潮日，闽江河口鳝鱼滩短叶茳芏＋芦
湿 地 科 学 10卷232
表1 非潮水水淹阶段甲烷排放通量与土壤盐度、氧化还原电位和pH的相关系数
Table 1 Correlation coefficient between methane emission flux and soil salinity,
oxidation reduction potential and pH during exposed-stages
时 间
4月4～5日(小潮日)
4月14～15日(大潮日)
9月2～3日(小潮日)
9月9～10日(大潮日)
甲烷排放通量与盐度
-0.025
0.514**
-0.277
0.128
甲烷排放通量与氧化还原电位
-0.179
0.220
0.501
甲烷排放通量与pH
0.552**
-0.456
-0.515
注：**表示二者的相关系数通过了p＜0. 01的显著性检验。
苇沼泽的甲烷排放通量都表现出白天大于夜间的
特征。大潮日涨落潮阶段沼泽水—气界面甲烷排
放通量低于非涨落潮阶段。日时间尺度上，潮水
水位是影响大潮日水—气界面甲烷排放通量的一
个重要因素，而在大、小潮日的非潮水水淹阶段，
土壤温度是控制沼泽甲烷排放通量的一个主要环
境因子，而土壤盐度等土壤环境因子并不控制非
潮水水淹阶段沼泽甲烷排放通量的变化。
致谢：本研究在野外采样和室内分析过程中得到
福建师范大学地理科学学院黄佳芳、刘泽雄、李旭
伟、李鹏飞、雍石泉、李明辉、马鹏、路宾朋、范跃
新、田琳琳和贾宜等同学的帮助，在此我们表示衷
心感谢！
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Diurnal Variations of Methane Emission Flux from A Marsh Dominated by
Cyperus malaccensis and Phragmites australis during Neap and Spring
Tidal Days in Min River Estuary
JIN Yu-Feng, HU Zhi-Qiang, TONG Chuan
(Key Laboratory of Humid Sub-tropical Eco-geographical Process of Ministry of Education, Research Centre of Wetlands
in Subtropical Region, School of Geographical Sciences, Fujian Normal Universities, Fuzhou 350007, Fujiang, P.R.China)
Abstract: Methane is an important greenhouse gas, estimated to be responsible for almost 20% of the radioac-
tive forcing from long-lived and globally mixed greenhouse gases. Tidal marsh is an important ecosystem due
to its high productivity and biodiversity; meanwhile, it accumulates lots of organic matter in soil, and produc-
es and emits methane by mineralization. Methane emission from tidal marsh ecosystem is likely to be affected
by tidal inundation; however, the relationship between tidal process and methane emission still remains un-
clear. Qualifying methane flux in diurnal scale is an important aspect to extend our knowledge of methane
emission flux to atmosphere; however, there is much few set of data on methane emission flux in estuarine
marshes at diurnal scale. During neap and spring tidal days in April and September 2010, the diurnal varia-
tions of methane emission fluxes to the atmosphere from a marsh ecosystem dominated by two species of Cy⁃
perus malaccensis bervifolius and Phragmites australis (common reed) and in tidal water-air interface were
studied using enclosed static chamber and floating chamber technique in the ShanYutan Wetland in the Min
River estuary, southeast China. The results showed that the averaged methane emission fluxes during the neap
days in April and September were 4.43 mg/(m2·h)and 8.13 mg/(m2·h), respectively; and the averaged methane
emission fluxes during the spring days in April and September were 1.39 mg/(m2·h) and 3.25 mg/(m2·h), re-
spectively. Methane emission flux during daytime was higher than that at night, and methane emission fluxes
in neap days was higher than those in spring tidal days. Methane emission flux in water-air interface in tidal in-
undation period was lower than that from the total marsh ecosystem during soil exposed period. Tide water
level seems to control the methane emission flux in water-air interface in tidal inundation period, and soil tem-
perature was a main factor influencing diurnal variation of methaneemission flux during soil exposed period.
Keywords: tidal marsh; methane emission flux; diurnal variation; neap and spring tidal day; Min River estuary
湿 地 科 学 10卷234