全 文 ：第 !" 卷 第 # 期
$ % & % 年 # 月
林 业 科 学
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小兴安岭落叶松沼泽林土壤 (d$ !+$ d和 (6! 的
排放规律
牟长城B程B伟B孙晓新B吴云霞
"东北林业大学林学院B哈尔滨 &G%%!%$
摘B要! B采用静态箱 H气相色谱法!研究小兴安岭兴安落叶松 H油桦 H修氏苔草沼泽林&兴安落叶松 H油桦 H笃
斯越橘 H藓类沼泽林和兴安落叶松 H狭叶杜香 H中位泥炭藓沼泽林生长季节土壤温室气体"(d$ !+$d和 (6! $排
放通量的季节变化规律&季节排放量及其主控因素% 结果表明’ &$J 种落叶松沼泽林土壤 (d$ 排放通量均呈现夏
季高""G&2! ‘I$J2" >O+>H$ = H& $春秋季低"$JJ2J ‘J&%2% >O+>H$ = H& $的单峰型季节变化!+$d排放通量"%2%&% ‘
%2%!C!%2%&$ ‘%2%$% 和 %2%&% ‘%2%I% >O+>H$ = H& $分别呈现夏季 e春季 e秋季!春季 e夏季 e秋季和秋季 e
春季 e夏季的变化规律!(6! 排放通量" H%2%IJ ‘%2%J#! H%2&$$ ‘%2%#I 和 H%2%G ‘%2%$" >O+>
H$ = H& $分别呈现
春秋季排放&夏季吸收!春季排放&夏秋季吸收和春夏季排放&秋季吸收的交替式季节变化# $$表层土壤 "% ‘J%
R>$温度是土壤 (d$ 排放的主要影响因素!低水位与较高表层土壤温度是 +$d排放的主要影响因素!水位是 (6!
排放的主要影响因素!高水位时土壤排放 (6! !低水位时土壤吸收 (6! # J$J 种落叶松沼泽林土壤在生长季节均为
(d$ 排放源"$%2I ‘$G2$ :+=>
H$ $!且夏季为强排放源&春秋季为弱排放源!J 者均为 +$d排放源 "%2&C$ ‘&2&$I
WO+=>H$ $!兴安落叶松 H油桦 H修氏苔草沼泽林为强排放源!另 $ 者为弱排放源!兴安落叶松 H油桦 H修氏苔草沼
泽林和兴安落叶松 H油桦 H笃斯越橘 H藓类沼泽林土壤为 (6! 强吸收汇"&2&G$ ‘&2$%% WO+=>
H$ $!兴安落叶松 H
狭叶杜香 H中位泥炭藓沼泽林土壤为 (6! 弱排放源"%2&"I WO+=>
H$ $# !$兴安落叶松 H油桦 H修氏苔草沼泽林土
壤温室气体 (d$ 排放强度最高"$G2! :+=>
H$ $!另 $ 者相对较低"$%2I ‘$&2$ :+=>H$ $!但均以 (d$ 排放占绝对优
势地位"CC2"J_ ‘CC2CJ_$!+$d和 (6! 排放占次要地位"%2&C_ ‘%2C$_和%2%$_ ‘%2&%_$%
关键词’ B落叶松沼泽林# 温室气体排放# 季节变化规律# 小兴安岭
中图分类号! ’#&!2$$ fC!IBBB文献标识码! -BBB文章编号! &%%& H#!II"$%&%#%# H%%%# H%C
收稿日期’ $%%C H%J HJ&#修回日期’ $%%C H%" HJ%%
基金项目’ 国家自然科学基金项目"J%"#%J!C$ %
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林 业 科 学 !" 卷B
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BB目前全球规模的气候变暖问题已引起了广泛关
注"王德宣等!$%%$$% 导致全球变暖的主要因素是
大气中温室气体含量的迅速增加 "李国琛!$%%G$%
(6! 和 +$d是大气中重要的温室气体!其分子增温
潜势分别高出 (d$ $& 和 $%" 倍 " )^((!$%%#$% 目
前!大气中 (6! 和 +$d的浓度分别为 &2#$ 和 %2J&$
!>01+>01H&!并以每年 %2"_和 %2$_ ‘%2J_的速
率增长"’9>?@0A ’$/;5! &CCC$!(d$ 的浓度从工业革
命前的 $I% !>01+>01H&增加到现在的 JGG !>01+
>01H&!并以每年 %2!_的速率增长 "(D@:70’$/;5!
&CCG$% 因此!有关温室气体源汇关系问题备受
关注%
湿地排放的 +$d是目前全球 +$d通量的一个
重要部分".E:EP’$/;5!&CI&$% 湿地"包括天然湿地
和水稻田$(6! 的排放约占全球 (6! 源的 !%_ ‘
G%_ "c=9:9AO’$/;5!&CCJ$!是大气 (6! 的主要生物
排放源% b=D191"&CCC$估计每年自然和人为排放进
入大 气 的 甲 烷 量 为 G&G ,O! 其 中 人 为 来 源 占
#&2II_!自然来源占 $I2&$_!而湿地排放占自然
排放的 #G2C"_!处于绝对主导地位!在全球甲烷排
放总量中也占到 $%_以上"K9AO’$/;5!$%%!$% 湿地
生态系统 (6! 和 +$d排放已成为科学研究的热点
"杨继松等!$%%"$%
温度和水文条件是影响湿地温室气体排放的重
要环境因素% 有研究认为温度是影响 (d$ 排放的
主要因素"郝庆菊等!$%%!$!同时水位对 (d$ 排放
也有影响!因为水位决定了湿地土壤的厌氧度及氧
化带的深度 " ’>9:= ’$/;5!&CCI$% 在加拿大的研究
表明’ 当水位上升接近泥炭层的时候!(6! 排放通
量就会增加"601P’$/;5!$%%$$!同时在安大略的研
究说明 (6! 排放通量波动是由于水分满足产甲烷
菌的需求后!土壤温度改变引起了 (6! 排放量的改
变"*TFD7T@’$/;5! $%%& $% 研究认为温度是影响
+$d排放的主要因素 "郝庆菊等!$%%!$!但是土壤
的水分状况不仅影响土壤 +$d的生成量!也极大地
影响了 +$d向大气的传输速率"刘景双等!$%%J$%
对南极洲北部苔原湿地研究发现’ 在土壤中 +$d扩
散系数随着水位的增加而减少!相应的d$ 可利用率
也减少!这样导致了 +$d排放量降低"jEAU9A ’$/;5!
$%%I$%
目前我国有关天然湿地温室气体排放的研究主
要集中在若尔盖和青藏高原的草丛湿地 "王德宣
等!$%%J# 刘景双等!$%%J $&辽河三角洲芦苇湿地
"黄国宏等!$%%&$&三江平原的草丛湿地 " ’0AO’$
/;5!$%%J# 杨继松等!$%%!# 王毅勇等!$%%G$和沿海
红树林湿地".4 ’$/;5!&CCI# 叶勇等!$%%%$% 东北
地区是我国天然湿地主要分布区之一!天然湿地面
积占全国天然湿地总面积的 J%_!其中!东北林区
的大&小兴安岭和长白山是我国森林沼泽集中分布
区"郎惠卿!&CCC$!其天然湿地面积为 !G% 万 =>$!
占东北地区天然湿地面积 & %&# 万 =>$的 !!_"刘
兴土等!$%%# $!目前对其温室气体排放通量及其
源k汇关系尚不清楚!这无疑会影响到我国天然湿地
温室气体排放总量估算的客观性与准确性%
本研 究 选 择 小 兴 安 岭 兴 安 落 叶 松 " E/+%I
7.’;%"%$ H油桦 "5’$&;/ (=/;%)(;%/ $ H修氏苔 草
"S/+’I#-1.%>$%$ 沼泽林&兴安落叶松 H油桦 H笃斯
越橘"R/--%"%&.&;%7%"(#&.$ H藓类沼泽林和兴安落
叶松 H狭叶杜香"E’>&.@/;&#$+’8D75/"6&#$&.$ H中
位泥炭藓" 9@1/7"&../7’;/"%-&.$沼泽林!采用静
态箱 H气相色谱法!于 $%%# 年 "-&% 月!通过野外
原位同步观测 J 种天然针叶沼泽林生长季节土壤
I
B第 # 期 牟长城等’ 小兴安岭落叶松沼泽林土壤 (d$ !+$d和 (6! 的排放规律
(d$!(6! 和 +$d排放通量及其环境因子 "大气温
度&土壤温度&水位等$的季节变化过程!揭示东北
森林沼泽温室气体排放通量的季节变化规律!探讨
影响森林沼泽温室气体排放的主控因子!并估算其
生长季节排放总量!为客观估算我国温室气体排放
总量和制定温室气体减排对策提供科学依据%
&B研究区概况
研究 在 黑 龙 江 省 伊 春 地 区 的 永 青 林 场
"&$IlJ%iJ"m-&$Il!Gi%%m*!!Il%JiGJm-!Il&#i&&m
+$进行% 该区海拔 $"% ‘G%% >!平均海拔 JGG >%
属于温带大陆湿润季风气候!年平均气温约 %2! n!
$&% n年积温 $ %%% ‘$ G%% n% 年平均降水量 "J%
>>!全年有 $ 个降水高峰期!分别为 #-I 月份降雨
期和冬季降雪期!高峰期降水占全年降雨量的
#%_% 地带性土壤是暗棕壤!占所有土壤类型的
#&_!还有草甸土&沼泽土和泥炭土!草甸土和沼泽
土占 $#_!泥炭土占 $_% 地带性植被为红松
"N%"&#M(+/%’"#%#$阔叶混交林!目前大部分已退化为
次生林和人工林!森林覆盖率为 #!2I_% 研究区尚
有沼泽湿地! J%$ =>$!占林业用地的 $G2"_!且湿
地类型丰富!包括森林沼泽&灌丛沼泽&草丛沼泽&藓
类沼泽和泥炭藓沼泽等多种湿地类型!以森林沼泽
为主要类型!且以东北林区广泛分布的 J 种典型针
叶沼泽林为主!即’ 富营养型的兴安落叶松 H油
桦 H修氏苔草沼泽林&中营养型的兴安落叶松 H油
桦 H笃斯越橘 H藓类沼泽林和贫营养型的兴安落叶
松 H狭叶杜香 H中位泥炭藓沼泽林%
$B研究方法
采用静态暗箱 H气相色谱法!野外原位同步测
定 J 种典型针叶沼泽林"兴安落叶松 H油桦 H修氏
苔草沼泽林&兴安落叶松 H油桦 H笃斯越橘 H藓类
沼泽林和兴安落叶松 H狭叶杜香 H中位泥炭藓沼泽
林$土壤 (d$!(6! 和 +$d的排放通量% 每个针叶
沼泽林类型设置 J 个随机重复取样点!总计设置 C
个取样暗箱% 采样箱由不锈钢制成!体积 G% R>]
G% R>]G% R>% 为了保证采集气体的效果!把暗箱
埋入由不锈钢制成的凹槽中!采集气体的时候往凹
槽里灌水!防止气体外漏% 整个生长季底座放在试
验地不动以保证对底座内部植被和土壤的干扰最
小% 箱内顶部安有直径 &% R>的小风扇!取样时风
扇保持转动避免箱内出现气体浓度差!风扇用 &$/
蓄电池供电% 箱顶部中心开有直径 & R>的小孔!用
橡胶塞塞紧!取样时用注射器通过橡胶塞取气体%
箱侧面开 $ 个小孔!用于温度计探头和风扇电线通
过!分别用橡胶塞和硅胶密封% 观测时间为 $%%# 年
" 月 ! 日到 $%%# 年 &% 月 $G 日"整个生长季节$!观
测频次为每月上&中&下旬各观测 & 次!共计观测 &G
次# 具体取样时间为 C’ %%-&$’ %%!并在扣箱后的
%!&%!$% 和 J% >9A 各取样 & 次# 采集器材为 "% >.
医用一次性注射器!抽取气体的容积为 "% >.!样品
用注射器取出后转移进 G%% >.气体采集袋内!为防
止转移过程中漏气!注射器和针头间连有三通阀%
样品在采样袋内保存!带回试验室在 & 周内用
6^ GIC%))气相色谱仪离子火焰化检测器"Y)K$和电
子捕获检测器 "*(K$同步分析 (d$!(6! 和 +$d%
(d$ 和 (6! 用 Y)K检测!+$d用 *(K检测% 并计算
气体排放通量% 气体采集用 3["$! 数字温度计原
位人工同步测定气温和 %!G!&%!&G!$%!J% 和 !% R>
土深处土壤温度!同时挖测水井用卷尺人工记录观
测点水位的变化%
气体的通量表示单位时间单位面积观测箱内该
气体浓度的变化!一般正值表示气体从土壤排放到
大气!负值表示气体从大气流向土壤或土壤吸收消
耗大气中的该气体%
*FT-
T$
+T
R%
+N
N%
+
0%
0
+?
式中’ *为被测 J 种温室气体通量">O+>H$ = H& $#
T-kT$为采样时气体浓度随时间变化的直线斜率"-
为 $时刻箱内被测气体的体积混合比浓度!$是时
间$# T为被测气体的摩尔质量# N为采样点的大
气压# R%!N% 和 0% 分别为标准状态下的气体摩尔体
积&标准大气压和绝对温度# ?为采样箱的高度
"R>$%
用 [9R70@0S:0S9REEZRE1$%%J 和 ’?@@&!2% 统计
分析软件包对数据进行分析处理%
JB结果与分析
JDCE土壤 ,MF%,7I 和 =FM排放通量季节变化
规律
由图 & 得到!小兴安岭沿水分环境梯度依次分
布的兴安落叶松 H油桦 H修氏苔草沼泽林&兴安落
叶松 H油桦 H笃斯越橘 H藓类沼泽林和兴安落叶
松 H狭叶杜香 H中位泥炭藓沼泽林土壤 (d$ 排放
通量季节变化规律基本一致!且排放通量相近% J
种沼泽林生长季节土壤 (d$ 排放通量依次为
&&C2$G ‘& JG%2%$!&#%2J# ‘& $$$2CG和 &$"2&& ‘
& %I%2G% >O+>H$= H&! 平 均 值 依 次 为 "&&2JC!
G&!2IG 和 !IG2CG >O+>H$= H&!呈现出沿水位逐渐升
C
林 业 科 学 !" 卷B
高而递减的空间变化趋势"前者较后 $ 者高 &G2&_
和 $%2G_$!但 J 者 (d$ 平均排放通量未达显著差
异水平 "N\%2&"$$% 在春季 "" 月上旬至 # 月上
旬$&夏季"# 月中旬至 C 月中旬$&秋季"C 月下旬至
&% 月下旬$ J 者土壤 (d$ 平均排放通量依次为’
!!$2!I!II%2&! 和 J%C2C# >O+>H$ = H&# JCG2%&!
#!$2$" 和 $J"2#J >O+>H$ = H&# J&$2I$!#$C2$J 和
$JJ2JJ >O+>H$= H&% 均呈现出夏季最高"较春季和
秋季高 I#2C_ ‘&JJ2&_和 &IJ2C_ ‘$&J2"_!且 J
者 排 放 峰 值 & JG%2%$! & $$$2CG 和 & %I%2G%
>O+>H$= H&均出现在 I 月中旬&春季相对较高"较秋
季高 J!2&_ ‘""2C_$&秋季最低的季节变化规律
性% 由此可见!小兴安岭 J 种典型落叶松沼泽林在
生长季节土壤 (d$ 排放通量均呈现出夏季 e春
季 e秋季的季节变化规律性!且其季节变异性明显
强于其空间或类型之间的变异性% 可能主要由温度
的季节变化所致!春季气温逐渐升高!植被处于复苏
阶段!植物根系呼吸及微生物分解活动逐渐增强#
夏季气温普遍较高!植被生长旺盛!植物根系呼吸及
微生物活动强烈# 秋季随着气温的逐渐降低!植被
生长衰退!植物根系呼吸及土壤微生物活性逐
渐减弱% BB
图 &B土壤 (d$ 排放通量季节变化
Y9O5&B’ED@0AD18D79D:90A 0S@091(d$ E>9@@90A@
由图 $ 得到!J 种沼泽林土壤 (6! 排放通量均
呈现出排放与吸收交替发生的季节变化规律性!且
排放强度相近"N\%2$#!$% 在生长季节!J 种沼泽
林土 壤 (6! 排 放 通 量 依 次 为 H%2&J ‘%2%I!
H%5&# ‘%2$" 和 H%2&G ‘%2J% >O+>H$ = H&!平均值
依次为 H%2%J$! H%2%JJ 和 %2%%G >O+>H$= H&!均呈
现出 (6! 吸收与排放交替发生的变化趋势!但前 $
者总体上以吸收 (6! 为主且吸收强度比较接近"变
化幅度仅为 J2&_$!后者以排放 (6! 为主且排放强
度相对较低"其平均值仅相当于前 $ 者的 &G2$_ ‘
&G2"_$% 同时!J 者在春&夏&秋季的 (6! 平均通量
分别 为’ %2%$G! H%2%IJ 和 %2%%% >O+>H$= H&#
%2%#I >O+>H$= H&! H%2%JJ 和 H%2&$$ >O+>H$ = H&#
%2%$J!%2%$" 和 H%2%G >O+>H$ = H&% 依次呈现出以
下季节变化规律’ 春季排放&夏季吸收&秋季零排
放# 春季排放&夏秋季吸收# 春夏季排放&秋季吸
收% 由此可见!小兴安岭 J 种落叶松沼泽林生长季
节 (6! 排放的季节变化规律性及其源k汇关系均存
在着明显的差异性% 分析其原因!可能主要是由于
J 者所处的生境不同!兴安落叶松 H狭叶杜香 H中
位泥炭藓沼泽林所处地势低&积水量大&积水周期
长!能够满足 (6! 产生菌所需要的厌氧条件!导致
其总体上排放 (6!!而其他 $ 种沼泽林所处地势相
对较高&积水量小&积水周期短!不利于 (6! 产生菌
活动!导致其总体上吸收 (6!# 此外!由于林区春季
土壤解冻迟缓!土壤冻层的存在有利于积水环境的
形成!结果导致落叶松沼泽林在春季以排放 (6! 为
主!而在夏季或秋季因土壤冻层消失!水位相对较
低!多以吸收 (6! 为主%
图 $B土壤 (6! 排放通量季节变化
Y9O5$B’ED@0AD18D79D:90A 0S@091(6! E>9@@90A@
由图 J 得到!J 种沼泽林土壤 +$d排放通量的
季节变化规律不同!且排放强度存在显著差异性
"N\%2%%$$%J 种沼泽林生长季节土壤 +$d排放通
量依次为 %2%% ‘%2%C!%2%% ‘%2%$ 和 %2%% ‘%2%I
>O+>H$= H&!平均值依次为 %2%J&!%2%%G 和 %2%&%
>O+>H$= H&!兴安落叶松 H油桦 H修氏苔草沼泽林
最高"为后 $ 者的 "2$ 和 J2& 倍$!兴安落叶松 H狭
叶杜香 H中位泥炭藓沼泽林居中"为落叶松藓类沼
泽林的 $2% 倍$!兴安落叶松 H油桦 H笃斯越橘 H
藓类沼泽林最低!且 J 者生长季 +$d排放通量存在
着显著差异性"N\%2%%$$% 同时!兴安落叶松 H油
桦 H修氏苔草沼泽林土壤 +$d排放在整个生长季
%&
B第 # 期 牟长城等’ 小兴安岭落叶松沼泽林土壤 (d$ !+$d和 (6! 的排放规律
节均有排放!其春&夏&秋季的平均排放通量依次为
%2%$J!%2%!C 和 %2%&% >O+>H$ = H&!呈现夏季"较春
季和秋季高 &&J2%_和 JC%2%_!且在 # 月中旬和 I
月中旬出现 $ 个排放峰值 $ e春季 "较秋季高
&J%2%_$ e秋季的季节变化规律性# 兴安落叶松 H
油桦 H笃斯越橘 H藓类沼泽林土壤 +$d排放主要
集中在春夏季!其春&夏&秋季的平均排放通量依次
为 %2%%I!%2%%# 和 %2%%% >O+>H$ = H&!春季"较夏季
高 &!2J_$ e夏季 e秋季 "零排放$# 而兴安落叶
松 H狭叶杜香 H中位泥炭藓沼泽林土壤 +$d排放
呈现间歇性排放"仅在 " 月上旬&I 月中下旬和 &%
月上旬排放 +$d$!其春&夏&秋季的平均排放通量
依次为 %2%&J!%2%%J 和 %2%$% >O+>H$ = H&!呈现出
秋季"较春季和夏季高 GJ2C_和 G""2#_$ e春季
"较夏季高 JJJ2J_$ e夏季的季节变化规律性% 由
此可见! 小兴安岭 J 种典型落叶松沼泽林土壤均为
图 JB土壤 +$d排放通量季节变化
Y9O5JB’ED@0AD18D79D:90A 0S@091+$dE>9@@90A@
+$d的排放源!但 J 者在 +$d的排放强度及季节变
化规律方面却存在着较大的差异性%
JDFE土壤 ,MF%,7I 和 =FM排放通量与环境因子
相关分析
由表 & 得到!兴安落叶松 H油桦 H修氏苔草沼
泽林和兴安落叶松 H油桦 H笃斯越橘 H藓类沼泽林
土壤 (d$ 排放通量与 G!&%!&G!$%!J% R>土深处土
壤温度存在极显著的正相关 "%2#$$ a,$ a%2C!C!
Na%2%&$!兴安落叶松 H狭叶杜香 H中位泥炭藓沼
泽林土壤 (d$ 排放通量与 &G!$% 和 J% R>土深处土
壤温度存在极显著的正相关 "%2#%I a,$ a%2CIJ!
Na%2%&$# 但 J 种落叶松沼泽林中只有兴安落叶
松 H油桦 H笃斯越橘 H藓类沼泽林的土壤 (d$ 排
放通量与水位存在显著相关性!其他 $ 种类型没有
达到显著相关的水平% 因此!表层土壤温度是影响
小兴安岭落叶松沼泽林土壤 (d$ 排放的主要因素%
分析其原因!主要是由于落叶松沼泽林群落建群种
落叶松为浅根系!其根系主要分布在土壤表层"% ‘
J% R>$!群落中灌木和草本植物根系也集中在此
层!此外也是微生物分解凋落物的主要土层!但因湿
地积水或湿度大引起土壤温度相对较低"生长季节
G!&%!&G!$%!J% 和 !% R>土深处土壤平均温度依次
为 "2G ‘C2#!!2I ‘#2%!J2G ‘G2&!$2# ‘!2&!%2I ‘
$2% 和 %2$ ‘&2% n$!往往成为植物根系呼吸及微
生物分解的限制因子!因此相对较高的土壤温度势
必有利于土壤呼吸%
表 CE落叶松沼泽林生长季温室气体排放通量与影响因素的相关分析!
:$?GCEP’-$"%41/5%*?’"<’’12#’’154./’2$/’/’0%//%41/$1(&$@"4#/%1"5#’’&4#’/"’(/<$0*/
影响因素
YDR:07
兴安落叶松H油桦H
修氏苔草沼泽
E/+%I7.’;%"%Q5’$&;/ (=/;%)(;%/Q3/+’I
#-1.%>$%@FD>?
兴安落叶松H油桦H笃斯越橘H
藓类沼泽
E/+%I7.’;%"%Q5’$/;/ (=/;%)(;%/Q
R/--%"%&.&;%7%"(#&.Q>0@@@FD>?
兴安落叶松H狭叶杜香H
中位泥炭藓沼泽
E/+%I7.’;%"%QE’>&.@/;&#$+’8D75
/"6&#$&.Q9@1/7"&.$./7’;/"%-&.@FD>?
(6! (d$ +$d (6! (d$ +$d (6! (d$ +$d
G R>深地温
’091:E>?E7D:47ED:G R>
H%2!I% %2II!!! %2#J#!! %2$"I %2###!! %2!J! %2%$G %2JCJ H%2JJG
&% R>深地温
’091:E>?E7D:47ED:&% R>
H%2G&J %2C!C!! %2#!I!! %2&I! %2II#!! %2J## %2&"! %2!%C H%2J&#
&G R>深地温
’091:E>?E7D:47ED:&G R> H%2G!!
! %2II&!! %2""C!! %2&&& %2C$C!! %2$&% %2$"& %2#%I!! H%2JCI
$% R>深地温
’091:E>?E7D:47ED:$% R> H%2GG%
! %2IG!!! %2"&!! %2%G# %2CJJ!! %2&#! %2G&G! %2ICJ!! H%2JJ!
J% R>深地温
’091:E>?E7D:47ED:J% R>
H%2JIC %2#$$!! %2!G& H%2&G! %2#CI!! H%2%"G %2GIC! %2#!%!! H%2&G#
!% R>深地温
’091:E>?E7D:47ED:!% R>
H%2&G& %2J#G %2&!I H%2&!& %2!$G H%2!%$ %2"!#!! %2!I$ H%2$!$
水位 cD:E7:DU1E H%2JI" %2J%" %2JJ& %2JG% %2G$I! %2!J! H%2%!$ %2&C! %2%&%
气温 -97:E>?E7D:47E %2JJ! H%2$&% H%2%!% H%2!II H%2&$J H%2!#" %2#!!!! %2J#$ %2J"G
BB" !!’Na%2%&#! ’Na%2%G%
&&
林 业 科 学 !" 卷B
BB由表 & 得到!兴安落叶松 H油桦 H修氏苔草沼
泽林土壤 (6! 通量与 &G 和 $% R>土深处土壤温度
存在显著相关性 " H%2GG% a,$ a H%2G!!!Na
%2%G$!与水位无显著相关性!但排放 (6! 观测日的
平均水位相对较高" H$#2G R>$!吸收 (6! 观测日
的平均水位相对较低 " HJ"2C R>$!而 $ 者 G ‘
!% R>土深处土壤温度均较低且差别不大 "%2G ‘
J2C 和 &2$ ‘C2% n$!因此!水位应是其土壤排放或
吸收 (6! 的决定性因子% 兴安落叶松 H狭叶杜
香 H中位泥炭藓沼泽林土壤 (6! 通量与 $% 和
J% R>土深处土壤温度呈显著正相关"%2G&G a,$ a
%2GIC!Na%2%G$!与 !% R>土深处土壤温度&水位
均呈现极显著正相关 ",$ \%2"!#!Na%2%&# ,$ %2#!!!Na%2%& $% 进一步对比分析 (6! 排放与
(6! 吸收观测日的水位与土温得到!(6! 排放与
(6! 吸收的平均水位存在较大的差异 " H$%2G 和
HJC2J R>$!而 $ 者 G ‘!% R>土深处土壤温度均较
低且相近"%2$ ‘"2G 和 %2& ‘"2J n$!因此!水位是
决定其 (6! 排放或吸收的主要因子!而土壤温度主
要影响其通量大小% 兴安落叶松 H油桦 H笃斯越橘
H藓类沼泽林土壤 (6! 通量与土壤温度和水位均
未达显著相关水平!但其生长季节平均水位相对较
低" HJ"2! R>$!土壤以吸收 (6! 为主!这也说明了
低水位导致了其土壤吸收 (6!% 因此!水位是影响
小兴安岭落叶松沼泽林土壤 (6! 源k汇转化的主要
因素!相对较高的水位导致其土壤排放 (6!!相对较
低的水位导致其土壤吸收 (6!% 其主要原因是相对
较高的水位能够使绝大部分土壤形成厌氧条件!有
利于 (6! 产生菌的活动!导致土壤排放 (6!!而相
对较低的水位能够使绝大部分土壤形成有氧条件!
有利于 (6! 氧化菌的活动!导致土壤吸收 (6!% 而
土壤温度主要影响其通量的大小%
由表 & 得到!兴安落叶松 H油桦 H修氏苔草沼
泽林土壤 +$d排放通量与 G!&% 和 &G R>土深处土
壤温度存在极显著正相关"%2""C a,$ a%2#!I!Na
%2%&$!与 $% R>土深处土壤温度存在显著正相关
",$ \%2"&!!Na%2%G$!而与水位无显著相关!但其
生长季水位分布在 H&"2J ‘HJ2$ R>!平均水位为
HJJ2& R>!水位相对较低% 因此!环境因子对其影
响机制应是在水位相对较低的条件下土壤 +$d排
放才与上层土壤温度呈显著正相关% 其他 $ 种沼泽
林和兴安落叶松 H狭叶杜香 H中位泥炭藓沼泽林土
壤 +$d排放通量与土壤温度和水位均未达到显著
相关水平!但兴安落叶松 H油桦 H笃斯越橘 H藓类
沼泽林在夏季水位相对较低 "平均水位为 H!%2I
R>$!土壤温度较高"G ‘J% R>土壤温度为 &&2$ ‘
&!2! n!平均温度 &J2$ n$时排放 +$d!而在秋季
水位略高于夏季 "平均水位为 HJ&2% R>$!但土壤
温度远低于夏季 " G ‘J% R>土壤温度 H&2$ ‘
G2G n!平均温度 &2I n!较夏季低 &&2! n$时却未
发生 +$d的排放# 兴安落叶松 H狭叶杜香 H中位泥
炭藓沼泽林的土壤 +$d排放通量与土壤温度和水
位的关系与前者相似% 因此!相对较低的水位与相
对较高的表层土壤温度有利于小兴安岭落叶松沼泽
林土壤 +$d排放% 其原因可能是由于相对较低的
水位"平均水位 HJJ2& ‘H!%2I R>$同时有利于硝
化与反硝化过程!结果导致较多的中间产物 +$d生
成"刘景双等!$%%J$!而相对较高的土壤温度则能
够削弱森林湿地低温对硝化与反硝化细菌活性的
限制%
JDJE生长季土壤 ,MF%,7I 和 =FM排放量
根据生长季观测的落叶松沼泽林 J 种温室气体
排放通量数据!通过分时段计算可以得到各落叶松
沼泽林生长季节温室气体的排放总量!进而探讨其
土壤温室气体的源汇作用%
兴安落叶松 H油桦 H修氏苔草沼泽林土壤 (d$
排放量呈现出夏季 ""#2$_$ e春季 "&C2J_$ e秋
季"&J2G_$的分布格局!且在整个生长季土壤 (d$
排放量为 $$2%&% :+ =>H$!表现为 (d$ 的排放源#
兴安落叶松 H油桦 H笃斯越橘 H藓类沼泽林土壤
(d$ 排 放 量 呈 现 出 夏 季 " "#2J_$ e 春 季
"$%2G_$ e秋季"&$2$_$的分布格局!且在整个生
长季 (d$ 排放量为 &I2GJG :+ =>
H$!也是 (d$ 的排
放源# 兴安落叶松 H狭叶杜香 H中位泥炭藓沼泽林
土壤 (d$ 排放量呈现出夏季 " #%2%_$ e春季
"$_$ e秋季"&$2I_$的分布格局!且在整个生
长季土壤 (d$ 排放量为 !C! :+=>
H$!同样为 (d$
的排放源% 由此可见!J 种沼泽林土壤在生长季节
均为 (d$ 的排放源!且均呈现出夏季 e春季 e秋季
的类似的季节分布格局!但兴安落叶松 H油桦 H修
氏苔草沼泽林最高"较后 $ 者高 &I2I_和 $G2I_$!
兴安落叶松 H油桦 H笃斯越橘 H藓类沼泽林居中
"较后者高 "2%_$!兴安落叶松 H狭叶杜香 H中位
泥炭藓沼泽林最低%
兴安落叶松 H油桦 H修氏苔草沼泽林土壤 (6!
排放量呈现出春季弱排放 "仅占夏季吸收量的
$_$&夏季强吸收&秋季零排放的分布格局!且
在整个生长季其土壤净吸收 (6!&2&G$ WO+=>
H$!表
现出 (6! 的吸收汇# 兴安落叶松 H油桦 H笃斯越
橘 H藓类沼泽林土壤 (6! 排放量呈现出春季弱排
$&
B第 # 期 牟长城等’ 小兴安岭落叶松沼泽林土壤 (d$ !+$d和 (6! 的排放规律
放"仅占夏秋季吸收量的 JI2J_$&夏季弱吸收"仅
占夏秋季吸收量的 !%2#_$&秋季强吸收"占夏秋季
吸收量的 GC2J_$的分布格局!且在整个生长季其
土壤净吸收 (6!&2$%% WO+=>
H$!表现出 (6! 的吸收
汇# 兴安落叶松 H狭叶杜香 H中位泥炭藓沼泽林土
壤 (6! 排放量呈现出春季弱排放"仅占夏季排放量
的 G%2%_$&夏季强排放&秋季强吸收的分布格局!
且在整个生长季其土壤净排放 (6!%2&"I WO+=>
H$!
表现出 (6! 的排放源% 因此!小兴安岭 J 种落叶松
沼泽林在生长季节 (6! 源k汇功能有所不同!兴安
落叶松 H油桦 H修氏苔草沼泽林和兴安落叶松 H油
桦 H笃斯越橘 H藓类沼泽林为 (6! 的吸收汇!而兴
安落叶松 H狭叶杜香 H中位泥炭藓沼泽林则为 (6!
的排放源%
兴安落叶松 H油桦 H修氏苔草沼泽林土壤 +$d
排放量呈现出夏季"I%2C_$ e春季 "&%2"_$ e秋
季"I2G_$的分布格局!且在整个生长季土壤 +$d
排放量为 &2&$I WO+=>H$!为 +$d的排放源# 兴安
落叶松 H油桦 H笃斯越橘 H藓类沼泽林土壤 +$d
排放量呈现出夏季"#G2%_$ e春季 "$G2%_$ e秋
季"%2%_$的分布格局!且在整个生长季土壤 +$d
排放量为 %2&C$ WO+=>H$!也为 +$d的排放源# 兴
安落叶松 H狭叶杜香 H中位泥炭藓沼泽林土壤 +$d
排放量呈现出秋季"GJ2!_$ e春季 "JJ2J_$ e夏
季"&J2J_$的分布格局!且在整个生长季土壤 +$d
排放量为 %2J"% WO+=>H$!同样是 +$d的排放源%
因此!小兴安岭 J 种落叶松沼泽林土壤在生长季节
均为 +$d的排放源!但兴安落叶松 H油桦 H修氏苔
草沼泽林为 +$d的强排放源 "较后 $ 者提高了
!I#2G_和 $&J2J_$!另外 $ 种沼泽林则为 +$d的
弱排放源%
依据 (6! 和 +$d温室效应贡献率!可得到 J 种
沼泽林生长季节土壤温室气体排放总量及其组成结
构% J 者生长季节土壤 (d$ 排放量依次为 $$2%&%!
&I2GJG 和 !C! :+=>H$ DH&# +$d排放量依次为
&2&$I!%2&C$ 和 %2J"% WO+=>H$ DH&!按其温室效应
是 (d$ 的 $%" 倍计算 " )^((!$%%# $相当于排放了
$J$2!!JC2" 和 #!2$ WO+=>H$ DH&的 (d$# 前 $ 者土
壤净吸收 (6! &2&G$ 和 &2$%% WO+=>
H$ DH&!后者土
壤净排放 (6! %2&"I WO+=>
H$ DH&!按其温室效应是
(d$ 的 $& 倍计算" )^((!$%%#$相当于吸收或排放
了 $!2$!$G2$ 和 J2G WO+=>H$ DH&的 (d$# 故 J 者生
长季节土壤温室气体排放总量依次相当于 $$2$&I!
&I2G!C 和 G#$ :+=>H$ DH&的 (d$!兴安落叶松 H
油桦 H修氏苔草沼泽林最高"较后 $ 者高 &C2I_ ‘
$"2!_$!兴安落叶松 H油桦 H笃斯越橘 H藓类沼
泽林居中"较后者提高 G2"_$!兴安落叶松 H狭叶
杜香 H中位泥炭藓沼泽林最低% 此外!J 者生长季
节土壤排放的温室气体均以 (d$ 排放占绝对优势
地位"CC2%"_ ‘CC2C$_$!而 +$d和 (6! 排放却占
绝对 次 要 地 位 " %2$&_ ‘&2%!_ 和 %2%$_ ‘
%2&J_$% 因此!小兴安岭落叶松沼泽林生长季土
壤温室气体主要来源于 (d$ 的排放%
!B结论与讨论
小兴安岭 J 种沼泽林的土壤在生长季节均为
(d$ 的 排 放 源! 其 排 放 量 分 布 在 G ‘$$2%
:+=>H$ DH&!这与我国三江平原永久水淹的苔草沼
泽和季节性水淹的小叶章"U’8’&I%/ /"7&#$%)(;%/$草
甸"&C2# ‘$G2# :+=>H$ DH& $ " ’0AO’$/;5!$%%J $相
近# 高于北美温带草丛泥炭湿地和冲积平原湿地
"!2# ‘&J2$ :+=>H$ DH& $ "j0E=>! $%%J# c9RW1DAT
’$/;5!$%%&$$#$2$_ ‘J"I2J_和 J$2G_ ‘""2#_#
高于 欧 洲 高 纬 度 北 方 泥 炭 地 " J2! ‘ &&2C
:+=>H$ DH& $ "-1> ’$/;5! &CCC# cDTT9AO:0A ’$/;5!
$%%%# 6E9WW9AEA ’$/;5!$%%! $ !&!2G_ ‘G!#2!_和
!#2%_ ‘IG2%_% 因此!小兴安岭 J 种落叶松沼泽
林土壤应属于 (d$ 强排放源!这可能与地处温带&
水热条件优越&生长期较长&物质生产与分解相对强
烈有关% 此外!这 J 种落叶松沼泽林在生长季节土
壤 (d$ 排放均呈现出春秋季低而夏季高的季节变
化规律性!且主要受 % ‘J% R>土层土壤温度控制!
这与现有研究结论" ’0AO’$/;5!$%%J# .DS1E47’$/;5!
$%%G$基本一致% 小兴安岭兴安落叶松 H油桦 H修
氏苔草沼泽林和兴安落叶松 H油桦 H笃斯越橘 H藓
类沼泽林生长季节为 (6! 的吸收汇 " H&2&G$ ‘
&2$%% WO+=>H$ DH& $!兴安落叶松 H狭叶杜香 H中
位泥 炭 藓 沼 泽 林 为 (6! 的 排 放 源 " %2&"I
WO+=>H$ DH& $% 前 $ 者的年通量仅为北方泥炭地
(6! 通 量 " H&%2GI ‘$ IIJ2% WO+=>
H$ DH& $
"64:4AEA ’$/;5!$%%J$最大吸收值的 &k&% 左右!应
属于 (6! 的弱吸收汇!后者的年通量不足北方天然
泥炭地 (6! 最大排放量的 &k&% %%%!仅为三江平原
苔草沼泽湿地 (6! 排放量 "!"%2I WO+=>
H$ DH& $
"’0AO’$/;5!$%%J$的 !k&% %%%!故应属于 (6! 的弱
排放源% 此外!小兴安岭 J 种落叶松沼泽林在生长
季均呈现出 (6! 排放与吸收交替发生的现象!且排
放主要集中在春季或春夏季!而吸收多发生在夏秋
季或秋季!这与三江平原苔草沼泽在整个生长季均
J&
林 业 科 学 !" 卷B
排放 (6!!且主要集中在夏秋季存在着明显的不同
"’0AO’$/;5!$%%J$% 其原因可能主要是由于林区春
季解冻过程迟缓!水位相对较高!有利于满足 (6!
产生菌所需厌氧环境!而夏秋季水位相对较低!则不
利于 (6! 产生菌的活动%
J 种沼泽 林生长季节均为 +$d的排放 源
"%2&C$ ‘&2&$I WO+=>H$ DH& 或 %2&$$ ‘%2#&#
WO++=>H$ DH&$%其年通量仅相当于利用培养试验
方法测定的森林湿地 +$d的排放量 " !2C ‘"I
WO++=>H$ DH&$ "6DA@0A ’$/;5! &CC!# .0F7EARE’$
/;5!&CCG# N70S>DA ’$/;5!&CC#$的 $2G_ ‘&!2"_和
%2$_ ‘&2&_! 仅相当于草 丛湿地 " $$% ‘#JG
WO++=>H$ DH& $ " ’:E?DAD4@WD@ ’$ /;5! &CC"#
KD89T@@0A ’$/;5!&CC#$的 %2%"_ ‘%2J_和 %2%$_ ‘
%2&_% 因此!小兴安岭 J 种落叶松沼泽林应属于
+$d的弱排放源% 其原因可能主要由于落叶松沼泽
林生长季水位多低于地表 J% R>!土壤以硝化过程
为主"6ES:9AO’$/;5!$%%!$!导致 +$d排放相对较少%
小兴安岭 J 种落叶松沼泽林生长季节土壤温室
气体排放总量"相当于 G"G ‘$$2$&I :+=>H$ DH&
的 (d$$以兴安落叶松 H油桦 H修氏苔草沼泽林最
高"较后 $ 者提高 &C2I_ ‘$"2!_$!兴安落叶松 H
油桦 H笃斯越橘 H藓类沼泽林居中 "较后者提高
G2"_$!兴安落叶松 H狭叶杜香 H中位泥炭藓沼泽
林最低% 且 J 者土壤排放的温室气体均以 (d$ 排
放占绝对优势地位"CC2%"_ ‘CC2C$_$!而 +$d和
(6! 排 放 仅 占 次 要 地 位 " %2$&_ ‘&2%!_ 和
%2%$_ ‘%2&J_$%因此!小兴安岭落叶松沼泽林在
生长季节土壤温室气体的排放主要来源于 (d$ 的
排放!而不是通常认为的 (6! 排放% 故有必要进一
步深入开展其碳循环方面的研究%
参 考 文 献
黄国宏! 李玉祥! 陈冠雄! 等5$%%&2环境因素对芦苇湿地(6! 排放
的影响5环境科学! $$"&$ ’ & HG5
郝庆菊! 王跃思! 宋长春! 等5$%%!2三江平原农田生态系统(d$ 收
支研究5农业环境科学学报! $J"G$ ’ I!" HIG&5
郎惠卿5&CCC2中国湿地植被5北京’ 科学出版社! JG H#!5
李国琛5$%%G2全球气候变暖成因分析5自 然 灾 害 学 报! &!
"G$ ’ JI H!$5
刘景双! 王金达! 李仲根! 等5$%%J2三江平原沼泽湿地 +$d浓度
与排放特征初步研究5环境科学! $!"&$ ’ JJ HJC5
刘兴土! 吕宪国! 赵魁义5$%%#2湿地资源及其保育kk李文华5东北
地区有关水土资源配制&生态与环境保护和可持续发展的若干
战略问题研究 H林业卷’ 东北地区森林与湿地保育及林业发展
战略研究5北京’ 科学出版社! !%C H!!C5
王德宣! 丁维新! 王毅勇5$%%J2若尔盖高原与三江平原沼泽湿地
(6! 排放差异的主要环境影响因素5湿地科学! &"&$ ’ "J H"#5
王德宣! 吕宪国! 丁维新!等5$%%$2若尔盖高原沼泽湿地 (6! 排放
研究5地球科学进展! &#""$ ’ I## HII%5
王毅勇! 赵志春! 宋长春5$%%G2三江平原沼泽湿地 (6! 排放及贴
地层 浓 度 分 布 特 征5云 南 大 学 学 报’ 自 然 科 学 版! $#
"G-$ ’ $JC H$!!5
肖冬梅! 王B淼! 姬兰柱! 等5$%%!2长白山阔叶红松林土壤氧化亚
氮和甲烷的通量研究5应用生态学报! &G"&%$ ’ &IGG H&IGC2
杨继松! 刘景双!王金达! 等5$%%"2三江平原生长季沼泽湿地(6! &
+$d排放及其影响因素5植物生态学报! J%"J$ ’ !J$ H!!%5
杨继松! 于君宝! 刘景双! 等5$%%!2三江平原湿地岛状林 (6! 和
+$d排放通量的特征5生态环境! &J"!$ ’ !#" H!#C5
叶B勇! 卢昌义! 林B鹏5$%%%2海南岛和厦门红树林湿地 (6! 排
放的时空变化5大气科学! !"J$ ’ &G$ H&G"5
张法伟! 刘安花! 李英年! 等5$%%I2青藏高原高寒湿地生态系统
(d$ 通量5生态学报! $I"$$ ’ !GJ H!"$5
-1>3! ’R=41>DA .! cD1TEA 3!’$/;A&CCC2(D7U0A UD1DARE0SDU07ED1
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N70S>DA ^[! 6DA@0A N5&CC#2cE:1DAT TEA9:79S9RD:90A’ 9AS14EARE0S
@9:Eh4D19:PDAT 7E1D:90A@=9?@F9:= FE:1DAT TE19AED:90A ?70:0R01@5’091
’R9EARE’0R9E:P0S->E79RD! "&’ J$J HJ$C5
6DA@0A N(! N70S>DA ^[! N01T -35&CC!2KEA9:79S9RD:90A 9A 79?D79DA
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*A8970A f4D1! $J’ C&# HC$$5
6ES:9AO[! (1E>EA:3(! K0F79RW K! ’$/;A$%%!2cD:E7:DU1EE1E8D:90A
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!责任编辑B于静娴"
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