神农架大九湖亚高山典型泥炭湿地土壤养分特征分析

基于湖北省神农架国家公园大九湖亚高山典型泥炭湿地土壤总有机碳、总氮、总磷、铵态氮、有效磷、速效钾养分含量进行时间(春、夏、秋、冬)和空间(表层15 cm、中层30 cm、底层45 cm)特征分析。结果表明:(1)该区域土壤各样分以及pH、Eh、容重均满足正态分布,其中有效磷、速效钾为中强变异性,均值为31.33,71.2 mg/kg,总有机碳、总磷、铵态氮、pH、Eh、容重为中弱变异性,均值为419.2,1.56 g/kg和67.57 mg/kg,5.33,104.4,0.155 g/kg,总氮为弱变异性,均值为20.13 g/kg。(2)土壤总有机碳在季节以及深度变化上均不存在显著差异,总氮与总磷在首层与其余2层存在显著差异,在季节上总氮在首层存在季节差异,总磷在首、中层存在显著差异,土壤养分仅速效钾与首层和其余2层存在显著差异。(3)土壤有机碳、总磷、铵态氮与总氮、速效钾、总磷与铵态氮呈显著正相关,总有机碳与土壤容重、有效磷与Eh,pH与Eh呈显著负相关。(4)研究区土壤总有机碳与总氮较高于我国其余泥炭湿地,随着纬度升高土壤有机碳含量呈现降低的趋势。

神农架大九湖泥炭湿地二氧化碳和甲烷排放化学计量比研究

湿地碳释放产物之间关系的研究对了解湿地生态系统碳固定和温室气体排放机理具有重要意义。运用涡度相关技术连续原位观测,对湖北省神农架林区大九湖亚高山泥炭湿地二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)的排放特征、CO2与CH4排放化学计量比(CO2∶CH4比值)的动态变化及其与环境因子的相关性进行了分析。结果表明:①大九湖泥炭湿地CH4和CO2通量均表现出较明显的月和季节变化规律,从CO2与CH4排放的相关性拟合结果来看,各季节CH4与CO2排放的月平均关系表现为线性拟合或一元二次拟合效果最佳,而其日平均关系则表现为一元二次拟合效果较好;②泥炭湿地CO2∶CH4比值从2017年3月到2018年1月呈"U"型曲线,1月达到最大值后下降,且全年CO2:CH4比值日平均与CO2呈极显著正相关关系;③除地面以下20cm处土壤含水量(SWC20)月平均外,CO2∶CH4日/月平均变化与环境因子均呈极显著相关关系,其中CO2∶CH4比值与环境温度、土壤温度呈极显著负相关关系,而CO2∶CH4比值与土壤含水量呈极显著正相关关系。

大九湖亚高山泥炭湿地潜热通量特征及其对环境因子的响应

潜热通量的时空变化规律是分析和探讨湿地生态系统能量交换的前提和基础。基于涡度相关技术对大九湖亚高山泥炭湿地潜热通量进行为期一年的连续观测,研究潜热通量在多个时间尺度下的变化规律,计算年间潜热通量总量,通过逐步回归分析初步建立逐步回归方程,并使用主成分分析方法把环境因子归类排序,更深刻地认识大九湖亚高山泥炭湿地生态系统的能量特征。结果表明:①2017年大九湖亚高山泥炭湿地潜热通量总量为836.54 kW/m^2,其中1月潜热通量总量最低,7月潜热通量总量最高;湿地夏季日均蒸发分数最大,为55%,冬季日均蒸发分数最小,为22%。②湿地春夏秋3季潜热通量日均变化整体呈单峰型变化,其变化模式与净辐射类似,且主要表现为正值,表明水汽由空气向湿地输送;湿地冬季潜热通量日均波动程度较小且负值较多,表明湿地冬季水热交换弱,水汽主要由湿地向空气输送,湿地白天的潜热通量变化与饱和水汽压差的变化更相似,具有不断波动的变化趋势。③湿地潜热通量与所选环境因子相关性的拟合效果较好:温度越高,湿地潜热通量对净辐射和饱和水汽压差的响应越强;温度越低,饱和水汽压差的波动越大,与湿地潜热通量的相关性越差。该研究结果可为亚高山类湿地的能量循环及水热交互研究提供基础依据。

神农架大九湖泥炭湿地非生长季CO_(2)通量特征

开展泥炭湿地非生长季CO_(2)通量研究,对了解泥炭湿地生态系统碳收支动态以及全球气候变化的响应模式具有重要意义。以神农架大九湖亚高山泥炭湿地为研究区,采用涡度相关法通过对研究区进行连续3年非生长季(2015年12月1日—2016年4月15日、2016年11月15日—2017年4月15日、2017年11月15日—2018年4月15日)CO_(2)通量监测,分析研究区泥炭湿地非生长季CO_(2)通量日、月变化特征及其影响因子。结果表明:(1)该泥炭湿地非生长季CO_(2)通量日变化规律均呈“U”型曲线,非生长季CO_(2)通量日变化范围分别为-0.724~4.301μmol/(m^(2)·s)(2016年)、-1.251~4.833μmol/(m^(2)·s)(2017年)、-0.980~4.982μmol/(m^(2)·s)(2018年);(2)2016—2018年研究区泥炭湿地非生长季CO_(2)通量月变化均表现为排放CO_(2),3年非生长季CO_(2)通量月累计释放量分别为28.26 g C/m^(2)、17.65 g C/m^(2)和50.73 g C/m^(2);(3)研究区泥炭湿地非生长季CO_(2)通量对降雨的响应仅在长期无降雨后,降雨量突增时CO_(2)通量释放量增加显著;(4)2016—2018年研究区泥炭湿地非生长季CO_(2)通量与10 cm层土壤温度呈极显著正相关关系,与10 cm层土壤含水率呈极显著负相关关系,与大气温度呈负相关关系,但相关性不显著。土壤温度是大九湖泥炭湿地非生长季CO_(2)通量的主要调控因子。

神农架大九湖亚高山泥炭湿地甲烷通量变化特征及其与产甲烷菌群落组成的关系

2018年12月~2019年11月,采用涡度相关法和高通量测序技术,以湖北省神农架大九湖亚高山泥炭湿地为研究对象,对甲烷(CH4)通量以及产甲烷菌群落组成进行相关研究。结果及分析表明:大九湖泥炭湿地研究期间表现为CH4的源,CH4总排放量为9333.26 mg·m^(-2),CH4日平均排放通量为18.50 nmol·m^(-2)·s^(-1),冬、春、夏、秋四季的CH4平均排放通量分别为6.46、4.62、36.81、25.92 nmol·m^(-2)·s^(-1),存在明显的季节变化;研究区产甲烷菌优势菌群为Methanoregula(66.73%)和Methanocella(21.99%);对样本中产甲烷菌的Shannon指数进行双因素方差分析发现,同一季节不同深度的样本中产甲烷菌多样性存在显著差异,随着深度的增加,产甲烷菌的多样性指数呈下降趋势;同一深度不同季节的样本中产甲烷菌多样性存在显著差异;夏季产甲烷菌群落组成与CH4排放通量为强正相关关系,春季产甲烷菌群落组成与CH4排放通量为强负相关关系,Methanothermus与CH4排放通量为显著正相关关系,Methanolinea与CH4排放通量为显著负相关关系。