大九湖泥炭地距今16000年以来Hg沉积记录及影响因子

神农架大九湖盆地距今16000年以来的泥炭沉积被用来分析Hg含量变化及其主要影响因子.基于剖面Ti、Al、Sc、Rb、Sr、Pb、Zn等元素含量和δ13C、腐殖化度等指标,主成分分析和逐步回归分析揭示泥炭剖面Hg含量变化主要受大气降尘、地表径流作用下的矿物质输入、大气降水、泥炭分解程度等因子影响.根据各因子影响Hg含量的强度随年代(深度)变化以及剖面Hg含量变化,距今16000年以来大九湖泥炭剖面的Hg记录可以分为6个阶段.在阶段Ⅰ(16.0~15.6cal kyr BP),Hg含量低值源于大气降尘减少和泥炭分解程度降低;第Ⅱ阶段(15.6~14.2cal kyr BP)大气降水增加以及陆地生物量增多、陆源有机物输入增多,导致Hg含量升高;阶段Ⅲ(14.2~11.3cal kyr BP)Younger Dryas时期(YD,12.3~11.3cal kyr BP),因大气降尘增多,泥炭分解程度增加,Hg含量较YD之前升高;第Ⅳ阶段(11.3~4.3cal kyr BP),各因子作用波动明显,Hg含量整体处于高值段;在第Ⅴ阶段(4.3~3.1cal kyr BP)气候转干,大气降尘也较低,Hg含量出现明显的降低.第Ⅵ阶段(3.1cal kyr BP以来)表现出大气降尘的逐渐增加和整体减少的矿物质输入,反映降水减少以及逐渐增强的人类活动影响,Hg含量则持续升高.

神农架大九湖泥炭地溶解有机碳季节性变化及其影响因素

亚热带泥炭地在水源涵养、碳储存和生物多样性等方面有着重要的保护价值。溶解有机碳(DOC)是泥炭地中容易受到外界扰动的一部分碳,在气候变化和人类活动的双重影响下,DOC可能通过降解或横向迁移从泥炭地中流失,潜在地威胁了泥炭地的碳储存功能。然而,目前对于亚热带泥炭地DOC如何响应季节性尺度的环境变化还缺乏深入的认识。以位于北亚热带的神农架大九湖泥炭地为研究对象,开展了季节尺度的泥炭孔隙水DOC浓度和紫外-可见吸收光谱特征以及环境参数的监测。结果显示,在大九湖泥炭地中,表层0~10 cm的泥炭孔隙水DOC浓度和光谱参数具有明显的季节差异性,DOC浓度和光谱参数还表现出明显的深度差异性。相关性分析显示,DOC浓度及紫外-可见吸收光谱参数直接受控于泥炭孔隙水的电导率和氨态氮浓度,可能还间接受到泥炭地水位和孔隙水硝态氮浓度等因素的影响。以上结果表明,在亚热带季风气候条件下,季节性水位波动引起的泥炭水化学参数和营养盐的变化,可能显著改变表层泥炭DOC动态,需要重视这种季节性波动对亚热带泥炭地碳储存能力以及生态功能的影响。

大九湖泥炭地现代植物不同组分的δ^18O及其古气候意义

最初学者利用泥炭植物同位素重建气候变化是参考树轮的研究方法，而树轮中不同组分的同位素对气候变化的响应不同。泥炭地植物不同组分的同位素对气候的响应是否也存在差异，需要进一步探讨和研究。此外，不同泥炭地植物δ18O的气候学解译存在一定的争议，这些解译的差异要求我们在利用泥炭δ18O重建古气候时需结合泥炭地现代过程的监测。文章以中国东部季风区的大九湖泥炭地为研究区域，测试研究区现代植被α纤维素与综纤维素的δ18O，对比两者的分布特征及其在时间序列上的相关性，进而探讨它们对气候因子的响应程度。结果表明：大九湖泥炭地植物δ18O分布较离散，平均值为25.09‰，α纤维素的δ18O比综纤维素δ18O偏正0.79‰～1.06‰，两种组分的δ18O在季节变化序列上没有明显的相关性。通过与区域气候因子的对比，我们发现温度是影响该地区植物δ18O变化的主要因素，而且植物α纤维素的δ18O比综纤维素的δ18O对温度响应更敏感，植物α纤维素更适用于作为研究古气候变化的载体，这一结果为中国东部季风内将泥炭地植物α纤维素的δ18O作为温度变化的代用指标提供了实验支持。

神农架大九湖泥炭地孔隙水溶解有机碳特征及其影响因素

溶解性有机碳(Dissolved Organic Carbon,DOC)是泥炭地碳循环的重要组成部分。以往的研究大多集中在北方泥炭地,而对亚热带季风区泥炭地DOC动力学的认识十分有限。利用紫外可见光光谱(UVVis)和三维荧光光谱结合平行因子分析法(EEM-PARAFAC)研究了神农架大九湖泥炭地孔隙水的DOC浓度与化学组成及其影响因素。EEM-PARAFAC的结果表明:大九湖泥炭地孔隙水DOC主要包含3种类腐殖质组分。紫外可见光和荧光指标表明,泥炭孔隙水DOC表观分子较小,而芳香度较高。深度剖面数据表明,泥炭孔隙水DOC浓度随深度降低,0~10 cm深度浓度最高为24. 16 mg/L,150~160 cm深度浓度最低为9. 72 mg/L,并且深层DOC以微生物代谢产生的新鲜有机物为主,具有较低的腐殖化度。此外,氧化还原电位(ORP)与DOC浓度及化学性质关系密切。以上结果表明,在亚热带泥炭地中,微生物来源或受微生物改造的有机物是泥炭孔隙水DOC的重要组成部分;垂向输送或选择性保存是影响该亚热带亚高山泥炭地DOC动力学的重要因素。

大九湖泥炭湿地生态系统碳水通量及水分利用效率研究

为研究大九湖泥炭湿地生态系统碳水通量及水分利用效率(WUE)的变化特征,于2015年12月至2017年11月采用涡度相关观测系统对大九湖泥炭湿地生态系统CO_2通量、H_2O通量和环境因子进行了监测。结果表明:①大九湖泥炭湿地生态系统各季节的CO_2通量和H_2O通量整体均呈现单峰型曲线,其中夏季碳水通量的变化幅度最大,冬季碳水通量的变化幅度最小;②大九湖泥炭湿地生态系统CO_2通量与H_2O通量在0.01的检验水平上显著相关,且两者的比值存在一定的函数关系,其中三次拟合效果最优,拟合优度R^2为0.38;③大九湖泥炭湿地生态系统WUE的变化范围为0.06～13.95g C/kg H_2O,其日均值为3.26g C/kg H_2O,各季节湿地生态系统WUE的变化幅度表现为夏季>冬天>秋季>春季;④大九湖泥炭湿地生态系统WUE与蒸散量(ET)的拟合关系中,夏季和冬季的拟合效果较好,随着ET的增加,湿地生态系统WUE不断减小;⑤大九湖泥炭湿地生态系统WUE与气温(T_a)的拟合关系中,夏季拟合效果较好,随着T_a的升高,湿地生态系统WUE不断减小;⑥大九湖泥炭湿地生态系统WUE与土壤温度(T_s)的拟合关系中,秋季拟合效果较好,随着T_s的升高,湿地生态系统WUE增加。该研究结果可为大九湖泥炭湿地生态系统变化趋势的预测及功能调控提供理论支持,也可为正确评价湿地生态系统碳水耦合、水分利用效率提供科学依据。

神农架大九湖泥炭湿地水汽通量特征及生态意义

采用涡度相关法对神农架大九湖泥炭湿地生态系统2015年8月至2016年7月的水汽通量进行观测,研究了大九湖湿地水汽通量的变化规律及其主要环境影响因子。结果表明:大九湖湿地水汽通量具有明显的日变化和季节变化,均呈单峰曲线,即在月尺度上,日变化范围为-0.63(5月份)~6.95(7月份)mmol/(s·m^2),白天变化幅度较大,夜间基本维持在0左右,在季节尺度上,夏季日变化最为明显,冬季最弱,生态系统整体表现为水汽源;大九湖湿地全年蒸散量(1 133.88mm)占降雨量(2 096.97mm)的54.07%,表明降雨量能满足目前生态系统的需求;大九湖湿地水汽通量主要受净辐射(Rn)和饱和水汽压差(VPD)的共同影响,即湿地春、夏、秋、冬四季水汽通量与Rn两者拟合的R^2值分别为0.682 3、0.753 4、0.638 4、0.284 7,均优于其他研究区域,可能与泥炭湿地常年积水以及亚高山地区辐射较强有关;大九湖湿地植物主要生长季内(6~9月份)水汽通量与VPD的相关性分析显示,在泥炭藓生长季初期和末期(6、7、9月份),其叶片易受到水分胁迫,水汽通量随VPD先增加后减小,而在泥炭藓生长季中期(8月份),其发育成熟,水汽通量随VPD的增加而增大,两者的拟合效果也达到最佳(R^2=0.408 4)。该研究结果可为该区域水热评估及气候预测提供基础数据。

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。