芦苇湿地的碳汇功能研究

湿地是地球上水陆交接、相互作用而形成的一种非常独特的生态系统,是目前已知陆地生态系统中仅次于森林的重要碳汇。

湿地包括多种类型,如园林湿地、沼泽湿地、滩涂湿地等,而芦苇湿地是其中重要的湿地类型,具有巨大的物质循环和能量流动等功能,对研究全球范围的碳循环与温室气体的内在联系具有重要意义。

1芦苇湿地与碳汇的关系
碳汇是自然界中碳寄存体吸收并储存CO 2的能力,即
从大气中清除CO 2的过程、活动或机制。

芦苇植物吸收的CO 2在光能作用下转变为糖、氧气和有机物,为生物界提供枝叶、茎根、种子,以及最基本的物质和能量来源。

这一转化
过程,就形成了固碳效果。

湿地是地球表层系统中的重要碳汇,对于吸收大气中的温室气体、减缓全球气候变暖有重要作用。

芦苇的光合作用过程使无机碳(从大气中的CO 2
)转变成为植物形式的有机碳。

在许多生态系统中,植物被降解,碳则以CO 2的形式回到大气中。

芦苇湿地含有大量未被分解的有机物质,因而发挥碳库的作用,而不是碳源的作用。

芦苇湿地生态系统所含的水分含量趋于饱和,因其具有厌氧性,使大量无机碳和有机碳在系统中得以积累[1]。

芦苇湿地中的植物残体分解释放CO 2的过程十分缓慢,微生物的整体活动相对较弱,因而使湿地土壤富含有机质,可储
存和固定碳源,简称碳汇。

芦苇湿地土壤有机质经微生物矿化分解产生CO 2,厌氧条件下经微生物作用产生CH 4,微生物有机残体经分解作用产生CO 2和CH 4,这些分解物被直接
释放到大气中。

因此,芦苇湿地也可成为温室气体的释放源。

芦苇湿地生态系统的物质、能量均维持平衡状态,一旦系统遭到破坏,如弃苇造田、排干湿地、降雨大幅减少或温度持续升高,均会打破整个生态系统的平衡状态,进而导致沼泽失去碳积累的能力,湿地土壤水分减少,草根层有机质分解速度加快,土壤中微生物活力增强,并进一步增加大气二氧化碳的净释放量[1]。

芦苇湿地在全球分布广泛,既是CH 4的重要来源,又是CO 2的汇,在全球碳循环和气候变化中发挥着重要作用,因其具有良好的净水效果,所以被广泛应用
于污水处理[2]。

因此,评价芦苇湿地对温室气体的源汇问题及对全球变化的响应机制,对于减缓全球变暖、合理开发利用资源、增加碳汇具有重要意义。

2芦苇湿地的碳汇功能
芦苇湿地是常见的湿地类型,由于芦苇具有重要的经济、
生态价值而被广泛种植,已成为重要的人工湿地类型。

因芦苇繁殖力高、适应力强,被广泛分布于各类湿地中,是湿地生态系统的重要植被类型[2-3]。

因此,芦苇湿地的碳通量变化对于研究温室气体的源汇问题具有重要意义。

一方面,由于气体对流产生的压力引起植物内部的气体转运,导致沉积物产生的CH 4被释放到大气中;另一方面,芦苇光合作用进程中吸收大气中的CO 2并转化为有机质,经腐殖化作用将有机质储存于湿地土壤[4]。

芦苇湿地对净CO 2的吸收与CH 4释放的平衡关系,决定其是温室气体的源或汇。

通常认为,CH 4比CO 2有更大的全球增温趋势。

研究认为,芦苇湿地在生长季节是净碳源,冬季则释放少量的CH 4和CO 2,甲烷释
放量为湿地固碳的9%左右,约为光合作用固定CO 2的4%。

关于芦苇湿地的碳通量变化已有很多报道。

汪宏宇等[5]
于2005年研究盘锦芦苇湿地CO 2通量结果表明,芦苇湿地
对CO 2具有较强的碳汇作用,CO 2固定量13.32t/hm 2,年固定CO 2为106.56万t ,年固定纯碳量为29.1万t 。

在芦苇生长季节,中午前后碳通量的日动态变化为最高,夜间变化线形平直较低,白天碳通量绝对值远大于夜间,白天表现为碳吸收,夜间表现为碳排放,碳通量日动态变化呈单峰单谷型变化[2-3]。

李建国等[6]研究白洋淀芦苇湿地的结果表明,年固定CO 29.12万t ,折合纯碳量24964t 。

据有关资料报道,湿地每年吸收的CO 2近10t/hm 2,大庆市120万hm 2湿地,年吸收CO 2将达1200万t ,相当于400个40t 锅炉的排碳量。

黄国宏等[7]研究盘锦市芦苇湿地的结果表明,CH 4排放
量的季节变化与芦苇植株的根系和温度密切相关:淹水前为CH 4的汇,淹水期间有大量的CH 4,排水后CH 4排放量明
显减少。

在测定期内,CH 4排放通量为-968~2734μg/(m 2
·h ),
平均通量为0.52mg/(m 2·h ),年释量为3645.6t 。

年释放纯碳3124.3t 。

试验结果还表明,有芦苇生长的湿地CH 4排放量是无芦苇生长的15倍[2]。

3芦苇湿地的保护措施
大量研究表明,芦苇湿地对于减少大气中温室气体浓度、减缓全球变暖具有积极意义,是重要的碳汇。

但是其碳汇功能受很多因素的影响,如温度、氮、磷、水温、大气CO 2体积分数等因子[2]。

因此,研究芦苇湿地在全球背景下的响应及反馈机制,必须确定合理的湿地开发模式。

3.1控制气候变暖
据研究,湿地是世界上最大的碳库之一,碳储量约为
770亿t ,占陆地生态系统碳素的35%,在全球碳循环中发挥
摘要湿地是地球表层系统中的重要碳汇,对于吸收大气的温室气体、减缓全球气候变暖具有重要的作用。

以盘锦市芦苇湿地为例,分析湿地的碳汇功能,研究表明:虽然芦苇湿地是甲烷的重要来源,但其对CO 2具有较强的碳汇作用,综合分析来看,芦苇湿地仍是湿地温室气体的净汇。

因此,加强芦苇湿地研究与管理,确定合理的湿地开发模式,保护生态环境将是未来湿地碳汇研究的主要方向。

关键词芦苇湿地;碳汇;碳源;CO 2;CH 4中图分类号X171.4文献标识码A 文章编号1007-5739(2011)16-0287-02
芦苇湿地的碳汇功能研究
张兵1王洋2
(1辽宁省盘锦市农村经济委员会,辽宁盘锦124010;2盘锦市湿地科学研究所)
收稿日期2011-06-23
资源与环境科学
现代农业科技2011年第16期287
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资源与环境科学现代农业科技2011年第16期
(上接第286页)
农产品产量和质量。

如桃林镇万亩设施蔬菜示范园区的“四位一体”模式。

所谓“四位一体”是由日光温室与沼气池、蓄禽舍、厕所构成,在农户庭院或田园将日光温室、畜禽养殖、沼气生产与蔬菜、花卉种植有机结合,使四者相互依存、优势互补,构成“四位一体”能源生态综合利用体系,如“猪—沼—果(粮、菜、林、鱼)”、“猪—沼—鱼—鸭”、“猪—沼—果—鸡(鸭)”、“猪—沼—林—鸡(羊)”等生态种养循环模式相连接。

日光温室的暖棚养猪具有圈舍干净、温度适宜、防菌类感染等优点,饲养生猪比普通饲养法每头增加250~500
g/d,6~7个月出栏可达到150kg以上。

日光温室能够源源不断地为沼气池和畜禽提供菜叶、残果补充了沼气所需原料和畜禽所需饲料,还可保障沼气池安全越冬,使其常年产气利用,既能促进畜禽生长发育,缩短育肥时间,提高效益,还能为日光温室作物提供优质肥,提高其产量和品质,增加收入。

一口8~10m3的新型高效沼气池,全年产沼气380~450m3,可解决3~5人的农户10~12个月的生活燃料。

沼气除直接作炊事、照明生活用能外,还可用于农业生产。

用沼气灯对日光温室蔬菜增施二氧化碳气肥,可使黄瓜、芹菜、西红柿分别增产30%、25%、20%。

1年提供的沼肥,相当于50kg硫酸铵、40kg过磷酸钙和15kg氯化钾。

“四位一体”模式在同一块土地上实现产气、积肥同步,种植、养殖并举,成为东海县发展高产、优质、生态循环农业的一种模式。

5资源保护休闲模式
通过保护农业资源、提升农田质量、开展“三品”认证、开发休闲观光农业等途径,促进生态农业发展[4]。

如东海县
双店镇、李埝林场在丘陵地区采用种植金银花、果园套种绿肥、秸秆还田、增施有机肥等技术措施,提高土壤有机质;采用测土配方施肥、因缺补缺、酸化调整等技术,保持土壤各种养分间的平衡;对耕层浅薄、砾石含量较高或耕层缺失的土壤,利用附近池塘清淤时的塘泥进行培肥,提升东海县丘陵地区农田质量。

如江苏东海马崚山森林休闲有限公司利用低丘红壤等贫瘠土地逾400hm2,发展现代生态旅游和科学养生,集种植、养殖和休闲于一体,配有绿化景观、草坪、鱼塘及餐饮、娱乐、住宿,围绕餐饮休闲娱乐、珍禽生态养殖、苗木种植三大产业,养殖场每天消纳农作物秸秆等废弃物500kg以上,粪渣作为苗木基肥,苗木作为园林绿化工程和装点环境,公司建成一座集农业科技普及、绿色食品供应、旅游、休闲度假、会议接待于一体的农业观光园,日接待宾客1000人次以上,有效改善农业生态环境。

6参考文献
[1]孙景淼.全面推进生态循环农业[J].农村工作通讯,2010(24):37-38.
[2]蒋高明.以生态循环农业破解农村环保难题[J].环境保护,2010(19): 15-17.
[3]郑水明.发展生态循环农业的主要模式[J].浙江现代农业,2010(5): 24-25.
[4]孙世忠.奇台县生态循环农业发展展望[J].新疆农业科技,2010(5): 3-4.
重要作用。

如果芦苇湿地被扰动或者破坏,特别是开沟排水后,湿地就将通过分解有机质向大气排放大量的二氧化碳而成为碳源。

因此,从维护生态安全和促进经济社会可持续发展的角度出发,必须加大芦苇湿地生态系统保护恢复力度,维护湿地固碳功能,抑制全球变暖进程,保障人类社会的可持续发展。

3.2开展科学研究,为湿地的持续利用提供技术保障
在缓解气候变化对湿地的不利影响方面亟待采取很多措施,如开展湿地资源清查,提供湿地详细的数据和信息,建立更加完善的气候变化影响模型,分析湿地管理作为气候适应方法的现有知识、发展导则和工具。

同时,对湿地的风险评估也是很重要的,包括确定重要的栖息地。

在政策上,加强保护意识宣传和普及,信息共享。

将湿地保护纳入国家、省级和地方政府的规划和决策,如土地利用、地下水管理、流域和海岸地带及其他环境管理。

3.3控制水层深度,减少CH4排放量
在淹水条件下,水体的溶氧量减少,土壤的厌氧状况得以加强,易于分解有机质,因厌氧特性又增强了土壤产甲烷菌活性,促进CH4的形成,再通过芦苇植株、气泡或以扩散的形式从土壤中释放。

但随着水体深度的增加,植株光合作用及传输CH4的能力等正常生理代谢活动会受到影响,土壤释放的CH4穿越水层时,被氧化掉的量增大,减少了CH4在大气中的排放量。

因此,为了保证芦苇的生长发育,同时控制CH4的产生,在芦苇生产管理中,应严格控制水层,一般6月中旬以前,芦苇湿地水层应控制在20cm以下,6月下旬至8月中旬水层以控制在50cm为佳,9月中旬后排水[8]。

3.4减少湿地破坏,保护湿地生态环境
应减少人为活动对芦苇湿地生态系统的影响,否则会增
加温室气体的排放量、降低湿地系统的调节功能。

如弃苇造
田、围垦湿地,都会使湿地的储碳能力明显降低,甚至使芦
苇湿地成为碳源。

科学家对我国三江平原等湿地的研究表
明,在积水条件下,湿地是CO2的汇。

当湿地生态系统的生产关系被打破,湿地植物的CO2吸收量增加,土壤中有机物分解速率大于积累速率,有机质的不完全分解导致湿地中碳
物质的积累,导致湿地成为CO2的源[9]。

因此,保护和恢复湿地是当前缓解气候变暖的重要措施之一,应严格控制对湿地
的无序开垦,应采取积极保护、科学恢复、合理开发、持续发
展的措施,保护芦苇湿地资源。

4参考文献
[1]曾昭朝,赵样华,夏冬青.腾冲北海湿地生态系统碳储存功能及价值
评估初探[J].环境科学导刊,2010,29(3):46-48.
[2]于洪贤,黄璞神.湿地碳汇功能探讨:以泥炭地和芦苇湿地为例[J].生
态环境,2008,17(5):2103-2106.
[3]于洪贤,李友华.生物碳汇类型的特性研究[J].经济研究导刊,2010 (5):244-245.
[4]闫明,潘根兴,李恋卿,等.中国芦苇湿地生态系统固碳潜力探讨[J].
中国农学通报,2010(18):320-323.
[5]汪宏宇,周广胜.盘锦湿地芦苇生态系统长期通量观测研究[J].气象
与环境学报,2006,22(4):18-24
[6]李建国,李贵宝,刘芳,等.白洋淀芦苇资源及其生态功能与利用[J].
南水北调与水利科技,2004,2(5):37-40.
[7]黄国宏,肖笃宁,李玉祥,等.芦苇湿地温室气体甲烷(CH4)排放研究[J].生态学报,2001,21(9):
[8]黄国宏,李玉祥,陈冠雄,等.环境因素对芦苇湿地CH4排放的影响[J].环境科学,2001,22(1):1-5.
[9]叶伟为.上海九段沙湿地资源的保护研究[D].北京:中国地质大学, 2010.
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