栾军伟等:国外湿地生态系统碳循环研究进展23 生物量、植物的生活型组成、根系分布深度、有效研究还指出植物的CH排放量惊人,但因无法证 物数量及质量,以及Fe供给等均在不同程度上实植物排放CH的生物化学机制,而在学术界引 影响以上某个或几个过程,从而导致湿地生态系起诸多争论。一种观点认为可能是由于土壤 统碳源及碳汇功能的时空变异刈。湿地生态系水分中溶解的CH被植物吸收,通过蒸腾作用或 统碳循环过程对水文条件变化的响应极为复杂,蒸发排放。但不管植物产生CH与否,植被显然 其过程与调控因子存在明显的区域性特征,深入是控制湿地CH排放的重要因子,已证明植物生 开展湿地生态系统碳动态变化及其调控机理研究长对CH排放的季节变化有很大影响国们。许多 显得十分必要。 研究发现,植物生物量与CH排放的空间差异有 3湿地甲烷排放 显著相关性。但有研究并未发现CH排放与净 生态系统交换及植物生长间的关系。因此,植 历史条件下湿地由于泥炭累积而成为重要的物生长与CH排放之间的关系可能与群落类型及 碳汇,同时又是CH的源叫,约占自然CH排放量的研究尺度甽等有关。植物产生CH这一发现使湿 80%(250Tg)/。湿地作为全球主要的CH排放源,地CH排放的不确定性增加,使全球CH排放的估 放强度的估算仍存在诸多问题。据PCC报道,算更加复杂化。 自然湿地每年释放CH4约(100~231)Tg,占全球 此外,湿地中CH排放的空间变异与具有不 CH释放的20%~39%。CH释放估算的不确定主同气体传输机制的水生植物的空间分布有关。生 要有两方面原因,一是由于植被和土壤微生物的巨活型影响CH的传输过程,对CH排放的空间变异 大差异干扰了CH的生产和消耗聞,使CH排放表影响最为突出,挺水植物可以直接将CH从土壤 现出较大的时空变异性,导致对全球C排放估算传输到大气,而沉水植物则将CHL传输到水中。 的不准确:另一方面CHL排放的野外观测技术手植物种类对湿地CH排放的影响在青藏高原的相 段仍比较落后,难于精确测定。温度和水位的日变关研究中也有体现。湿地物种组成和功能型差 化影响有氧和厌氧分解从而导致CH通量的动态异对CH排放也有一定的影响 Sutton-Grier A 变化,而气孔导度和光强門等同样对CH通量的E等发现,植物通过调控电子供体和受体来调控淡 日变化产生影响。研究证实,土壤或基质温度影水湿地CH的生产凹。不同群落间地下根系深度 响CHL排放的季节变化规律叫,但土壤温度却不的不同也会造成CH排放的差异,当优势种地下 能解释青藏高原东缘沼泽湿地CH通量的季节动部分较浅时,土壤氧化性更强,会导致CH排放量 态凹,原因尚不明确。研究发现,格陵兰岛苔原地较低明。可见,植物群落结构差异对湿地生态系 区在冰冻初期突然大量释放CH,改变了对北方高统温室气体的排放具有重要影响,而其影响机制 纬度地区CH释放时间格局的传统观点网。CH排决定于具体的湿地生态系统类型及其物种组成 放的时间格局是生物、物理、环境等多种因素综合 作用的结果并且不同湿地生态系统类型存在较大4湿地碳循环过程对全球变暖的响应 差异。此外,地下CH的生产受活性低分子有机化 陆地生态系统碳循环与气候间的反馈是当 合物对微生物呼吸的可用性的限制其生产直接与前气候变化预测中主要的不确定性因素之一S。 生长期根部低分子量碳的释放相关。研究表明,有关土壤有机碳分解对气候变暖响应的研究多 CH的生产极大程度上受底物可用性的限制,而集中在非淹水区矿质土壤,大量研究发现,呼 不受活性有机碳供给的限制叫。事实上,CH的释吸作用对长期增温的显著正响应存在“短命现 放在一方面依赖于底物的丰富程度,另一方面与象”( hort lived),这是由于驯化( acclimation)3、热 底物的起源关系密切婀。湿地生态系统复杂的环适应 hermal adaptation)或活性有机碳的快速损 境物理因素,导致目前对于温室气体排放时空格局耗以等现象造成的。活性土壤有机碳(abl)在 及其调控机理的研究仍欠缺 增温早期快速分解,在一定程度上托盖了惰性(re 近年来研究发现,在好氧条件下,陆生植物 calcitrans)碳库对温度响应的敏感性。然而,惰性 能够产生CH,这一发现挑战了“自然排放的碳库恰能反映土壤呼吸作用对于长期气候变暖的 CHL是微生物在厌氧条件下所产生”的传统观点,真实响应。全球最大的惰性土壤有机碳库储存 万方数据2期 栾军伟等：国外湿地生态系统碳循环研究进展 237 生物量、植物的生活型组成、根系分布深度、有效 底物数量及质量，以及Fe”供给等均在不同程度上 影响以上某个或几个过程，从而导致湿地生态系 统碳源及碳汇功能的时空变异””“。湿地生态系 统碳循环过程对水文条件变化的响应极为复杂， 其过程与调控因子存在明显的区域性特征，深入 开展湿地生态系统碳动态变化及其调控机理研究 显得十分必要。 3湿地甲烷排放 历史条件下，湿地由于泥炭累积而成为重要的 碳汇，同时又是CI-L的源p”，约占自然CH4排放量的 80％(250 Tg)t2J。湿地作为全球主要的CH4排放源， 排放强度的估算仍存在诸多问题。据IPCC报道”1， 自然湿地每年释放CI-L,约(100～2311 Tg，占全球 CH4释放的20％～39％。CI-h释放估算的不确定主 要有两方面原因，一是由于植被和土壤微生物的巨 大差异干扰了CFI,的生产和消耗㈨，使CH4排放表 现出较大的时空变异性，导致对全球C地排放估算 的不准确：另一方面，C}14排放的野外观测技术手 段仍比较落后，难于精确测定。温度和水位的日变 化影响有氧和厌氧分解．从而导致CH4通量的动态 变化嘲，而气孔导度和光强I”1等同样对cH4通量的 日变化产生影响。研究证实，土壤或基质温度影 响cH4排放的季节变化规律04胡，但土壤温度却不 能解释青藏高原东缘沼泽湿地CH4通量的季节动 态””，原因尚不明确。研究发现，格陵兰岛苔原地 区在冰冻初期突然大量释放CI-h，改变了对北方高 纬度地区CH4释放时间格局的传统观点o”。cH4排 放的时间格局是生物、物理、环境等多种因素综合 作用的结果，并且不同湿地生态系统类型存在较大 差异。此外，地下C地的生产受活性低分子有机化 合物对微生物呼吸的可用性的限制，其生产直接与 生长期根部低分子量碳的释放相关脚1。研究表明， CH。的生产极大程度上受底物可用性的限制071，而 不受活性有机碳供给的限制”9I。事实上，CI-h的释 放在一方面依赖于底物的丰富程度㈣，另一方面与 底物的起源关系密切m删。湿地生态系统复杂的环 境物理因素，导致目前对于温室气体排放时空格局 及其调控机理的研究仍欠缺。 近年来研究发现，在好氧条件下，陆生植物 能够产生CH4【4”，这一发现挑战了“自然排放的 C}{4是微生物在厌氧条件下所产生”的传统观点， 研究还指出植物的cH4排放量惊人，但因无法证 实植物排放CI-I,的生物化学机制，而在学术界引 起诸多争论”“1。一种观点认为，可能足由于土壤 水分中溶解的CFh被植物吸收，通过蒸腾作用或 蒸发排放娜】。但不管植物产生cH4与否，植被显然 是控制湿地CH4排放的重要因子，已证明植物生 长对CH4排放的季节变化有很大影响”“”。许多 研究发现，植物生物量与CH4排放的空间差异有 显著相关性”目。但有研究并未发现cH4排放与净 生态系统交换””及植物生长间1491的关系。因此，植 物生长与CH4排放之间的关系可能与群落类型及 研究尺度n91等有关。植物产生C}14这一发现使湿 地C}王4排放的不确定性增加，使全球C}L排放的估 算更加复杂化。 此外，湿地中cH4排放的空间变异与具有不 同气体传输机制的水生植物的空间分布有关。生 活型影响CI-L的传输过程，对CH。排放的空间变异 影响最为突出，挺水植物可以直接将CH4从土壤 传输到大气，而沉水植物则将cH4传输到水中。 植物种类对湿地CH4排放的影响在青藏高原的相 关研究中也有体现㈨。湿地物种组成和功能型差 异对CH4排放也有一定的影响f5l】。SuRon-GrierA E等发现，植物通过调控电子供体和受体来调控淡 水湿地cH的生产n21。不同群落问地下根系深度 的不同也会造成CK,排放的差异，当优势种地下 部分较浅时，土壤氧化性更强，会导致CH4排放量 较低”31。可见，植物群落结构差异对湿地生态系 统温室气体的排放具有重要影响，面其影响机制 决定于具体的湿地生态系统类型及其物种组成。 4湿地碳循环过程对全球变暖的响应 陆地生态系统碳循环与气候问的反馈足当 前气候变化预测中主要的不确定性因素之一跚，。 有关土壤有机碳分解对气候变暖响应的研究多 集中在非淹水区矿质土壤陆明，大量研究发现，呼 吸作用对长期增温的显著正响应存在“短命现 象”(short lived)，这是由于驯化(acclimation)Is”、热 适应(thermal adaptation)15”或活性有机碳的快速损 耗唧·州等现象造成的。活性土壤有机碳(1abile)在 增温早期快速分解，在一定程度上j电盖了惰性(re— calcitrant)碳库对温度响应的敏感性。然而，惰性 碳库恰能反映土壤呼吸作用对于长期气候变暖的 真实响应”9I。全球最大的惰性土壤有机碳库储存 万方数据