238 湿地科学10卷 在沼泽中,沼泽中的惰性碳库与矿质化土壤中机碳分解对厌氧环境快速消失的响应机制方面的 的惰性碳库的区别在于,沼洋碳库的惰性特征很研究目前还很欠缺。 大程度上依赖于厌氧环境的存在。以往关于土 壤活性有机碳与惰性有机碳的温度敏感性问题存5湿地碳循环模拟 在争论1。近期更多研究表明,与酶动力学理论 预测全球变化对生态环境的影响是目前生物 致吣,惰性有机碳具有更髙的温度敏感性馴。地球化学研究领域的中心课题。环境因子(重力 因此,泥炭地中储存的大量惰性有机碳 old/recal-辐射、温度、湿度、ph和浓度)是控制元素迁移 citran可以为增温导致的呼吸加速提供源源不断转化的直接动力,其时空变化受气候、土壤植被和 的原料。对瑞典北部北方泥炭地长达8a的持续人类活动等制约。湿地生态系统在全球碳循环 增温实验中,未发现长期增温实验中的“短命现中的作用非常重要,但是对碳循环模型的研究明显 象”∞。由此可见,气候变暖导致沼洋,尤其是亚落后于森林、草地和农田生态系统。CaoM等最早 表层泥炭地有机碳的损失程度远远高于日前的估应用基于过程的CH,排放模型估算了全球湿地的 算。由于沼泽、泥炭湿地中贮存的大量有机碳对CH排放量,其中北方湿地为40mg(m2·<d),温带湿 未来气候变暖的响应特征明显有别于森林、草地地为150mg(m2"d,热带湿地为199mg(md 等生态系统。因此,以往关于气候变暖与碳循环研究指岀,甲烷排放对于气候变化的响应依赖于 正负反馈环的评估将面临新的挑战。 土壤碳储存、分解速率、土壤湿度和产烷菌活性等 气候变暖伴随水表面温度升高叩,代谢过程综合作用的结果,并进一步指出全球适度变暖将 增强,水生生态系统氧气消耗。溶氧降低会减促进CH释放,而过高的增温幅度反而会由于土 少氧气向沉积层的扩散,刺激产烷等厌氧过程的壤水分损耗使CH释放转而降低。湿地生态系 发生,从而进一步增加CH的释放。气候变暖还统由于厌氧分解的存在,其碳动态模拟方法有别 会改变初级生产力、增加有机质输入,并同时影于其他陆地生态系统。广泛使用的碳循环的模型 响产烷过程。研究发现,全球变暖导致北方湖泊中,仅 CENTURY、DNDc( denitrification and de 解冻,引起大量CH释放,其中湖泊边界释放的 composition model)和WMEM( wetland methane CH4占CH释放的绝大部分。解冻导致湖泊边界 emission model)模型考虑了厌氧状态四。近年来 面积增加,使西伯利亚将成为重要的CH源两。在DNDC模型基础上,有学者研发了w 尽管湖泊和水库有机碳的年埋存量超过海洋沉 land-DNDO模型,充分考虑了湿地土壤、水文和植 积物洲,但对于全球碳循环的重要组成部分——被对湿地碳循环的影响,考虑了水位变化、土壤特 内陆水体的研究却十分有限研究认为,湖征影响、水文条件对土壤温度影响、草本和苔藓植 泊深度、有机碳质量和湖泊营养状态等决定了湖物碳固定以及有氧条件对分解的影响等生物地球 泊沉积物矿化速率与温度间的关系。 Gudasz c化学过程四,促进了湿地碳动态模型的应用与发 等研究瑞典北部8个具冇不同养分状态、陆地可溶展;CuJ等利用该模型研究发现,植物、土壤有机 性有机碳和总磷输入的湖泊沉积物与温度间关系碳、水位变化等参数变化是引起模型模拟结果不 发现,湖泊沉积物的有机碳矿化速率与水温显著确定的主要因素,获取准确的初始碳含量、气候状 正相关。水温升高将导致矿化速率加快,有机态、净初级生产输入数据对于模型的准确性至关 碳埋存量降低。如果未来湖泊沉积物有机碳输入重要"; Frolking S等研究的PDM( peat decomposi 不变,根据IPCC在2007年公布的全球变暖情况计 tion model)模型用来计算长期的基于植被状态的 算,北方湖泊相应碳埋存能力将降低4%~27%泥炭积累和分解动态,并在PDM基础上发展了考 (0.9~64)Tga 虑湿地碳循环主要过程的基于植被状况和有机质 因此,全球变暖将极大程度地改变湿地生态分解的过程模型 PCARS( peatland carbon simula 系统碳循环过程。土壤活性有机碳和土壤惰性有 tor model,包括植物光合作用和呼吸作用、地上和 机碳的温度敏感性差异仍有争论,且以往相关研地下净初级生产力及凋落物、泥炭需氧及厌氧分 究成果多数来自于非淹水区矿质土壤。另外,有解、CH生产和氧化以及排放、可溶性有机碳流失 万方数据238 湿 地 科 学 10卷 在沼泽中1601，沼泽中的惰性碳库与矿质化土壤中 的惰性碳库的区别在于，沼泽碳库的惰性特征很 大程度上依赖于厌氧环境的存在””。以往关于土 壤活性有机碳与惰性有机碳的温度敏感性问题存 在争论”‘“]。近期更多研究表明，与酶动力学理论 一致””，惰性有机碳具有更高的温度敏感性I“…。 因此，泥炭地中储存的大量惰性有机碳(old／recal． citrant)可以为增温导致的呼吸加速提供源源不断 的原料。对瑞典北部北方泥炭地长达8 a的持续 增温实验中，未发现长期增温实验中的“短命现 象”㈣。由此可见，气候变暖导致沼泽，尤其是亚 表层泥炭地有机碳的损失程度远远高于目前的估 算。由于沼泽、泥炭湿地中贮存的大量有机碳对 未来气候变暖的响应特征明显有别于森林、草地 等生态系统。因此，以往关于气候变暖与碳循环 正负反馈环的评估将面临新的挑战。 气候变暖伴随水表面温度升高【”，代谢过程 增强””，水生生态系统氧气消耗。溶氧降低会减 少氧气向沉jil{层的扩散，刺激产烷等厌氧过程的 发生，从而进一步增加CH4的释放。气候变暖还 会改变初级生产力、增加有机质输入，并同时影 响产烷过程。研究发现，全球变暖导致北方湖泊 解冻，引起大量CH。释放，其中湖泊边界释放的 cH4占c}14释放的绝大部分。解冻导致湖泊边界 面积增加，使西伯利砸将成为重要的CI-L源嗍。 尽管湖泊和水库有机碳的年埋存量超过海洋沉 积物㈨，但对于全球碳循环的重要组成部分—— 内陆水体的研究却十分有限u¨“”1。研究认为，湖 泊深度、有机碳质量和湖泊营养状态等决定了湖 泊沉积物矿化速率与温度问的关系”1。Gudasz C 等研究瑞典北部8个具有不同养分状态、陆地可溶 性有机碳和总磷输入的湖泊沉积物与温度问关系 发现，湖泊沉积物的有机碳矿化速率与水温显著 正相关啷1。水温升高将导致矿化速率加快，有机 碳埋存量降低。如果未来湖泊沉积物有机碳输入 不变，根据IPCC在2007年公布的全球变暖清况计 算，北方湖泊相应碳埋存能力将降低4％～27％ (0．9～6．4)Tg／aa 因此，全球变暖将极大程度地改变湿地生态 系统碳循环过程。土壤活性有机碳和土壤惰性有 机碳的温度敏感性差异仍有争论，且以往相关研 究成果多数来自于非淹水区矿质土壤。另外，有 机碳分解对厌氧环境快速消失的响应机制方面的 研究目前还很欠缺。 5湿地碳循环模拟 预测全球变化对生态环境的影响是目前生物 地球化学研究领域的中心课题。环境因子(重力、 辐射、温度、湿度、pH、Eh和浓度)是控制元素迁移 转化的直接动力，其时空变化受气候、土壤、植被和 人类活动等制约即】。湿地生态系统在全球碳循环 中的作用非常重要，但是对碳循环模型的研究明显 落后于森林、草地和农田生态系统。Cao M等最早 应用基于过程的CH4排放模型估算了全球湿地的 CH4排放量，其中北方湿地为40 mg／(m2．d)，温带湿 地为150 mg／(m2·d)，热带湿地为199 mg／(m2·d)㈣。 研究指出，甲烷排放对于气候变化的响应依赖于 土壤碳储存、分解速率、土壤湿度和产烷菌活性等 综合作用的结果，并进一步指出全球适度变暖将 促进CI-L释放，而过高的增温幅度反而会由于土 壤水分损耗使CH4释放转而降低[7l】。湿地生态系 统由于厌氧分解的存在，其碳动态模拟方法有别 于其他陆地生态系统。广泛使用的碳循环的模型 中，仅CENTURY、DNDC(denitrification and de— composition modell和WMEM(wetland methane emission model)模型考虑了厌氧状态【72)。近年来， 在DNDC模型基础上，有学者研发了wet． 1and—DNDC模型，充分考虑了湿地土壤、水文和植 被对湿地碳循环的影响，考虑了水位变化、土壤特 征影响、水文条件对土壤温度影响、草本和苔藓植 物碳固定以及有氧条件对分解的影响等生物地球 化学过程””，促进了湿地碳动态模型的应用与发 展；Cui J等利用该模型研究发现，植物、土壤有机 碳、水位变化等参数变化是引起模型模拟结果不 确定的主要因素，获取准确的初始碳含量、气候状 态、净初级生产输入数据对于模型的准确性至关 重要‘741 Frolking S等研究的PDM(peat decomposi． tion model)模型用来计算长期的基于植被状态的 泥炭积累和分解动态，并在PDM基础上发展了考 虑湿地碳循环主要过程的基于植被状况和有机质 分解的过程模型PCARS(peatland carbon simula． tormodel)，包括植物光合作用和呼吸作用、地上和 地下净初级生产力及凋落物、泥炭需氧及厌氧分 解、CI-L生产和氧化以及排放、可溶性有机碳流失 万方数据