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三江平原典型湿地和人工湿地对土壤呼吸的影响 湿地是地球生态系统最重要的组成部分之一。虽然面积很小，约为世界总面积的2%，但湿地中的碳含量达到224kgc，占土壤总蓄积量的11%，在碳储存中发挥着重要作用。土壤呼吸作为土壤碳库的主要输出途径和大气CO2的重要来源,其在数量上的微小改变可能对大气中CO2含量的变化具有相当大的影响,并将进一步加剧气候变化。土地利用方式对全球碳循环的影响是当今国际研究的热点之一,准确评估土壤呼吸作用及其对土地利用方式的响应不仅有助于减少全球碳收支评估的不确定性,而且有助于减缓气候变化及其影响,确保人类生存环境的可持续发展。 三江平原是我国最大的淡水沼泽湿地分布区,同时也是受人类活动影响最剧烈的区域之一。1949年该区天然沼泽湿地面积为534×104hm2,占平原总面积的80.1%,但经过4次大的开荒后,大面积的草甸湿地、沼泽化草甸湿地和沼泽湿地被开垦为农田,湿地面积锐减,到2000年三江平原耕地面积达524.0×104hm2,沼泽湿地面积仅剩83.5×104hm2,仅占三江平原总面积的7.7%,三江平原的面貌发生了显著的变化。开垦导致湿地的自然环境遭到破坏,冷湿效应消失,土壤的水热状况发生变化,使当地的区域气候环境趋于变暖。大面积的开垦导致风蚀、水蚀及沙化面积扩大,土壤养分和生产力下降,湿地的化学过程以及生物学过程发生变化,营养元素的物质循环发生改变,沼泽湿地垦殖造成的这些环境因子的变化均会对土壤呼吸产生强烈的影响。但我国目前关于垦殖对沼泽湿地土壤呼吸的影响研究还比较缺乏,有关土地利用方式对自然生态系统土壤呼吸的影响研究还比较少,且主要集中在森林生态系统。比如,吴建国等对六盘山林区的不同土地利用方式下的土壤呼吸作用的时间格局进行了比较研究,王小国等对四川盆地中部紫色土丘陵区3种土地利用方式(林地、草地和轮作旱地)土壤呼吸进行了比较研究,王旭等对长白山红松针阔混交林与开垦农田土壤呼吸作用进行了比较研究。本文以三江平原沼泽湿地及由其开垦而来的耕地为研究对象,探讨沼泽湿地垦殖对土壤呼吸速率的影响。 1 材料和方法 1.1 以农田及旱田为主体的人工湿地生态,包括第一、5个湿地 实验点位于中国科学院三江平原沼泽湿地生态试验站(以下简称三江站)(133°31′E, 47°35′ N)内,本站位于别拉洪河与浓江的河间地带,海拔高度55—65m。本站所在地属温带大陆性季风气候,冬季严寒漫长,夏季温暖湿润,年平均气温1.9℃,年均降水量550—600mm左右。站内微地貌复杂,由各种洼地、低平地和平地组成,分布有多种类型的草本沼泽和沼泽化草甸。 本实验选取三江平原最具典型和代表性的两类湿地:长期积水的毛果苔草沼泽和季节性积水的小叶章草甸,并在湿地附近选取由沼泽湿地垦殖而来的水田和旱田各1块,每种土地利用类型各设置3个重复,沼泽湿地及农田土壤基本性质见表1。沼泽湿地在前一年的夏季,去除地上植物,并采用分层挖掘法,去除土壤中的植物根系,然后再把土壤按照正常的顺序分层填埋回去。在土壤呼吸速率观测期间,定期贴地去除地表的绿色植物。 旱田和水田的垦殖时间分别为1993和1997年,自垦殖后分别种植大豆和水稻。在旱田和水田中,各设置3个面积约1 m2的地块进行土壤呼吸速率的测定,其上不种植农作物。为了阻止周围植物根系的影响,在旱田每个地块的四周挖深约30cm的沟,在水田每个地块的周围则用PVC板插入土壤30cm。除了不种植农作物外,旱田和水田中这6个地块的水肥管理方式仍按当地的常规方式进行。旱田种植方式为大豆-冬闲,化肥的施用量为撒可富(N∶P∶K=16∶12∶12)8 kg/666.7m2,磷酸二铵10 kg/666.7m2,在春季播种前作为基肥一次性施入。在大豆生长期间,没有任何灌溉措施。水田的种植方式为水稻-冬闲,水稻种植期间为浅水淹灌。化肥品种为撒可富,水稻生长期间共施2次,一次在耕地时作为基肥施入,施肥量为10 kg/666.7m2;一次在水稻分蘖时作为追肥施入,施肥量为15 kg/666.7m2。 1.2 土壤呼吸速率的测量 本研究采用静态暗箱法采集气体。采样箱由底座和顶箱组成,箱体由不锈钢制成,外覆绝热材料。底座的几何尺寸为50 cm×50 cm×20 cm,整个观测期间都固定在采样点上,顶箱的长、宽、高均为50cm。底座的上端有深3cm、宽2cm的密封水槽,实验时往槽里浇水以防止箱子和底座的接触处漏气,在冬季则用密封条来防止漏气。顶箱上部有两个轴流扇,用于混合箱内气体。箱子侧面安装有电源插头和气体样品采集口。为了尽量减少采样时对周围环境的扰动和破坏,每个采样点周围都搭设木桥,在整个采样过程中,实验操作人员在木桥上完成。 为了尽可能减少气体排放本身的日变化对不同观测点观测结果的可比性的影响,采样工作固定在9:00—1