毕业论文不同生态系统温室气体排放通量的特征及其影响因素

聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） 目目 录录 前前 言言-1 1 几种主要温室气体的认识几种主要温室气体的认识-2 1.1 CO2的循环机制-2 1.2 CH4概述-2 1.3 N2O 的变化趋势-3 2 不同生态系统类型温室气体排放通量特征及其影响因素不同生态系统类型温室气体排放通量特征及其影响因素-3 2.1 湿地生态系统温室气体排放通量特征及其影响因素-3 2.2 草原生态系统温室气体排放通量特征及其影响因素-6 2.3 农田生态系统温室气体排放通量特征及其影响因素-8 2.4 水库生态系统温室气体排放通量特征及其影响因素-10 3 不同生态系统温室气体排放通量的概括比较及减排对策不同生态系统温室气体排放通量的概括比较及减排对策-12 3.1 影响温室气体排放的因素-12 3.2 减少温室气体排放的措施（生态角度）-13 结结 语语-13 参考文献参考文献-14 致致 谢谢-16 聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） 摘摘 要要 据相关资料显示，近百年来, 随着人类活动的日益增强，大气中 O2、CH4 和 N 2O 等主要温室气体的浓度比工业革命以前分别增加了约 28%、118%和 8%。温室气体的排放（吸收）过程受到一切影响生态系统生命过程的因子的制 约，而且,生态系统本身可以同时排放（吸收）多种温室气体，而且在其生长过 程中的不同阶段也会有不同的输送方式 。不仅如此，大气中的温室气体浓度变 化也会直接影响到生态系统温室气体排放（吸收）率。生态系统服务功能在维持 人类生存和发展的环境过程中发挥着重要的作用，正确、客观地评价各类生态系 统对大气中主要温室气体浓度变化的贡献是当前全球变化和全球气候 、环境变 化研究中的重要内容。本文主要探究不同生态系统温室气体的排放特征及影响温 室气体排放的因素，更好的认识不同生态系统中温室气体的排放机理和制定减少 温室气体排放的措施。 关键词：关键词：生态系统；温室气体；排放通量；影响因素 聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） Abstract According to relevant data show that human activities in 100 years, with the increasing, the atmosphere CH4, N2O and O2, such main greenhouse gas concentrations respectively than before the industrial revolution, increased roughly 28%,118% and 8%. Greenhouse gas emissions (absorption) processes are all affect the process of ecological system constraints of life, and factor of ecological system itself can also emissions of greenhouse gases (absorption), and in its various stages of growth process will have different transportation mode. Not only that, the atmospheric concentration of greenhouse gas concentrations change also will directly affect the ecosystem greenhouse gas emissions (absorption) rate. Ecosystem service function in maintaining human survival and development process of the environment play an important role, objectively evaluating the ecological system contribution of greenhouse gases to the atmosphere is the important content to settle the current global change. This paper mainly explores different ecological system greenhouse gas emission characteristics and the influence factors of greenhouse gas emissions, better understanding of different ecological system in greenhouse gas emissions mechanism and make the measures to reduce greenhouse gas emissions. Key words: ecological system；greenhouse gases; emission flux; influence factors 聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） 1 不同生态系统温室气体排放通量的不同生态系统温室气体排放通量的 特征及其影响因素特征及其影响因素 前前 言言 温室气体是大气中具有温室效应的某些微量气体, 有 CO2、CH4、N2O 等， 是大气中由自然或人为产生的能够吸收长波辐射的气体成分。大量的温室气体排 放将会引发臭氧层破坏，全球变暖，海平面上升等一系列生态环境问题，给人类 的生产和生活带来长期的危害。 温室气体排放自工业革命以来因为人类活动而急剧增加。例如化石燃料燃 烧，以及植被破坏放出的的二氧化碳，农业活动产生的甲烷及氧化亚氮和制冷 释放出的卤碳化合物。由此带来的温室效应成为了一个重要的环境问题，其引 起的危害主要有 ：1海平面上升 ，全世界大约有 1/3 的人口生活在沿海岸线 60km 的范围内，经济发达，城市密集。全球气候变暖导致的海洋水体膨胀和 两极冰雪融化，可能在 2100 年使海平面上升 50cm，危及全球沿海地区，特 别是那些人口稠密、经济发达的河口和沿海低地。这些地区可能会遭受淹没或 海水人侵，海滩和海岸遭受侵蚀，土地恶化，海水倒灌和洪水加剧，港口受损， 并影响沿海养殖业，破坏供排水系统。 2影响农业和自然生态系统 ，随着 二氧化碳浓度增加和气候变暖，可能会增加植物的光合作用，延长生长季节， 使世界一些地区更加适合农业耕作。但全球气温和降雨形态的迅速变化，也可 能使世界许多地区的农业和自然生态系统无法适应或不能很快适应这种变化， 使其遭受很大的破坏性影响，造成大范围的森林植被破坏和农业灾害。 3加剧洪涝、干旱及其他气象灾害 ，气候变暖导致的气候灾害增多可能是一 个更为突出的问题。全球平均气温略有上升，就可能带来频繁的气候灾害- 过多的降雨、大范围的干旱和持续的高温，造成大规模的灾害损失。有的科学 家根据气候变化的历史数据，推测气候变暖可能破坏海洋环流，引发新的冰河 期，给高纬度地区造成可怕的气候灾难。 4影响人类健康 ，气候变暖有可 能加大疾病危险和死亡率，增加传染病。高温会给人类的循环系统增加负担， 热浪会引起死亡率的增加。由昆虫传播的疟疾及其他传染病与温度有很大的关 聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） 2 系，随着温度升高，可能使许多国家疟疾、淋巴腺丝虫病、血吸虫病、黑热病、 登革热、脑炎增加或再次发生。在高纬度地区，这些疾病传播的危险性可能会 更大。 气候变化及其影响是多尺度、全方位、多层次的，正面和负面影响并存，但 负面影响更受关注。全球变暖对许多地区的自然生态系统已经产生了影响，如气 候异常、海平面升高、冰川退缩、冻土融化、河（湖）冰迟冻与早融、中高纬生 长季节延长、动植物分布范围向极区和高海拔区延伸、某些动植物数量减少、一 些植物开花期提前，等等。长期以来人们普遍认为是由于化石燃料的大量燃烧导 致了温室气体的大量增长，忽略了自然界中各种生态系统对于大气中温室气体的 影响。人们对各种生态系统的不同利用方式，以及各种生态系统的源汇机制不同， 对于大气中温室气体的平衡往往会有不同的贡献程度。各种生态系统内的温室气 体与大气之间的平衡是一个动态变化的生物地球化学过程,包括气体的产生、传 输和排放,且影响生态系统温室气体排放的因素很多,而这些过程和因素直接导致 了温室气体排放的不确定性1。本文综述了影响不同生态系统温室气体排放的机 制、排放过程及其影响因素,以期为精确估算水库温室气体排放量、生态系统利 用过程中温室气体排放的减少提供参考。 1 1 几种主要温室气体的认识几种主要温室气体的认识 1.1 CO2的的循环机制循环机制 自然界中各种物质通过循环达到平衡，从而形成了一个完整的系统。碳循环 是其中的重要组成部分，而它主要是通过 CO2来进行的。碳循环可以分为三种形 式：第一种形式是植物经光合作用将大气中的 CO2和水化合生成碳水化合物（糖 类） ，在植物呼吸中又以 CO2形式返回大气中，而后被植物再度利用；第二种形 式是植物被动物采食后，糖类被动物吸收，在动物体内被氧化生成 CO2，并通过 动物呼吸释放回大气中，又可再被植物利用；第三种形式是煤、石油和天然气等 化石燃料燃烧时，生成 CO2，它返回大气中后重新进入生态系统的碳循环。 1.21.2 CH4概述概述 CH4是仅次于 CO2的重要温室气体，在大气中的寿命约为 12 年，其百年尺 度的增温潜势是 CO2的 23 倍，对全球低层臭氧的变化也有明显影响。它在大气 聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） 3 中的浓度虽比 CO2少得多，但增长率却大得多。据联合国政府间气候变化专门委 员会（IPCC）1996 年发表的第二次气候变化评估报告，从 17501990 年共 240 年间 CO2增加了 30%，而同期 CH4却增加了 145%。 1.3 N2O 的的变化趋势变化趋势 N2O 是一种重要的温室气体，在大气中的寿命可长达 114 年左右，N2O 有很 强的辐射活性，百年尺度的增温潜势是 CO2的 296 倍（IPCC，2001）。N2O 主 要由氮肥以及含氮有机物腐败后被土壤内的细菌分解而产生，在低层大气中的化 学性质比较稳定，属于惰性气体，其生命期长达约 114 年，有充分的时间进行全 球混合，因此，N2O 浓度的全球分布相当均匀。 大气中 N2O 的浓度近年也有所升高。与 CO2相比，N2O 可以解释附加温室 效应的 6%7%,它对全球气候和环境的影响主要表现在两个方面。一方面，大气 N2O 作为温室气体可以吸收地面长波辐射，其浓度的增高会直接导致温室效应增 强；另一方面，它可以通过一系列化学反应破坏平流层臭氧层。这两方面的作用 都可能对全球生态环境及气候产生影响。因此，大气中 N2O 浓度的增加引起了 人们的重视，成为当今全球环境变化问题的重要研究对象之一。 2 2 不同生态系统类型温室气体排放通量特征及其影响因素不同生态系统类型温室气体排放通量特征及其影响因素. . 2.1 湿地生态系统湿地生态系统温室气体排放通量特征及其影响因素温室气体排放通量特征及其影响因素 湿地生态系统是指介于水、陆生态系统之间的一类生态单元。其生物群落由 水生和陆生种类组成，物质循环、能量流动和物种迁移与演变活跃，具有较高的 生态多样性、物种多样性和生物生产力。 全球湿地分布较多 , 其功能在全球的生态系统中不可缺少。大气中的温室 气体 80%来自于地表生物源 ,而湿地的温室气体的排放量又占大气中的温室气体 的重要部分,其中 CH4的排放量占大气总量约 50%2。因此,湿地生态系统温室气 体的排放已成为全球研究的热点。湿地中含有大量的物种和能量，维持生命活动 的正常运转，同时还具有调节气温、维持生态平衡等多种功能。由于湿地是一个 巨大的有机碳库，土壤有机碳密度高，固碳能力较强，所以其对温室气体的排放 （吸收）有着重大影响。 聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） 4 碳循环是指碳元素在大气、水体、动植物、土壤等圈层中的迁移和转变的一 系列物理化学和生物过程。湿地碳循环的过程主要表现为：植物吸收大气中的 CO2与水分，通过光合作用生成有机物和 O2，有机物经过 食物链传递 被动物 吸收，生物死亡后在好氧条件下腐蚀在土壤中的有机质经微生 物分解成 CO2又 释放到大气中，在厌氧环境下则生成 CH4释放到大气中，同时植物在呼吸过程中 也会释放出 CO2（图 1）3。湿地碳循环影响着 CO2和 CH4的平衡：湿地植物吸 收大气中的 CO2 经光合作用产生有机质供植物吸收并通过食物链传递给各级高 级消费者，动植物残体在微生物的分解下形成腐殖质储藏于土壤中，起到固碳作 用；同时湿地植物呼吸释放 CO2，微生物在产生腐殖作用的同时也在使有机质 发生矿化，释放 CO2 与 CH4 ，由此可知，湿地土壤既是碳汇又是碳源，由于 人类的开垦利用，自然界中 CO2、CH4严重失衡，因此要增强湿地碳汇功能，发 挥湿地在温室气体减排中的作用。 图 1 湿地土壤温室气体循环 湿地土壤 CO2 排放量占全球排放量很大比例其影响因素主要有植物根系呼 吸、微生物分解、土壤温度、土壤水分含量。植物根系呼吸释放 CO2，其排放 量占土壤总排放量的 20%50% 之多4。植物在生长旺期根系呼吸旺盛 CO2 排 放量较大，而在生长后期根系生长缓慢，CO2排放也减少。微生物在一定的水热 条件下会分解土壤有机碳，使有机碳无机化，也是湿地 CO2 排放的原因之一。 聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） 5 湿地 CO2 排放量的多少还受土壤温度与水位高低的限制。有关学者通过试验证 明二者成正相关关系，表明：温度越高，土壤中有机质分解越剧烈，CO2 排放 量越大5。 在土壤水分达到饱和之前土壤湿度大，促进土壤呼吸作用，湿度增 加 CO2产生量也增加，饱和之后由于缺少 O2，土壤呼吸减缓，CO2产生量减少6。 CO2 能够在水中电离溶解，土壤湿度越大，CO2浓度就越高，水位降低，溶于水 中的 CO2 就会释放到大气中。只有在一定的水分条件下， 温度才会对土壤呼吸 作用产生显著影响，同时水分一定时，需要有一定的温度，根系周围的微生物活 性才会发挥分解作用。土壤温度与土壤湿度对湿地土壤碳排放存在着相互制约的 关系。 对于湿地中的 CH4来说，CH4是土壤有机质在厌氧环境下被分解生成，湿地 水分含量高，具备缺氧条件，因此成为 CH4的主要源。CH4排放量主要受到土壤 水分、土壤温度、土壤氧化还原电位（Eh） 、土壤 pH 值的影响。水分是 CH4产 生的必备条件，淹水条件下土壤有机质在厌氧环境中矿化产生 CH4。水位持续时 间长短直接关系到 CH4的排放量，水位下降时 CH4与空气中的氧气发生氧化还 原反应，因而释放量减少3。温度也是影响 CH4排放量的一大因素，CH4产生的 适宜 温度大致在 3040之间，在这个范围内，土壤温度与其排放量成正相 关关系 7。土壤 Eh 与 CH4排放量呈负相关关系 ，较低的土壤 Eh 有利于增强 CH4产生菌的活性，疏通植物通气促进 CH4的产生。CH4产生菌在中性或者偏碱 性土壤中更有活性，对土壤 pH 值感应很灵敏，碱性土壤中的 CH4量要比酸性土 壤中的含量要高得多。 湿地 N2O 的排放主要源于土壤中的硝化和反硝化作用。土壤中温度、水分、 植物、碳源等是 N2O 排放变化的主要因素。由于在一定范围内，温度升高会提 高土壤中硝化和反硝化细菌的活性，从而促进 N2O 的大量排放。水分对 N2O 的 释放亦有重要的影响，干燥的土壤会阻碍微生物的反硝化作用，硝化作用成为 N2O 的主要源，灌溉后以反硝化作用为主，但长期淹水后 N2O 排放量又会趋于 零，因此频繁的干湿交替会促进 N2O 的产生和释放8，但过高的水分不与 N2O 呈显著相关性。研究表明，土壤含水量在 45%-75% 时，硝化和反硝化作用同时 处于旺盛时期，共同产生大量的 N2O。种植作物也是 N2O 产生的重要原因，大 麦根区 N2O 释放量达 90% ，而行间只有 5% ，这是由于植物根系凋落物和分 泌物导致了根际反硝化作用的增强。豆科植物相对于其他作物能减少土壤 N2O 聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） 6 的排放，原因是豆科植物生长需要吸收根部周围的 N2O。丰富的氮源也是 N2O 产生的根源，大量氮肥和有机肥的施用，给硝化和反硝化作用提供了源源不断的 氮素，导致 N2O 的增排。 2.22.2 草原生态系统草原生态系统温室气体排放通量特征及其影响因素温室气体排放通量特征及其影响因素 草原生态系统指以各种多年生草本植物占优势的生物群落与其环境构成的功 能综合体。草原生态系统是草原地区生物植物、动物、微生物和草原地区非 生物环境构成的，进行物质循环与能量交换的基本机能单位。草原生态系统在其 结构、功能过程等方面与森林生态系统，农田生态系统具有完全不同的特点，它 不仅是重要的畜牧业生产基地，而且是重要的生态屏障。 目前对于草地生态系统温室气体排放的研究并不多见，但是，草地生态系统 占我国国土面积的 37.4%。其参与土壤植被大气之间温室气体平衡的作用不 可忽略。影响温室气体在土壤中扩散及其在土壤与大气交换的土壤参数 ( 如扩 散系数) 将会对生态系统和大气之间的平衡产生重要影响。而这些参数又与土壤 温度 、土壤水分含量 、土壤液相及非液相组成等有关,相对比较复杂。影响典 型草原生态系统温室气体生成和释放的因素比较多,土壤、植被、土地利用方式、 家畜排泄物以及土地利用方式等均应进行考虑。其中，土壤类型及其理化性状是 决定温室气体排放量的关键因子9。 几种影响草地生态系统温室气体排放主要的影响因子：（1）土壤温度，土 壤温度与 N2O 排放通量的日变化趋势密切相关，并且 N2O 的日变化与温度呈正 相关10。温度主要通过影响土壤微生物的反硝化过程来影响 N2O 的排放，由于 反硝化的最是温度是 25o C，当温度低于 25o C 时，N2O 的释放速率随温度的升 高而升高。高于 25o C 时相反。(2) 土壤水分，土壤水分通过影响土壤 N2O 气体 的组成和微生物的活性来影响氮素的转化和的释放 。在低土壤水分条件下 , 增 加水分会增加 N2O 的释放和 NO3-的积累，高水分条件下，增加水分含量只有 N2O 的释放量增加。这说明，两种情况下 N2O 的产生过程不同，前者是硝化过 程，后者是反硝化过程 。(3)土壤有机质，土壤有机质是土壤中较大的碳、氮源， 而其中的有机氮化合物是土壤氮素存在的主要形式，土壤中无机氮的水平较低。 因此，土壤有机质的矿化产物为反硝化过程提供了底物，而且有机质本身为参与 这一过程的微生物提供了能源 。( 4)土壤孔隙度，土壤孔隙度不仅通过控制 O2 分压决定着硝化 、反硝化过程的进行的方向，而且土壤中产生的 N2O 是否能够 聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） 7 最终释放进入大气层亦与此有关 。一些研究结果表明，植物根系对反硝化作用 的影响限于孔隙度低的条件下，当孔隙度低于 10 %12 %时，根系中 O2 的耗 竭使反硝化作用增强。反硝化作用随土壤空气含量下降和土壤有机质含量的增加 而呈指数增加。 （5）土地利用方式和植物种类，除了草原生态系统土壤植被亚 系统自身的特性之外 , 土地利用方式对 N2O 排放的影响亦十分重要。主要表现 为农垦和放牧，放牧过程中可能会改变草地生态系统土壤的理化性质，农垦作为 天然草地主要的农业利用方式对整个草地生态系统的影响十分突出。土地利用方 式的改变会直接造成土壤有机质储量的减少 。根据万运帆11等对藏北草原温室 气体排放的研究，可以看出， 图 2 夏季放牧对 CO2 排放通量 图 3 夏季放牧对 CH4 吸收日 日变化的影响 变化通量日变化的影响 从不同放牧强度对 CO2排放通量 的日变化影响来看（图 1） ，虽然不同 时段 CO 2排放通量大小趋势并不完全 一致，但总体上的大小顺序是：中牧 轻牧重牧对照。从不同放牧强度对 CH 4吸收的日变化影响来看（图 2） ， 随着放牧强度的增加，草地对 CH4的 吸收能力下降，但还没有改变草地作为 聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） 8 CH4汇的功能。其中轻牧对草原 CH4 图 4 夏季放牧对 N2O 排放通量日变化 吸收的程度较轻，而中牧和重牧有相当 的影响 明显的影响，对照与轻牧、轻牧与中牧之间不同时段的平均吸收通量大小有交叉， 但它们与重牧之间均无交叉，重牧大大低于其他放牧强 度的 CH4吸收通量。从 夏季放牧期间 N2O 日平均排放通量的变化来看（图 3） ，整个放牧期间都没有大 的起伏变化，变化趋势线基本上是一条水平线。比较不同放牧强度对 N2O 日均 通量的影响发现，与其日变化表现出的差异基本一致，其变化趋势是重牧中牧 轻牧= 对照。 此外，植物对 N2O 释放的影响比较复杂。高等植物本身被认为是 N2O 的源， 同时，植物还通过影响其他环境条件而影响 N2O 的释放。植物根系的存在因能 提供 C 并使局部区域 O2 浓度降低而促进反硝化作用。 2.32.3 农田生态系统农田生态系统温室气体排放通量特征及其影响因素温室气体排放通量特征及其影响因素 农田生态系统是指一定农田范围内，作物和其他生物及其环境通过复杂的相 互作用和相互依存而形成的统一整体，即一定范围内农田构成的生态系统。农田 生态系统是人工建立的生态系统，其主要特点是人的作用非常关键，人们种植 的各种农作物是这一生态系统的主要成员。农田中的动植物种类较少，群落 的结构单一。 农田土壤通过微生物呼吸、植物根系呼吸和土壤动物呼吸，释放大量温室气 体，成为大气中主要温室气体（CO2、CH4和 N2O）的重要来源。影响农田土壤 CO2 排放的因素有：（1）温度的影响 在一定范围内环境温度升高可加速土壤中 有机质的分解和微生物活性 , 从而增加土壤中 CO2浓度，温度对 CO2释放量的 影响是通过多种途径起作用的。温度不仅影响微生物细胞的物理反应及化学反应 速率 ,而且对环境的物理化学特征也有影响 ,微生物细胞的活动是受热力学定律 所控制的。土壤有机质在微生物的参与下分解成简单的有机化合物 , 其中一部 分进一步矿化成 CO2、CH 4 等，该矿化过程受温度的控制。CO2排放速率的日 均值与气温、地表温度呈显著的相关关系。 （2）土壤水分 土壤水分不仅影响生 物体的有效水分含量 ,也影响土壤通气状况 、可溶物质的数量和 pH 值等 , 在 一定的水分含量范围内 ,CO2 释放量与水分含量呈极显著相关关系 。对于农田 中的甲烷气体来说，生态系统中的 CH4 都是在严格厌氧环境下由微生物活动而 聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） 9 产生的 , 即在酶的作用下分解碳水化合物成单糖 ,单糖再分解成酸 ,进而生成 CH4 ,基本化学式如下： C6 H12O6+2H2O = 2CH3COOH +2CO2 +4H2 CH3COOH = CH4+CO2 CO2 + 8H +CH4 + 2H2O 有机碳 C + 4H + CH4 产生 CH4 的土壤环境主要为各种类型的湿地及水稻田。目前认为水稻田是 CH4的主要人为源，但在好气条件下 CH4又会被 CH4氧化菌所氧化，从而使好气 土壤成为 CH4吸收汇12 。 影响农田生态系统 CH4排放因素主要通过影响 CH4的产生、氧化和传输过 程来调节 CH4的排放和吸收。这些因素主要有：（1）土壤质地：不同质地的土 壤，CH4排放量有明显的不同，壤质稻田的 CH4排放量显著大于粘质稻田土壤， 但砂质和壤质土壤 CH4平均排放通量的比较结果在年际之间不一致。粘质土壤排 放较少的原因可能是其对有机质有较强的保持作用，对氧化还原电位（Eh）变化 的缓冲作用较强，同时气体扩散也较慢的缘故。 （2）土壤温度：产生 CH4微生物 活动的适宜温度在 3040范围内，土壤 CH4的产生量随着土壤温度的升高而 增长，意大利对稻田 CH4排放的研究表明，当温度从 20增加到 35时，CH4 排放量增加 1 倍。 （3）土壤水分：土壤常年淹水可导致大量的 CH4排放，土壤水 分的微小变化都会明显改变 CH4排放量。土壤水分含量较高时，往往温室气体的 排放量也会增大13。 （4）土壤 Eh：因生成 CH4的反应处于土壤氧化还原系列的 还原端。土壤还原状态是生成 CH4的前提，土壤温度和 Eh 变化对稻田 CH4排放 通量日变化具有极显著的影响，但它们不是决定稻田 CH4排放通量季节变化的主 要因素14。 农田土壤中氧化亚氮（ N2O）产生的机理农田土壤中 N2O 的产生主要是在 微生物的参与下 ,通过硝化和反硝化作用完成 。其过程为： 硝化作用：NH4+H2 NOHNOHNO2-NO3- NO N2 O 反硝化作用：NO3- NO2- NO N2 O N2 聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） 10 上述反应中，NO 作为中间产物还有争议，基于对土壤中 N2 O 产生机理的 不同理解，导致不同的硝化过程表达，但 N2O 作为中间产物是肯定的。在有氧 条件下，硝化作用是产生 NO 与 N 2O 的主要来源。土壤的温度、湿度、pH 与 N H4+ 的浓度控制着硝化的进程 。 在众多的环境因素影响下，土壤作为 N2O 产生的载体，通过控制硝化、反 硝化进程与土壤温室气体的扩散而影响 N2O 的排放。概括说来，有如下因素： （1）土壤通气状况 土壤通气状况由水分含量、O2在土壤中扩散的难易程度以 及微生物对 O2的需求所决定。反硝化速率与 O2含量成反比。明显的反硝化作用 发生在 Eh 为 300650mV 之间，氧化势在 0mV 以下则不对 N2O/ N2之比产生 影响。在其它条件相同时，嫌气条件下的反硝化作用强于好气状况12。 （2）土壤 质地 土壤质地影响土壤通透性和水分含量，因而影响硝化和反硝化作用相对强 弱以及 N2O 在土壤中的扩散速率。土壤质地还影响土壤有机碳的分解速率，进 而会影响产生 N2O 的基质供应。土壤质地明显影响小麦和棉花田 N2O 的排放量， 壤质土壤排放的 N2O 高于砂质和粘质土壤15。 （3）土壤温度可以通过影响微生 物的活动来影响硝化与反硝化过程，从而影响 N2O 的排放，此外，诸如 pH，Eh 等也会对土壤中 N2O 的排放产生一定的影响，其机理可以参看其他生态系统温 室气体的排放。 2.42.4 水库生态系统水库生态系统温室气体排放通量特征及其影响因素温室气体排放通量特征及其影响因素 水库又称人工湖泊或人工湿地,是人类对土地进行有效利用的重要方式。长 期以来, 水电一直被认为是一种清洁能源而得到大规模的推广，世界大坝委员会 (World Commission on Dams, WCD)在工作报告中也指出，水库排放的温室气体 对全球的增温潜力占全球温室气体排放增温潜力的 1% 28%，水库是大气二氧 化碳和甲烷等温室气体的源。 水库产生的温室气体类型主要包括二氧化碳和甲烷，是水体中自身或陆源的 有机质(OM)在水中微生物的分解作用下生成的，所产生的二氧化碳和甲烷在水 体中经过扩散、运移、消耗等过程后，最终通过水气界面排向大气。在目前全球 大气中二氧化碳等温室气体浓度升高，导致全球气候变暖的背景下，温室气体的 源汇及其在生态系统中的循环流动成为国际关注焦点，而水库的温室气体排放也 已经成为了研究的热点。 聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） 11 水库是一种人工的水生生态系统，但其仍然是以流域的形态存在，库区水体 的温室气体排放，自然要受到流域内陆地生态系统的影响。陆地是水库中碳的重 要来源，不同地区水库由于淹没区植被与土壤类型的区别，以及不同水库运行管 理模式下形成的消落区存在差异，导致了不同水库陆源碳的差异，从而产生不同 强度的温室气体排放。此外，水体是温室气体产生和运移过程的载体，水气界面 的温室气体通量受到水环境因素的直接影响，可能产生影响的水环境因素主要包 括有机碳、初级生产力、pH 以及水温等。 （1）消落带与库区淹没土地的影响，水库蓄水期淹没大量土壤和植被，这 是导致水体中二氧化碳和甲烷大量排放的主要因素。由于植被和土壤的不同，其 中的有机碳含量会有所差异，因此被库区所淹没的不同类型的土壤和植被将会有 不同的温室气体排放潜力。时至今日，消落带地区所引起的温室气体排放已经引 起广泛关注。水库枯水期，消落区出露，植被开始自然恢复，有机碳在植被与土 壤中积累；水库丰水期，积累的有机碳在库底缺氧环境下分解产生大量甲烷和二 氧化碳等气体。不同地区水库由于运营管理不同，消落区出露时期以及时长存在 差别，将产生对温室气体排放的不同影响17。 （2）有机碳，水库水体中的有机碳是产生二氧化碳和甲烷的直接碳来源， 可分为自源和异源两类，自源有机碳由水中水生动、植物生长代谢或死亡后机体 分解产生，异源有机碳包括流域碳酸盐及含碳沉积岩侵蚀入库、流域土壤有机质 入库、含碳污染物排放、降雨注入。水库单位面积上产生的温室气体量与水库的 有机碳含量成比例，众多研究表明，水库的温室气体排放通量与水库的年龄相关， 水库蓄水运行初期，往往拥有很高的甲烷和二氧化碳排放，随后开始降低，最终 趋于天然河道水平，这与水库蓄水初期淹没大量植被和土壤，水体中易分解的有 机碳含量高有关。 （3）初级生产力，水体的初级生产力是水中藻类等水生生物的光合与呼吸 作用决定的，叶绿素 a 浓度是水体初级生产力的主要指标。水生生物(尤其是浮 游植物)的生物泵作用，使得水体二氧化碳分压发生变化，从而影响水气界面二 氧化碳通量。研究发现，初级生产力高的富营养水库，可以通过水生生物的光合 作用固定大量的二氧化碳，减小水气界面排放的二氧化碳，甚至成为大气二氧化 碳的汇。邢阳平等的研究表明湖泊的二氧化碳通量与叶绿素 a 的浓度呈负相关。 聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） 12 （4）pH，pH 值是水库水质的重要参数之一，其值的高低可对水体碳酸盐 平衡产生直接的影响，当 pH 值较高时，水体的碱性较高，此时水中游离的二氧 化碳容易溶于水形成碳酸盐，水中游离的二氧化碳分压降低，促使大气中的二氧 化碳进入水体，当 pH 值较低时，水体的二氧化碳分压较高，促使二氧化碳由水 体进入大气16。同时，相关学者的研究结果表明，水库水气界面的二氧化碳交换 通量与 pH 值呈强相关。 （5）水温，二氧化碳与甲烷是水中细菌在有氧或无氧的条件下分解有机碳 产生的，水体的温度将直接影响细菌的活性，从而影响温室气体产生过程。热带 水库的温室气体排放量高于温带和北方寒带水库，水温的差别是很重要的一个因 素。另外，温室气体在水中的溶解度与温度成反比，温度越低，气体溶解度越大， 从水中进入大气的温室气体将进一步减少17。 3 3 不同生态系统温室气体排放通量的概括比较不同生态系统温室气体排放通量的概括比较及减排对策及减排对策 3.13.1 影响温室气体排放的因素影响温室气体排放的因素 纵观各类生态系统温室气体排放的影响因素，影响生态系统温室气体排放的 主要因素来自于土壤和植被，据此，我们可以概括如表1。 表1 影响土壤温室气体排放的因素 管理方式环境因素 施肥类型和施肥量以及某些化学 物质的使用 土壤的理化性质（有机质含量， 土壤孔隙度，土壤酸度，土壤 中的氧气含量） 耕作方式土壤温度 植被种类大气温度与降水 植被遭破坏后 C、N 的残存量土壤微生物数量 由于不同生态系统所处的环境不同，影响其温室气体排放的主要因素也有所 不同，通过以上四种生态系统温室气体机理的探讨，可以认识到，湿地生态系统 受人类活动影响较小，其所排放的氮源主要来自于硝化与反硝化，同时其所处的 独特缺氧环境往往会使得甲烷气的大量生成。草原生态系统中，尽管受到一定程 度的人为干扰，但是在当前，影响其温室气体的排放的主要因素是其土壤的理化 聊城大学本科毕业论文（设计）聊城大学本科毕业论文（设计） 13 性质，其土壤的温度，含水率，氧气浓度，pH，Eh是决定其温室气体排放通量 的主要因素。农田生态系统则是受人为干扰活动影响最大的一个生态系统，人类 的开发利用活动往往会改变土壤的某一项指标和机能，从而在一定程度上干扰温 室气体的排放。水库生态系统对于温室气体的贡献程度越来越引发关注，由于其 既受到外源性干扰，也受到内源性因素的影响，因此，对于水库温室气体的研究 值得进一步进行。 3.23.2 减少温室气体排放的措施（生态角度）减少温室气体排放的措施（生态角度） 3.2.1加速人工绿地的发展 绿地的碳汇功能不容忽视，加速人工绿地发展，提高其碳汇功能，有助于恢 复和扩大绿地面积。还可以利用植物吸收二氧化碳放出氧气的光合作用，一方面 可以大大降低大气中二氧化碳的含量，避免温室效应的影响；另一方面又能美化 居住环境。 3.2.2优化农田管理 一般情况下，在有机物含量高的土壤中，有机肥的施入对稻田CH4排放的影 响较小，而在有机物含量较低的土壤中有机肥的施入能大幅度的增加稻田CH4的 排放。此外，水是影响稻田CH4排放的决定性因子，稻田中灌溉水的状态将决定 稻田CH4的排放CH4。通过改变稻田的灌水管理，可以调节土壤的氧化还原电位 状态，从而控制稻田CH4的排放，有关实验已经证明，深水灌溉、间歇灌溉和常 湿稻田都能减少稻田CH4的排放。 3.2.3改进畜牧业生产方式 畜牧业也是排放CH4的重要来源，因而需要讨论其CH4的减排方法，减少畜 产品CH4排放总量的途径有：改善食物构成，减少个体CH4排放量，提高动物生 产性能，减少动物饲养总量，从而减少CH4排放总量。对于牲畜饲料应进行氨化、 青贮、粉碎及颗粒化，主要是提高纤维素类物质的分解率来提高饲料的消化率， 提高动物生产性能，降低单位畜产品的CH4排放量 结语结语 虽然当前温室气体放研究的研究已经取得了很大的进展，但生态系统温室气 体的源汇探测仍是目前全球变话所关注的重要课题。对于生态系统温室气体的