EN中文

湿地科学 >

2024 , Vol. 22 >Issue 5: 674 - 685

DOI: https://doi.org/10.13248/j.cnki.wetlandsci.2024.05.006

 

江苏省不同类型湿地土壤甲烷产生潜力及其影响因素

  • 项剑 ,
  • 李嘉欣 ,
  • 孔梦婷 ,
  • 程锦萍 ,
  • 李成之 ,
  • 刘宇昂 ,
  • 郭欢 ,
  • 王艮梅 ,
  • 张焕朝
展开

项剑(1987—)，男，安徽省宿松人，博士，讲师，从事湿地甲烷排放与固碳研究。E-mail:

收稿日期: 2023-10-18

  修回日期: 2023-12-20

  网络出版日期: 2025-08-14

基金资助

国家自然科学基金项目(41801073)

中国博士后科学基金项目(2020M671508)

江苏省2022年度碳达峰碳中和科技专项资金项目(BE2022305)

江苏省高等学校大学生创新创业训练计划项目(02110298007Z)

版权

版权所有©《湿地科学》编辑部2024
收起

Methane Production Potential in Different Types of Wetland Soils in Jiangsu Province and Its Influencing Factors

  • XIANG Jian ,
  • LI Jiaxin ,
  • KONG Mengting ,
  • CHENG Jinping ,
  • LI Chengzhi ,
  • LIU Yuang ,
  • GUO Huan ,
  • WANG Genmei ,
  • ZHANG Huanchao
Expand

Received date: 2023-10-18

  Revised date: 2023-12-20

  Online published: 2025-08-14

Copyright

Copyright © 2024 Wetland Science. All rights reserved.
Fold

摘要

为了探究江苏省不同类型湿地土壤甲烷产生潜力及其影响因素，以江苏省境内的湖泊湿地(洪泽湖和太湖)、河流湿地(淮河和长江)和滨海湿地为研究对象，采集不同植被类型湿地土壤，通过室内培养试验研究土壤甲烷产生潜力，并分析不同湿地土壤甲烷产生潜力与土壤有机碳、溶解性有机碳、全氮、铵态氮、硝态氮和pH之间的关系。研究结果表明，不同类型湿地土壤理化性质差异明显，湖泊湿地土壤有机碳、溶解性有机碳、全氮和铵态氮含量显著高于河流湿地和滨海湿地，仅洪泽湖湿地土壤硝态氮含量显著高于其他湿地；湖泊湿地、河流湿地和滨海湿地土壤甲烷产生潜力分别为0.048~4.556 μg/(g·d)、0.005~0.145 μg/(g·d)和0.002~0.348 μg/(g·d)，湖泊湿地土壤甲烷产生潜力最高，分别是河流湿地和滨海湿地的9.6~31.4倍和13.1~24.0倍；湖泊湿地土壤甲烷产生潜力的主要影响因素为溶解性有机碳，河流湿地土壤甲烷产生潜力的主要影响因素是全氮含量，而滨海湿地土壤甲烷产生潜力的主要影响因素为溶解性有机碳和铵态氮含量。

本文引用格式

项剑 , 李嘉欣 , 孔梦婷 , 程锦萍 , 李成之 , 刘宇昂 , 郭欢 , 王艮梅 , 张焕朝 . 江苏省不同类型湿地土壤甲烷产生潜力及其影响因素[J]. 湿地科学, 2024 , 22(5) : 674 -685 . DOI: 10.13248/j.cnki.wetlandsci.2024.05.006

Abstract

In order to explore the characteristics and influencing mechanisms of CH4 production potential in different types of wetlands in Jiangsu Province, and to accurately assess CH4 emissions and their importance in carbon emission estimation, the inland lake wetlands, river wetlands, and coastal wetlands were selected as the research objects. Soil samples from different vegetation types in lakes (Hongze Lake, Taihu Lake), rivers (Huaihe River, Yangtze River), and coastal areas were collected and the CH4 production potential was quantified through indoor cultivation experiments. The relationship between CH4 production potential and soil organic carbon, dissolved organic carbon, total nitrogen, ammonium nitrogen, nitrate nitrogen, and soil pH, was analyzed. The results showed that there were significant differences in physicochemical properties of soils among different types of wetlands, with lake wetlands having significantly higher contents of soil organic carbon, dissolved organic carbon, total nitrogen, ammonium nitrogen, compared to river wetlands and coastal wetlands, while only Hongze Lake wetland soil exhibited a discernibly higher nitrate nitrogen content than other wetlands. The CH4 production potentials in soils of lake wetlands, river wetlands, and coastal wetlands were 0.048-4.556 μg/(g·d), 0.005-0.145 μg/(g·d), and 0.002-0.348 μg/(g·d), respectively. The soil CH4 production potential in lake wetlands was the highest, being 9.6-31.4 times that of river wetlands and 13.0-24.0 times that of coastal wetlands. Accordingly, the CH4 production potential in different types of wetland soils in Jiangsu Province ranked as follows: lake wetlands>coastal wetlands>river wetlands. The main influencing factor for CH4 production potential in lake wetland soils was the dissolved organic carbon content, whereas the total nitrogen content was the predominant factor influencing CH4 production potential of river wetlands, and the CH4 production potential of coastal wetlands was mainly affected by the dissolved organic carbon and ammonium nitrogen contents.

甲烷(CH4)是仅次于二氧化碳(CO2)的第二大温室气体，其百年尺度下的全球变暖潜力(GWP)是CO2的28倍，对全球变暖的贡献率达20%[1]。随着有机物厌氧分解等自然源和化石燃料使用等人为源排放的CH4不断增加[2]，其对气候变化的影响越来越大。大气CH4浓度自1750年以来显著增长，目前已达工业革命前的2.5倍[3]。CH4浓度的持续增加提高了全球平均气温，在推动气候变化的同时，其引起的反馈作用又会破坏生态系统的稳定，进一步推动全球气候变暖。湿地生态系统储存了大量的碳，是CH4最大的自然排放源[4]，湿地面积仅占全球陆地总面积的5%~8%，但湿地CH4排放量约占全球CH4排放总量的30%[5-6]。自然湿地包括湖泊、河流、沼泽地、泥炭地、盐沼、滩涂等。据报道，全球湖泊CH4年排放量为8~48 Tg，占CH4自然源排放总量的6%~16%[7-8]，且湖泊CH4排放量呈逐年增加趋势[9]。全球河流CH4年排放量约为1.5~26.8 Tg，相当于湖泊CH4年排放总量的40%[10-11]。虽然滨海湿地占全球陆地总面积的比重较小，但其每年向大气排放的CH4总量约为100~231 Tg，是重要的CH4排放源[12]。
当前，中国湿地CH4产生及其影响因子的研究主要集中在黄河口[13]、闽江河口[14⇓⇓-17]、东北三江平原[18⇓-20]、长江口[21]、青藏高原若尔盖草甸[22]等自然湿地。湿地CH4产生和排放具有明显的时空变化特征，即使同一气候带的湿地CH4排放能力也不尽一致[23]。江苏省地处中国东部沿海地区中部，长江、淮河下游，东濒黄海，境内有太湖、洪泽湖等大型湖泊，湿地资源十分丰富，同时也是中国南北气候过渡带的典型区域。
针对不同类型湿地土壤CH4产生潜力及其影响机制尚不明晰的问题，本研究选取江苏省境内的河流湿地、湖泊湿地和滨海湿地3种类型的自然湿地，分别采集湿地中不同植被群落下的土壤样品，对比分析不同类型湿地土壤甲烷产生潜力及其影响因素，从而为准确评估不同类型湿地CH4排放及其在碳排放估算中的贡献提供科学数据和参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区与采样点

江苏省位于亚洲大陆东岸的中纬度地带，属东亚季风气候区，处在亚热带和暖温带的过渡地带，气候温和，四季分明，降水集中，雨量和光热充沛。长江横穿江苏省南部，江水是江苏省最可靠的水资源。江苏省境内有太湖、洪泽湖等大中型湖泊，以及大运河、淮河等河流，此外还有大小湖泊290多个，其中面积50 km2以上的湖泊有12个[24]。江苏省拥有1 039 km的海岸线，形成滨海湿地4 560 km2[25]。
选取湖泊湿地(太湖和洪泽湖)、河流湿地(长江和淮河)和滨海湿地(江苏大丰麋鹿国家级自然保护区) 3种类型的自然湿地，研究湿地土壤甲烷产生潜力。在太湖，采集湖滨的荷花(Nelumbo nucifera)、湖心开放水面和芦苇(Phragmites australis)湿地土壤样品；在洪泽湖，采集开放水面、荷花、芦苇和沉水植物湿地土壤样品；在长江流域的南京市燕子矶公园，采集开放水面、光滩、芦苇湿地土壤样品；在张家港市长江入海口，采集光滩土壤样品；在淮河，采集开放水面和芦苇湿地土壤样品；在江苏大丰麋鹿国家级自然保护区附近，采集光滩、互花米草(Spartina alterniflora)、芦苇和碱蓬(Suaeda glauca)湿地土壤样品(图1和表1)。
1 江苏省不同类型湿地采样地分布

Distribution sampling sites in different types of wetlands in Jiangsu Province

2 江苏省不同类型湿地采样地概况

Overview of sampling sites in different types of wetlands in Jiangsu Province

湿地类型 采样地 植被类型 经纬度 采样点编号
湖泊湿地 洪泽湖 荷花 33°12′55″N，118°19′52″E 1
开放水面 33°12′45″N，118°19′39″E 2
沉水植物 33°13′21″N，118°17′46″E 3
芦苇 33°13′21″N，118°17′46″E 4
太湖 开放水面 31°02′06″N，120°25′24″E 5
荷花 31°02′09″N，120°25′22″E 6
芦苇 31°02′06″N，120°25′24″E 7
河流湿地 淮河 开放水面 33°16′02″N，118°22′01″E 8
芦苇 33º11′01″N，118º40′02″E 9
长江 开放水面 32°14′50″N，118°49′55″E 10
燕子矶光滩 32°14′45″N，118°49′56″E 11
芦苇 32°14′43″N，118°49′53″E 12
入海口光滩 31°59′38″N，120°49′59″E 13
滨海湿地 江苏大丰麋鹿国家级自然保护区 互花米草 32°59′41″N，120°48′52″E 14
光滩 32°59′41″N，120°48′54″E 15
芦苇 32°59′39″N，120°48′48″E 16
碱蓬 32°59′37″N，120°48′52″E 17

1.2 样品采集与处理

2022年6月至9月，采用五点取样法，采集0~20 cm深度土壤样品，将采集的样品小心混匀，作为每个采样点的1份土壤样品。在5处采样地，共采集土壤样品17份，将土壤样品带回实验室并分成3部分，一部分新鲜土样保存在-20 ℃的冰箱中，用于后续培养试验；一部分新鲜土样用于测定铵态氮、硝态氮和溶解性有机碳含量；一部分自然风干用于测定pH、全氮和有机碳含量。

1.3 土壤基本性质的测定方法

使用pH计(PHS-3C型)，测定土壤pH。采用凯氏定氮法，测定土壤全氮含量(质量分数)。将土壤样品用纯水浸提(土水比为1:5)后震荡1 h，抽滤，然后过0.45 μm微孔滤膜，取滤液用总有机碳分析仪测定溶解性有机碳含量(质量分数)[26]。采用重铬酸钾氧化-高温外加热法，测定土壤有机碳含量(质量分数)。采用2 mol/L氯化钾浸提-紫外分光光度法，测定铵态氮和硝态氮含量(质量分数)。以上指标的测定均在土壤甲烷产生潜力培养试验之前进行，具体操作方法参照《土壤农业化学分析方法》[27]和《土壤农化分析》第三版[28]。

1.4 土壤甲烷产生潜力测定与计算方法

土壤甲烷产生潜力测定方法参照Galand等[29]的方法，并做改进。称取相当于10 g干质量的新鲜土样至100 mL的培养瓶中，以土水比1:3加入去离子水，搅拌，使瓶中土壤呈泥浆状，加硅胶塞密封。硅胶塞中间留一小孔，内插一截不锈钢管，管外套一段硅胶软管，再用进样垫塞紧硅胶软管并用704硅胶密封，通过此硅胶塞孔进行抽真空、充N2及气体采样。将培养瓶经3次抽真空、充N2(最后充N2至1 tm)后置于25 ℃暗箱中培养10 d，中间无洗气过程，每隔24 h采集1次气体样品，共采集10次。利用岛津GC-2014B气相色谱仪测定CH4浓度，检测器为氢气火焰离子(FID)检测器，载气为氮气(N2)，氢气(H2)为燃气，以空气助燃。土壤甲烷产生潜力由瓶中CH4浓度线性增长的斜率来表征。计算公式如下：
P = ρ × V W × d C d t × 273 273 + T
式中，P[μg/(g·d)]为甲烷产生潜力；ρ(g/cm3)为标准状态下CH4的密度；V(cm3)为培养瓶上部空间的体积；W(g)为培养瓶内烘干土重；dC/dt[μg/(g·d)]为单位时间内培养瓶内CH4浓度变化量；T(℃)为培养温度。

1.5 数据统计与分析

利用Excel 2021软件进行数据整理与分析。采用SPSS 20.0软件中的单因素方差分析(ANOVA)和最小显著差异法(LSD)，进行多重比较，分析不同处理之间差异的显著性；采用Pearson相关分析，分析土壤甲烷产生潜力与基本理化性质之间的相关关系，p<0.05为显著相关，p<0.01为极显著相关；采用主成分分析法(Principal component analysis，PCA)，探究不同湿地土壤甲烷产生潜力的主要影响因子。利用OriginPro 2023软件，作图。

2 结果与分析

2.1 不同类型湿地土壤基本理化性质

湖泊湿地土壤pH为5.64~7.90，河流湿地土壤pH为7.56~8.13，滨海湿地土壤pH为8.08~8.21，总体上滨海湿地土壤pH显著高于其他两种湿地(p<0.05)，但太湖荷花湿地(采样点6)土壤pH仅为5.64，显著低于其他所有类型湿地(图2a)。
2 江苏省不同类型湿地土壤基本理化性质

Basic physicochemical properties in different types of wetland soils in Jiangsu Province

n=3，p<0.05)；小写字母不同，表示相同湿地类型不同采样点间差异显著(n=3，p<0.05)；a. pH；b. 溶解性有机碳质量分数；c. 有机碳质量分数；d. 总氮质量分数；e. 铵态氮质量分数；f. 硝态氮质量分数。]]>

不同类型湿地土壤溶解性有机碳含量为23.94~408.06 mg/kg，其中最高值与最低值分别为洪泽湖开放水面(采样点2)和长江入海口光滩(采样点13)(图2b)。湖泊、河流和滨海湿地土壤溶解性有机碳含量分别为54.35~408.06 mg/kg、23.94~89.26 mg/kg和45.92~86.09 mg/kg，湖泊湿地明显高于河流湿地和滨海湿地，其中洪泽湖不同湿地土壤(采样点1~4)溶解性有机碳含量差异显著，且均显著高于太湖和其他湿地(p<0.05)。不同类型湿地土壤有机碳含量为1.43~36.57 g/kg(图2c)，湖泊湿地、河流湿地和滨海湿地土壤有机碳含量分别为12.72~36.57 g/kg、1.43~7.02 g/kg和2.29~5.34 g/kg，其中洪泽湖芦苇湿地(采样点4)土壤有机碳含量显著高于其他湿地(p<0.05)，其次是采样点1(33.77 g/kg)、采样点2(26.88 g/kg)和采样点6(26.71 g/kg)。
不同类型湿地土壤全氮含量与有机碳含量的变化趋势基本一致，不同类型湿地土壤全氮含量为0.08~2.82 g/kg(图2d)，湖泊湿地、河流湿地和滨海湿地全氮含量分别为0.88~2.82 g/kg、0.14~0.66 g/kg和0.08~0.57 g/kg，其中采样点6土壤全氮含量为2.82 g/kg，显著高于其他类型湿地，其次是采样点4(2.17 g/kg)和采样点1(2.00 g/kg)。整体而言，湖泊湿地土壤有机碳和全氮含量均显著高于河流湿地和滨海湿地(p<0.05)。不同类型湿地土壤铵态氮和硝态氮含量分别为1.67~142.81 mg/kg和0.00~0.60 mg/kg (图2e和图2f)，其中洪泽湖湿地土壤铵态氮含量均大于100 mg/kg且显著高于其他湿地(p<0.05)。

2.2 不同类型湿地土壤甲烷产生潜力

江苏省不同类型湿地土壤甲烷产生潜力的变化范围为0.002~4.556 μg/(g·d)，其中湖泊湿地、河流湿地和滨海湿地土壤甲烷产生潜力分别为0.048~4.556 μg/(g·d)、0.005~0.145 μg/(g·d)和0.002~0.348 μg/(g·d)(图3)。湖泊湿地土壤甲烷产生潜力显著高于河流湿地和滨海湿地(p<0.05)，而河流湿地土壤甲烷产生潜力与滨海湿地无显著差异(p>0.05)。湖泊湿地中的洪泽湖不同采样点土壤甲烷产生潜力由高到低依次为采样点4、采样点2、采样点1、采样点3，而太湖不同采样点土壤甲烷产生潜力由高到低依次为采样点6、采样点5、采样点7，同种植被类型相比，洪泽湖湿地土壤甲烷产生潜力显著高于太湖(p<0.05)，与土壤有机碳含量的变化相一致。河流湿地中长江开放水面土壤甲烷产生潜力为(0.145±0.025) μg/(g·d)，显著高于其他类型的河流湿地(p<0.05)。滨海湿地中的互花米草湿地土壤甲烷产生潜力为(0.348±0.010) μg/(g·d)，显著高于其他类型的滨海湿地(p<0.05)。
3 江苏省不同类型湿地土壤甲烷产生潜力

Methane production potential in different types of wetland soils in Jiangsu Province

n=3，p<0.05)；数据柱上方的小写字母不同表示相同湿地类型不同植被类型之间数据差异显著(n=3，p<0.05)。]]>

2.3 甲烷产生潜力与土壤基本理化性质的关系

土壤甲烷产生潜力与有机碳含量关系密切，整体而言，3种类型湿地土壤甲烷产生潜力与土壤有机碳含量极显著正相关(R2=0.78，p<0.01)，随着土壤有机碳含量的增加，土壤甲烷产生潜力不断增加(图4)。其中，湖泊湿地和滨海湿地土壤甲烷产生潜力与土壤有机碳含量均显著正相关，土壤有机碳含量分别可以解释甲烷产生潜力变化的86%(R2=0.86，p<0.01)和62%(R2=0.62，p<0.01)；河流湿地土壤甲烷产生潜力与土壤有机碳含量的相关性不显著(R2=0.16，p=0.461)，土壤有机碳含量对河流湿地土壤甲烷产生潜力的解释有限。
4 江苏省不同类型湿地土壤甲烷产生潜力与有机碳含量(质量分数)的相关性

Correlation between methane production potential and organic carbon contents in different types of wetland soils in Jiangsu Province

不同类型湿地土壤甲烷产生潜力与土壤溶解性有机碳含量显著正相关(R2=0.74，p<0.05；图5)，随着溶解性有机碳含量的增加，甲烷产生潜力不断增加。其中，湖泊湿地和滨海湿地土壤甲烷产生潜力与溶解性有机碳含量均显著正相关，溶解性有机碳含量分别可解释土壤甲烷产生潜力变化的67%(R2=0.67，p<0.01)和75%(R2=0.75，p<0.01)，但河流湿地土壤甲烷产生潜力与溶解性有机碳含量的相关性并不显著(R2=0.07，p=0.359)，土壤溶解性有机碳含量对河流湿地甲烷产生潜力的解释有限。
5 江苏省不同类型湿地土壤甲烷产生潜力与溶解性有机碳的相关性

Correlation between methane production potential and dissolved organic carbon contents in different types of wetland soils in Jiangsu Province

江苏省不同类型湿地土壤甲烷产生潜力与全氮含量极显著正相关(R2=0.49，p<0.01；图6)，随着全氮含量的增加，土壤甲烷产生潜力不断增加。其中，湖泊湿地和河流湿地土壤甲烷产生潜力与全氮含量的相关性不显著(p>0.05)，土壤全氮含量对湖泊湿地和河流湿地土壤甲烷产生潜力的解释有限；滨海湿地土壤甲烷产生潜力与全氮含量显著正相关，全氮含量可解释土壤甲烷产生潜力的38%(R2=0.38，p<0.05)。
6 江苏省不同类型湿地土壤甲烷产生潜力与全氮含量(质量分数)的相关性

Correlation between methane production potential and total nitrogen contents in different types of wetland soils in Jiangsu Province

不同类型湿地土壤甲烷产生潜力与土壤铵态氮含量极显著正相关(R2=0.91，p<0.01；图7)，随着铵态氮含量的增加，甲烷产生潜力不断增加。土壤铵态氮含量分别可以解释湖泊湿地、河流湿地和滨海湿地土壤甲烷产生潜力变化的85%、39%和67%(R2=0.85，p<0.01；R2=0.39，p<0.01；R2=0.67，p<0.01)。
7 江苏省不同类型湿地土壤甲烷产生潜力与铵态氮含量(质量分数)的相关性

Correlation between methane production potential and ammonium nitrogen contents in different types of wetland soils in Jiangsu Province

2.4 不同湿地土壤甲烷产生潜力的主要影响因子

主成分分析结果表明，江苏省3种类型湿地土壤甲烷产生潜力的影响因子主要集中在前2个主成分，累计贡献率为86.037%，其中第一主成分的特征值为3.598，贡献率为59.970%(表2)。得分系数较高的指标有土壤有机碳、全氮和铵态氮含量，分别可解释甲烷产生潜力变化的21.03%、19.78%和19.16%，因此，有机碳、全氮和铵态氮含量为江苏省不同类型湿地土壤甲烷产生潜力的主要影响因子。
2 江苏省不同类型湿地土壤甲烷产生潜力影响因子的主成分分析得分系数

Score coefficient of principal component analysis for factors affecting soil methane production potential in different types of wetlands in Jiangsu Province

指标 3种类型湿地 湖泊湿地 河流湿地 滨海湿地
第一主成分 第二主成分 第一主成分 第二主成分 第一主成分 第二主成分 第三主成分 第一主成分 第二主成分
pH -0.181 0.356 0.251 -0.206 -0.244 0.323 0.353 0.088 0.659
有机碳 0.270 -0.039 0.036 0.404 0.230 0.277 -0.546 0.229 -0.34
溶解性有机碳 0.217 0.346 0.318 0.189 0.266 0.185 0.532 0.247 0.229
全氮 0.254 -0.216 -0.193 0.355 0.320 0.123 -0.156 0.184 -0.341
铵态氮 0.246 0.251 0.303 0.226 0.295 -0.226 0.416 0.257 0.013
硝态氮 -0.013 0.531 0.288 -0.080 0.011 -0.619 -0.087 0.228 0.100
特征值 3.598 1.564 2.646 2.353 2.683 1.506 1.110 3.658 1.564
贡献率/% 59.970 26.067 44.099 39.219 44.717 25.104 18.502 60.966 22.858
累计贡献率/% 59.970 86.037 44.099 83.318 44.717 69.829 88.322 60.966 83.825
按湿地类型来看，湖泊湿地土壤甲烷产生潜力的影响因子主要集中在前2个主成分中，累计贡献率为83.318%，其中第一主成分特征值为2.646，贡献率为44.099%，得分系数较高的指标有pH、溶解性有机碳、铵态氮和硝态氮，分别可解释甲烷产生潜力变化的9.54%、12.08%、11.52%和10.95%，由此可见pH、溶解性有机碳、铵态氮和硝态氮为湖泊湿地土壤甲烷产生潜力的主要影响因子。河流湿地土壤甲烷产生潜力的影响因子集中在前3个主成分中，累计贡献率为88.322%，第一主成分特征值为2.683，贡献率为44.717%，得分系数较高的指标只有全氮含量，因此，全氮为河流湿地土壤甲烷产生潜力的主要影响因子。滨海湿地土壤甲烷产生潜力的影响因子分也集中在前2个主成分中，累计贡献率为83.825%，其中第一主成分的特征值为3.658，贡献率为60.966%，得分系数较高的指标有铵态氮、溶解性有机碳、硝态氮、有机碳和全氮，分别可解释滨海湿地土壤甲烷产生潜力变化的13.69%、13.13%、12.17%、12.15%和9.79%，由此推测铵态氮、溶解性有机碳、硝态氮、有机碳和全氮均为滨海湿地土壤甲烷产生潜力的主要影响因子。

3 讨论

3.1 不同类型湿地土壤甲烷产生潜力的差异

江苏省不同类型湿地土壤甲烷产生潜力存在显著差异，总体而言，湖泊湿地土壤甲烷产生潜力显著高于河流湿地和滨海湿地，与中国湖泊湿地、河流湿地和滨海湿地CH4排放通量的变化规律一致[30-31]。对全球不同类型湿地CH4排放的研究也表明，湖泊湿地CH4排放量要高于河流、海洋等[32]。不同类型湿地水文生态等方面的差异可能是导致土壤甲烷产生潜力差异的关键因素[33]，受植被、降水等因素的影响，大量陆源溶解性有机碳汇入湖泊厌氧沉积层进行积累，为CH4产生提供了丰富的碳源[34]。湖藻、水草等植物也是湖泊中有机质的主要来源，相关研究表明，湖藻、水草等植物具有较高的生态系统生产力，会导致CH4排放的增加[35]，且湖泊湿地相较于其他类型湿地通常具有更稳定的水位线[36-37]，从而拥有更多的原生有机质，而原生有机质比外来有机质能提供稳定性更低的底物，有利于CH4生成[38]。此外，湖泊通常比水库更易发生富营养化[39]，富营养化程度的增加也会进一步刺激CH4的排放[40-41]。
河流湿地土壤甲烷产生潜力略高于滨海湿地，滨海湿地表层水体CH4垂向扩散通量约为15.68 mg/(m2·d)[42-43]，而河流水体CH4扩散通量可高达2 062.46 mg/(m2·d)[44⇓-46]，明显高于滨海湿地。相较于滨海湿地，河流湿地营养物质含量高，水位较浅，大部分颗粒有机物在未分解状态下进入到沉积物中，形成富含有机物的河流底质，这种环境能够增强产甲烷菌的产CH4能力[43]。此外，河流与滨海湿地土壤主要产CH4途径也有所不同[12]：河流湿地土壤CH4产生途径主要以乙酸发酵和碳还原两种反应为主[47]，而滨海湿地由于受到海水周期性淹没的影响，土壤中SO42-的含量相对较高，所以C1甲基化合物歧化途径是滨海湿地土壤产CH4的主要途径[48]。对日本临伊势湾沿海湿地的研究也表明，硫酸盐对CH4产生过程有抑制作用[49]，SO42-作为有效的电子受体可以将土壤CH4产生过程转变为硫酸盐还原过程[50]。

3.2 不同类型湿地土壤甲烷产生潜力的影响因素

植物在调节CH4排放的过程中发挥着重要作用，其能够为产甲烷菌提供底物并传输CH4和氧气，因此，在预测湿地CH4排放通量时，应关注湿地植被覆盖和植被类型的影响。本研究表明，植被覆盖与物种分布均显著影响土壤甲烷产生潜力，湖泊湿地有植被覆盖的土壤具有更高的CH4产生潜力(见图3)，植物能够通过根系分泌物和凋落物为产甲烷菌提供底物，且根系呼吸产生的CO2也是CH4产生的重要基质[51]。但Kao-Kniffin等[52]对包括金叶苔草(Carex stricta)在内的9种植被类型湿地CH4排放通量的研究发现，CH4排放通量随着植物生物量的增加而减少。本研究中河流湿地和滨海湿地有植被覆盖的区域土壤甲烷产生潜力更低，植被生长周期、凋落物特征、气体传输机制以及气候差异等均会导致湿地CH4排放通量发生变化[53-54]。滨海湿地互花米草和芦苇湿地土壤甲烷产生潜力高于碱蓬湿地，这是由于相较于草本植物，禾本植物具有更高的生物量和根茎横截面积，因此在向地下输送氧气和根际氧化方面具有更强的能力[55]。互花米草属于外来入侵种，相较于本土植物芦苇，其生长特性更具优势[56]，Cheng等[21]对互花米草和芦苇湿地CH4排放通量的比较研究发现，互花米草湿地土壤有机碳、全氮、溶解性有机碳以及顽固性碳明显高于芦苇湿地，与本研究结果一致。随着互花米草入侵年限的增加，土壤有机碳含量不断增加，CH4产生潜力和排放通量也不断增大[57]。综上所述，不同类型湿地土壤甲烷产生潜力受底物供应的影响较大，但同一类型湿地土壤甲烷产生潜力随植被类型的变化也较大。
本研究发现，湖泊湿地、河流湿地和滨海湿地土壤甲烷产生潜力与土壤有机碳含量显著正相关(见图4)，这与Yang[58]对湖泊、河流、水库等湿地甲烷产生潜力与土壤有机碳含量关系的研究结果一致，有机质中活性碳的多寡是土壤甲烷产生潜力强弱和产CH4量高低的决定因素[59]，土壤有机碳、溶解性有机碳含量和质量可以影响产CH4底物供应、产CH4菌数量及产CH4菌群落结构，从而影响CH4排放[22,60,61]。湖泊和滨海湿地甲烷产生潜力也随着溶解性有机碳含量的增加而增加，丰富的易分解底物供应更有利于促进CH4的产生[62]。
此外，土壤全氮也可以通过影响有机氮矿化和无机氮同化影响湿地甲烷产生潜力[63-64]。本研究中随着全氮和铵态氮含量的增加，湿地甲烷产生潜力不断增加(见图5)。氮的输入通过改变土壤碳氮比影响微生物活性[65]，然而不同形态的氮对CH4产生的影响也有所差异[55]，不论是人工湿地还是天然湿地，硝态氮输入对湿地土壤甲烷产生速率具有抑制作用是较多研究的共同结论[66]。但是，目前关于硝态氮输入对湿地土壤甲烷产生速率的影响报道较少，且结论具有明显的不确定性。Xiao等[67]的研究发现，铵态氮对长江三角洲湿地CH4排放影响显著，而硝态氮的影响则较弱，因能量成本低，微生物更喜欢利用铵态氮而非硝态氮[68]。

4 结论

江苏省境内湖泊湿地土壤有机碳含量、溶解性有机碳含量和总氮含量均显著高于河流湿地和滨海湿地，不同类型湿地土壤甲烷产生潜力也存在差异，其中湖泊湿地土壤甲烷产生潜力最高，分别是河流湿地和滨海湿地的9.6~31.4倍和13.1~24.0倍，是不可忽视的CH4潜在排放源。湖泊湿地土壤甲烷产生潜力的主要影响因素为溶解性有机碳含量，而河流湿地土壤甲烷产生潜力的主要影响因素为土壤全氮含量，滨海湿地土壤甲烷产生潜力的主要影响因素为土壤溶解性有机碳和铵态氮含量。同时，不同类型湿地的水文条件、植被类型及产甲烷途径等也存在较大差异，未来在预测湿地CH4排放量时，应考虑相关因素的影响。

参考文献

原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
Options
文章导航

/

〈 〉