神農(nóng)架大九湖泥炭濕地非生長(zhǎng)季CO2通量特征

李 愈，葛繼穩(wěn)*，斯南雍茜，王璐雯，王九妹

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)盆地水文過(guò)程與濕地生態(tài)恢復(fù)學(xué)術(shù)創(chuàng)新基地，湖北 武漢 430078；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)濕地演化與生態(tài)恢復(fù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430078；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)生態(tài)環(huán)境研究所，湖北 武漢 430078；4.西藏自治區(qū)日喀則生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，西藏 日喀則 857000)

全球濕地面積僅占陸地面積的6%[1]，但卻是重要的碳庫(kù)，它儲(chǔ)存了全球陸地生態(tài)系統(tǒng)10%～30%的碳[2]。其中，泥炭濕地的大氣碳量占比達(dá)32.6%～73.9%，泥炭濕地碳儲(chǔ)量的動(dòng)態(tài)變化可直接影響全球碳循環(huán)和大氣中CO2的濃度[3]。碳的循環(huán)過(guò)程是復(fù)雜多變的，在時(shí)間上碳平衡總包含著不確定性，在不同的時(shí)間尺度上既能表現(xiàn)為碳源也能表現(xiàn)為碳匯[4]，因此關(guān)于濕地的碳源/碳匯功能目前還沒(méi)有定論[5]。當(dāng)前，生長(zhǎng)季CO2收支動(dòng)態(tài)及其與各種環(huán)境因子之間的關(guān)系是泥炭濕地生態(tài)系統(tǒng)CO2通量研究的主要內(nèi)容[6]，盡管生長(zhǎng)季的CO2通量研究能為泥炭濕地生態(tài)系統(tǒng)碳收支提供重要信息，但泥炭濕地非生長(zhǎng)季的CO2通量研究同樣重要。非生長(zhǎng)季土壤呼吸釋放的CO2是碳收支極重要的組成部分[7]，對(duì)泥炭濕地生態(tài)系統(tǒng)的碳平衡有明顯的影響[8]。相關(guān)研究表明，非生長(zhǎng)季土壤呼吸釋放的CO2占全年土壤呼吸釋放CO2總量的14%～30%[9]。冬季環(huán)境對(duì)土壤理化性質(zhì)、微生物動(dòng)態(tài)的影響導(dǎo)致泥炭濕地非生長(zhǎng)季CO2通量發(fā)生變化，這種影響將一直延續(xù)到植物生長(zhǎng)季[10]。為了更加準(zhǔn)確地估算泥炭濕地生態(tài)系統(tǒng)CO2平衡，冬季長(zhǎng)期連續(xù)的CO2通量監(jiān)測(cè)是非常必要的。因此，加強(qiáng)對(duì)非生長(zhǎng)季泥炭濕地生態(tài)系統(tǒng)CO2通量的研究有助于深入地理解CO2通量全年動(dòng)態(tài)變化以及認(rèn)識(shí)泥炭濕地碳源、碳匯的關(guān)鍵過(guò)程，對(duì)土壤碳固定和釋放以及全球氣候變化響應(yīng)具有重要的意義。

渦度相關(guān)觀測(cè)系統(tǒng)是直接測(cè)定大氣與植物群落間CO2交換量的重要方法，也是國(guó)際上碳水通量測(cè)定最有效且非破壞性的微氣象技術(shù)[11]。目前，國(guó)外對(duì)泥炭濕地生態(tài)系統(tǒng)非生長(zhǎng)季CO2通量的研究主要集中在中低緯度地區(qū)和極地地區(qū)，并發(fā)現(xiàn)中緯度地區(qū)的CO2日釋放量高于高緯度地區(qū)，極地地區(qū)的CO2日釋放量最少[12]。國(guó)內(nèi)關(guān)于泥炭濕地生態(tài)系統(tǒng)非生長(zhǎng)季CO2通量的研究主要集中在青藏高原高寒濕地[13]、黃河三角洲濕地[14]、新疆艾比湖濕地等地區(qū)[15]，對(duì)亞高山泥炭濕地生態(tài)系統(tǒng)非生長(zhǎng)季CO2通量的研究報(bào)道較少。

神農(nóng)架大九湖泥炭濕地是華中地區(qū)保存最完好的亞高山泥炭沼澤濕地，也是亞高山泥炭濕地生態(tài)系統(tǒng)的典型區(qū)域，因其獨(dú)特的地理位置和特有的氣候條件，使其在世界中緯度地區(qū)具有典型性、代表性、稀有性和獨(dú)特性，亞高山地區(qū)對(duì)全球氣候變化具有重要的調(diào)節(jié)和指示作用，是研究全球氣候變化響應(yīng)的理想?yún)^(qū)域[16]。因此，開(kāi)展神農(nóng)架大九湖亞高山泥炭濕地非生長(zhǎng)季CO2通量的研究，對(duì)了解大九湖泥炭濕地生態(tài)系統(tǒng)碳收支動(dòng)態(tài)以及全球氣候變化的響應(yīng)模式具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

神農(nóng)架大九湖泥炭濕地位于湖北省神農(nóng)架林區(qū)西北部，地理坐標(biāo)為31°24′～31°33′N、109°56′～110°11′E，所屬濕地總面積為1 753 hm2，其中大九湖濕地面積為1 384.6 hm2，是亞洲典型且稀缺的中緯度亞高山泥炭濕地，同時(shí)也是我國(guó)南水北調(diào)中線工程重要的水源地。

本研究所采用的渦度相關(guān)觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)置在神農(nóng)架國(guó)家公園大九湖3號(hào)湖附近，地理坐標(biāo)為 31°28′44.45″N、110°00′14.61″E，觀測(cè)塔下墊面及周圍平坦開(kāi)闊且不存在大型喬灌木。該區(qū)域?qū)儆谌A中地區(qū)面積最大、亞洲最具典型性的亞高山泥炭濕地，其面積約為2.5 hm2，泥炭厚度可達(dá)2 m以上[17]，以草本層為主，其優(yōu)勢(shì)種為泥炭蘚(Sphagnumpalustre)、紫羊茅(Festucarubra)、地榆(Sanguisorbaofficinalis)等[18]。研究區(qū)平均海拔高度為1 758 m，屬亞高山寒溫帶潮濕氣候，具有冬長(zhǎng)夏短、日照較短、氣候溫涼的特點(diǎn)。

1.2 CO2通量與環(huán)境因子數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

利用開(kāi)路式渦度相關(guān)觀測(cè)系統(tǒng)(LI-Cor，USA)對(duì)神農(nóng)架大九湖泥炭濕地生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行原位監(jiān)測(cè)，該系統(tǒng)包括開(kāi)路式 CO2/H2O分析儀(LI-7500，LI-Cor，USA)、開(kāi)路式CH4分析儀(LI-7700，LI-Cor，USA)和三維超聲風(fēng)速儀(CAST3，LI-Cor，USA)等，在線通量系統(tǒng)(SMART Flux)計(jì)算并存儲(chǔ)CO2通量數(shù)據(jù)，同時(shí)安裝了生物氣象輔助傳感系統(tǒng)(Biomet100，LI-Cor，USA)，用于監(jiān)測(cè)空氣溫度、相對(duì)濕度和降雨量以及地下(10 cm、20 cm、30 cm)土壤溫度(LI-Cor 7900-1800Cor，USA)、土壤含水量(Delta-T，ML2x)等環(huán)境因子。該系統(tǒng)通過(guò)在線通量系統(tǒng)(SMART Flux)對(duì)所有探頭監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和儲(chǔ)存。所有數(shù)據(jù)采集頻率均為每30 min一次。觀測(cè)系統(tǒng)安置于濕地開(kāi)闊平坦處，監(jiān)測(cè)探頭安置高度為2～3 m，其監(jiān)測(cè)條件良好。

1.3 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)曹娜等[19]對(duì)冬季濕地CO2通量的研究以及馬博宇等[20]對(duì)研究區(qū)長(zhǎng)期的物候觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)神農(nóng)架大九湖泥炭濕地生態(tài)系統(tǒng)的非生長(zhǎng)季為11月中旬至次年4月中旬。本文選取2015年12月1日—2016年4月15日、2016年11月15日—2017年4月15日、2017年11月15日—2018年4月15日的CO2通量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分別作為2016年、2017年、2018年大九湖泥炭濕地非生長(zhǎng)季的CO2通量數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除與插補(bǔ)處理。

(1) 數(shù)據(jù)剔除。由于儀器故障、惡劣天氣、停電等原因，數(shù)據(jù)中普遍存在數(shù)據(jù)丟失問(wèn)題，需要剔除30 min周期CO2通量數(shù)據(jù)中丟失及不良的數(shù)據(jù)。本研究通過(guò)EddyPro 7.0.6對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)校正、頻率響應(yīng)校正和空氣密度變化校正，完成每30 min的數(shù)據(jù)均值、方差和協(xié)方差等統(tǒng)計(jì)量的計(jì)算，并根據(jù)Foken等提出的通量-方差相似度來(lái)檢驗(yàn)平穩(wěn)性和發(fā)展良好的湍流，測(cè)試出3個(gè)質(zhì)量等級(jí)數(shù)據(jù)(0、1、2質(zhì)量數(shù)據(jù))，刪除低質(zhì)量數(shù)據(jù)(標(biāo)識(shí)2)，保留高質(zhì)量數(shù)據(jù)(標(biāo)識(shí)0)和中等質(zhì)量數(shù)據(jù)(標(biāo)識(shí)1)[21]。同時(shí)，還需要剔除傳感器異常狀態(tài)時(shí)數(shù)據(jù)、低于摩擦風(fēng)速(u*)臨界值為0.15 m/s的夜間數(shù)據(jù)，以及平均值相差超過(guò)4倍標(biāo)準(zhǔn)差、缺失率大于3%時(shí)的數(shù)據(jù)。本研究剔除丟失及不良數(shù)據(jù)后獲得的有效數(shù)據(jù)率分別為45.1%(2016年)、44%(2017年)、41%(2018年)，高于國(guó)際通量網(wǎng)(FLUXNET)的有效數(shù)據(jù)率平均值35%[22]，因此本研究數(shù)據(jù)是有效的。

(2) 數(shù)據(jù)插補(bǔ)。本研究參考中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳通量觀測(cè)數(shù)據(jù)處理方法，對(duì)白天2 h內(nèi)缺失數(shù)據(jù)采用線性內(nèi)差值法進(jìn)行插補(bǔ)，對(duì)7 d以內(nèi)的缺失數(shù)據(jù)采用平均每日變異法(Mean Diurnal Variation，MDV)進(jìn)行插補(bǔ)；對(duì)夜間數(shù)據(jù)采用窗口滑動(dòng)法進(jìn)行插補(bǔ)[22]。按照微氣象學(xué)符號(hào)協(xié)定，CO2凈碳吸收用負(fù)值表示，CO2凈碳釋放用正值表示。

本研究利用Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)插補(bǔ)，再利用Origin 2018軟件進(jìn)行繪圖，最后利用SPSS 24軟件對(duì)各環(huán)境因子進(jìn)行偏相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 CO2通量日變化特征

將2016—2018年神農(nóng)架大九湖泥炭濕地非生長(zhǎng)季每30 min的CO2通量進(jìn)行平均，得到2016—2018年研究區(qū)非生長(zhǎng)季CO2通量的日變化特征，見(jiàn)圖1。

圖1 2016—2018年神農(nóng)架大九湖泥炭濕地非生長(zhǎng)季CO2通量的日變化特征

由圖1可見(jiàn)，研究區(qū)非生長(zhǎng)季CO2通量的日變化規(guī)律較明顯，均呈“U”型曲線。其中，2016年非生長(zhǎng)季CO2通量日變化范圍為-0.724～4.301 μmol/(m2·s)，11∶30開(kāi)始由正值(碳釋放)逐漸轉(zhuǎn)為負(fù)值(碳吸收)，16∶00開(kāi)始由負(fù)值逐漸轉(zhuǎn)為正值，且碳吸收在14∶00—15∶00達(dá)到峰值，碳吸收日累計(jì)量為-4.372 μmol/m2，碳釋放日累計(jì)量為70.931 μmol/m2；2017年非生長(zhǎng)季CO2通量日變化范圍為-1.251～4.833 μmol/(m2·s)，8∶30開(kāi)始由碳釋放逐漸轉(zhuǎn)為碳吸收，17∶00開(kāi)始由碳吸收逐漸轉(zhuǎn)為碳釋放，且碳吸收在11∶30—12∶30達(dá)到峰值，碳吸收日累計(jì)量為-13.884 μmol/m2，碳釋放日累計(jì)量為76.493 μmol/m2；2018年非生長(zhǎng)季CO2通量日變化范圍為-0.980～4.982 μmol/(m2·s)，9∶00開(kāi)始由碳釋放逐漸轉(zhuǎn)為碳吸收，17∶00開(kāi)始由碳吸收逐漸轉(zhuǎn)為碳釋放，且碳吸收在13∶00—14∶00達(dá)到峰值，碳吸收日累計(jì)量為-11.584 μmol/m2，碳釋放日累計(jì)量為81.192 μmol/m2。

研究區(qū)非生長(zhǎng)季CO2通量日變化主要為碳釋放狀態(tài)，2016年碳吸收量與排放量明顯小于2017年、2018年，2017年碳日累計(jì)吸收量為3年中最高，2018年碳日累計(jì)釋放量為3年中最高，且2016年CO2的日吸收時(shí)長(zhǎng)僅為5 h，明顯短于2017年、2018年。

研究區(qū)非生長(zhǎng)季CO2通量日變化均符合一元二次方程，擬合曲線如圖1所示。其擬合方程依次為：y=13.23x2-14.58x+4.25，R2=0.646 39(p<0.01，2016年)；y=19.906x2-21.74x+5.521，R2=0.708 98(p<0.01，2017年)；y=20.407x2-21.04x+5.16，R2=0.738 6(p<0.01，2018年)，且擬合程度逐年遞增。

2.2 CO2通量月變化特征

2016—2018年神農(nóng)架大九湖泥炭濕地非生長(zhǎng)季CO2通量的月變化特征，見(jiàn)圖2。

圖2 2016—2018年神農(nóng)架大九湖泥炭濕地非生長(zhǎng)季CO2通量月變化

由圖2可知：2016—2018年研究區(qū)非生長(zhǎng)季CO2通量的月變化均表現(xiàn)為排放CO2，其中12月、1月CO2通量較大，次年3月、4月CO2通量較其余月份小，CO2通量整體呈現(xiàn)晚冬高、春季較低。其中，2016年非生長(zhǎng)季CO2通量由2015年12月的1.568 μmol/(m2·s)逐漸減少至2016年3月的1.121 μmol/(m2·s)，4月回升至1.419 μmol/(m2·s)，CO2累計(jì)釋放量為28.26 g C/m2；2017年非生長(zhǎng)季CO2通量由2016年11月的1.429 μmol/(m2·s)逐漸減少至2017年3月的0.859 μmol/(m2·s)，4月回升至1.043 μmol/(m2·s)，CO2月累計(jì)釋放量為17.65 g C/m2；2018年非生長(zhǎng)季CO2通量在1月出現(xiàn)峰值，為2.204 μmol/(m2·s)，CO2月累計(jì)釋放量為50.73 g C/m2。

2.3 降雨對(duì)CO2通量的影響

降雨可以通過(guò)影響土壤中生物活動(dòng)和根系生長(zhǎng)所需要的水量、土壤含水量以及土壤溫度來(lái)影響土壤呼吸。2016—2018年神農(nóng)架大九湖泥炭濕地非生長(zhǎng)季CO2通量對(duì)降雨的響應(yīng),如圖3所示。

圖3 2016—2018年神農(nóng)架大九湖泥炭濕地非生長(zhǎng)季CO2通量對(duì)降雨的響應(yīng)

通過(guò)分析2016—2018研究區(qū)非生長(zhǎng)季CO2通量與降雨的關(guān)系發(fā)現(xiàn)：2016年在2月14日降雨量突增后，CO2釋放量明顯增大，隨后又隨降雨量的降低而降低，3月后降雨頻率和降雨量逐漸穩(wěn)定，CO2通量則對(duì)降雨量無(wú)明顯響應(yīng)，其降雨頻率為61.22%，累計(jì)降雨量為515.50 mm;2017年和2018年非生長(zhǎng)季在冬春交替季節(jié)同樣存在相似的規(guī)律，其降雨頻率和累計(jì)降雨量分別為42.85%、1 063.84 mm和61.54%、660.36 mm，2017年在2月14日降雨量突增后CO2釋放量增大，2018年在2月13日降雨量突增后CO2釋放量隨之增加，該現(xiàn)象一直持續(xù)到3月中旬，待降雨頻率和降雨量相對(duì)穩(wěn)定后CO2通量則不受降雨的影響。當(dāng)然，降雨與CO2通量是非嚴(yán)格意義的相關(guān)，當(dāng)降雨量低時(shí)，也有CO2釋放量明顯增大的現(xiàn)象，這可能與其他環(huán)境因子有關(guān)。

2.4 CO2通量與其他環(huán)境因子的關(guān)系

CO2通量的變化特征受多種環(huán)境因素的影響，由于淺層土壤受天氣變化等外部氣象條件的影響更顯著，所以本研究選取大氣溫度(Ta)、10 cm層土壤溫度(Ts)、10 cm層土壤含水率(SWC)3種環(huán)境因子來(lái)分析CO2通量與環(huán)境因子之間的相關(guān)關(guān)系。

2016—2018年神農(nóng)架大九湖泥炭生長(zhǎng)季大氣溫度(Ta)、土壤溫度(Ts)和土壤含水率(SWC)平均日變化特征，見(jiàn)圖4。

圖4 2016—2018年神農(nóng)架大九湖泥炭濕地非生長(zhǎng)季大氣溫度(Ta)、土壤溫度(Ts)、土壤含水率(SWC)平均日變化特征

由圖4可見(jiàn)，2016—2018年研究區(qū)非生長(zhǎng)季大氣溫度、土壤溫度、土壤含水率年尺度變化類似。其中，不同時(shí)間段內(nèi)大氣溫度變化區(qū)別明顯，整體呈雙谷型曲線，非生長(zhǎng)季大氣溫度年尺度變化范圍為-14.01～13.39℃；土壤溫度和土壤含水率在年尺度上的變化相反，土壤溫度總體呈“U”型曲線，土壤含水率呈倒“U”型曲線，非生長(zhǎng)季土壤溫度年尺度變化范圍為-0.89～13.52 W/m2，土壤含水率年尺度變化范圍為59.65%～81.70%。

由于各環(huán)境因子相互制約，存在較大的關(guān)聯(lián)性，因此本文采用偏相關(guān)分析法分析各環(huán)境因子對(duì)神農(nóng)架大九湖泥炭濕地非生長(zhǎng)季CO2通量的影響，其結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 降雨有/無(wú)控制變量時(shí)神農(nóng)架大九湖泥炭濕地非生長(zhǎng)季CO2通量與環(huán)境因子的偏相關(guān)分析

由表1可知：當(dāng)選擇降雨有/無(wú)作為控制變量時(shí)，研究區(qū)非生長(zhǎng)季CO2通量與環(huán)境因子的相關(guān)性大小表現(xiàn)為Ts>SWC>Ta，其中，非生長(zhǎng)季CO2通量與Ts呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，偏相關(guān)系數(shù)為0.587(p<0.01)；非生長(zhǎng)季CO2通量與SWC呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，偏相關(guān)系數(shù)為-0.152(p<0.01)；非生長(zhǎng)季CO2通量與Ta呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性不顯著，偏相關(guān)系數(shù)為-0.106(p>0.05)?？梢?jiàn)，CO2通量與Ts的偏相關(guān)系數(shù)最大，說(shuō)明土壤溫度對(duì)神農(nóng)架大九湖泥炭濕地非生長(zhǎng)季CO2通量的變化具有決定性的控制作用。

3 討 論

3.1 CO2通量變化特征

神農(nóng)架大九湖泥炭濕地非生長(zhǎng)季CO2通量日變化規(guī)律較明顯，均呈“U”型曲線，這與彭鳳姣等[23]對(duì)該研究區(qū)2016 年生長(zhǎng)季(6—8月)CO2通量日變化特征研究結(jié)果相似，但生長(zhǎng)季CO2通量日變化波動(dòng)范圍顯著高于非生長(zhǎng)季。本文研究結(jié)果與黃河三角洲濕地[14]和黑河流域高山草甸濕地[24]非生長(zhǎng)季CO2通量日變化規(guī)律相反，但與青藏高原高寒灌叢濕地[13]、青藏高原苔蘚濕地[25]和新疆艾比湖濕地[15]非生長(zhǎng)季CO2通量日變化規(guī)律相似。這可能與太陽(yáng)輻射的日變化和氣溫有關(guān)。白天，隨著太陽(yáng)升起，光合有效輻射和氣溫逐漸升高，植被的光合作用加強(qiáng)，大九湖泥炭濕地生態(tài)系統(tǒng)的光合速率大于呼吸速率，由碳源轉(zhuǎn)為碳匯，碳吸收能力逐漸增強(qiáng)；夜晚，由于缺乏植被的光合作用，土壤微生物的呼吸作用成為大九湖泥炭濕地生態(tài)系統(tǒng)碳排放的主要途徑，大九湖泥炭濕地開(kāi)始由碳匯轉(zhuǎn)為碳源，碳釋放能力逐漸增強(qiáng)。

2016—2018年研究區(qū)泥炭濕地非生長(zhǎng)季CO2通量日變化范圍分別為-0.724～4.301 μmol/(m2·s)(2016年)、-1.251～4.833 μmol/(m2·s)(2017年)、-0.980～4.982 μmol/(m2·s)(2018年)，CO2排放峰值大于青藏高原高寒灌叢濕地非生長(zhǎng)季的1.44 μmol/(m2·s)、青藏高原苔蘚濕地非生長(zhǎng)季的1.14 μmol/(m2·s)和新疆艾比湖濕地非生長(zhǎng)季的0.078 μmol/(m2·s)，說(shuō)明大九湖泥炭濕地生態(tài)系統(tǒng)的碳排放能力大于以上濕地生態(tài)系統(tǒng)。

神農(nóng)架大九湖泥炭濕地生態(tài)系統(tǒng)在2016—2018年非生長(zhǎng)季均表現(xiàn)為碳源，與膠州灣濱海濕地[26]和金河灣濕地[27]的研究結(jié)果一致。此外，2016—2018年研究區(qū)非生長(zhǎng)季CO2通量整體呈現(xiàn)晚冬高、春季較低，這是由于晚冬時(shí)期植被枯萎，加上大雪覆蓋，導(dǎo)致大九湖泥炭濕地生態(tài)系統(tǒng)光合作用微弱，呼吸作用較強(qiáng)；春季植物開(kāi)始生長(zhǎng)，氣溫回升，大九湖泥炭濕地生態(tài)系統(tǒng)光合作用逐漸加強(qiáng)。2018年研究區(qū)非生長(zhǎng)季CO2累計(jì)釋放量在3年中最高，這可能與2018年雪災(zāi)有關(guān)。積雪的冬季土壤中微生物的含量非常高，且真菌和細(xì)菌的生物量也明顯高于夏季，當(dāng)有“絕緣”雪層存在土壤中時(shí)使異養(yǎng)微生物對(duì)秋冬季枯落物進(jìn)行分解，導(dǎo)致土壤呼吸增強(qiáng)，CO2通量增加[28]；隨著春季的到來(lái)，以降雪為主導(dǎo)區(qū)域會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榻涤辏摲N格局轉(zhuǎn)換會(huì)促進(jìn)植物的光合作用，影響植物的蒸騰作用[29]，從而影響CO2通量的大小。

3.2 CO2通量與水分的關(guān)系

前人研究結(jié)果表明[30-33]，降雨影響大九湖泥炭濕地地下水水位，而地下水水位又控制好氧/厭氧環(huán)境，因而影響泥炭濕地微生物活動(dòng)及碳循環(huán)。地下水水位不僅決定了土壤中好氧-厭氧界面，而且還決定了氧化還原界面的深度，通過(guò)影響大氣中氧氣向泥炭土壤的擴(kuò)散，以及需氧微生物的活動(dòng)和分解作用來(lái)影響溫室氣體的排放[34]。相關(guān)研究結(jié)果表明，地下水水位的降低，會(huì)增加CO2通量，反之會(huì)減少[35]。大九湖泥炭濕地地表常年積水，當(dāng)土壤水分過(guò)大或已經(jīng)達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，降雨會(huì)使土壤中的植物殘?bào)w、根系和有機(jī)物質(zhì)分解受到限制，在很大程度上限制了土壤中微生物的呼吸。

土壤含水量增加會(huì)使泥炭濕地中淺層土壤的氧含量下降而改變土壤中的氧化還原環(huán)境，通過(guò)調(diào)控土壤微生物的活性，使微生物呼吸比率逐漸低于產(chǎn)甲烷速率，盡管在微生物產(chǎn)甲烷的過(guò)程中也會(huì)有CO2產(chǎn)生，但隨著厭氧環(huán)境的產(chǎn)生，泥炭濕地土壤中仍以微生物產(chǎn)甲烷為主，使CO2通量下降。

3.3 CO2通量與溫度的關(guān)系

土壤溫度和地下水水位是影響泥炭濕地碳排放的最重要的環(huán)境因子[36]，其與土壤呼吸強(qiáng)度密切相關(guān)[37]。目前，關(guān)于土壤溫度對(duì)泥炭濕地CO2通量的影響仍存在極大的不確定性[38]。2016—2018年研究區(qū)非生長(zhǎng)季CO2通量與表層土壤溫度(Ts)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，這與王德宣等[39]對(duì)若爾蓋高原泥炭沼澤濕地的研究結(jié)果一致。土壤微生物的活性主要受土壤溫度的控制，因此相比于生長(zhǎng)季，泥炭濕地非生長(zhǎng)季的CO2通量特征受土壤呼吸的影響更大，土壤微生物的活性會(huì)直接影響土壤中有機(jī)碳的分解和釋放速率。2016—2018年研究區(qū)非生長(zhǎng)季CO2通量與大氣溫度(Ta)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性不顯著，這與王韋舒等[40]對(duì)遼寧省泥炭沼澤濕地的研究結(jié)果不同。這是因?yàn)榇缶藕嗵繚竦睾０屋^高、氣溫較低，加上非生長(zhǎng)季植物地上部分凋落，使得植物光合作用和呼吸作用基本停止，從而弱化了大氣溫度對(duì)泥炭濕地生態(tài)系統(tǒng)CO2交換的影響。

4 結(jié) 論

采用渦度相關(guān)觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)2016—2018年神農(nóng)架大九湖泥炭濕地非生長(zhǎng)季CO2通量及其環(huán)境因子進(jìn)行了觀測(cè)，分析了該泥炭濕地非生長(zhǎng)季CO2通量的變化特征，得到以下結(jié)論：

(1) 大九湖泥炭濕地非生長(zhǎng)季CO2通量日變化規(guī)律均呈“U”型曲線，非生長(zhǎng)季CO2通量日變化范圍分別為-0.724～4.301 μmol/(m2·s)(2016年)、-1.251～4.833 μmol/(m2·s)(2017年)、-0.980～4.982 μmol/(m2·s)(2018年)；研究區(qū)非生長(zhǎng)季CO2通量日變化均符合一元二次方程，其擬合方程分別為：y=13.23x2-14.58x+4.25，R2=0.646 39(p<0.01，2016年)；y=19.906x2-21.74x+5.521，R2=0.708 98(p<0.01，2017年)；y=20.407x2-21.04x+5.16，R2=0.738 6(p<0.01，2018年)，且擬合程度逐年遞增。

(2) 2016—2018年研究區(qū)非生長(zhǎng)季CO2通量月變化均表現(xiàn)為排放CO2，整體呈現(xiàn)晚冬高、春季較低。2016—2018年非生長(zhǎng)季CO2通量月累計(jì)釋放量表現(xiàn)為2018年最高、2017年最低，3年非生長(zhǎng)季CO2通量月累計(jì)釋放量分別為28.26 g C/m2、17.65 g C/m2和50.73 g C/m2；

(3) 研究區(qū)非生長(zhǎng)季CO2通量對(duì)降雨的響應(yīng)僅在長(zhǎng)期無(wú)降雨后，降雨量突增時(shí)CO2通量釋放量增加顯著。

(4) 2016—2018年研究區(qū)非生長(zhǎng)季CO2通量與10 cm層土壤溫度(Ts)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與10 cm層土壤含水率(SWC)呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與大氣溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性不顯著。CO2通量與環(huán)境因子的相關(guān)性大小表現(xiàn)為Ts>SWC>Ta，這說(shuō)明土壤溫度對(duì)大九湖泥炭濕地非生長(zhǎng)季CO2通量的變化具有決定性的控制作用。