孙成权

曲建升

National Science Library,Chinese Academy of Sciences

· 42 国 土 与 自 然 资 源 研 究 Ⅱ￡R脚 URY ＆ NA川 RAL RES0URCES STUDlY 2001 No． 4 文章纬号 ：10(13—7853(2~01)04—0042一o3 中图分类号 ：P941．78 文献标识码 ：A 基金项 目：国家 自然科学基金委托项 目 “国际垒球变化研究动态与科学发展”和中国科学院院长基金特别支持项 目 “21 世纪地球科学 、资源环境科学技术发展战略研究”联 合资助 湿地功能参数评价及 其在湿地研究 中的应用 — — 以 CH4为例 曲建升 ， 孙成权 ， 赵转军 (1．中国科学院资源环境科学信息中心，甘肃 兰州 73000；2 兰州大学资源环境学院环境科学系】 摘要：湿地研究已进^一个崭新的时期，针对湿地生特地球化学作用的参数化模型的建立必将为垒球湿地 研究带来新的生机。目前需要获取的参数主要有①和级生产量 (PP)；②温度；③水文；④有机枷噩颗粒沉 积枷的迁移；⑤植被；⑥化学构成；⑦含盐量；⑧土壤类型以厦③地形与地貌。分析了咀上 9十参数在反 映涅地功能变化中的作用机理；提出了湿地参数评价中存在的问题以厦需要加强的研究领域。 关键词：涅地；功能参数；作用机理；评价 瑾 =I1M A ON W ETLAND PARAMEr~gSAND THEIR AI 1 0N一  皿 C AS AN EXAM PLE QU Ji田I—shagd-1(1he scier~ cIn Tng【ionCenterforResourc~and Fawi~ nt 0fCAS LaIlzh0Ll 73(XD0，c| j Ak自嘲 ：The paper take 0 膪 蚰 example，锄 y s the application 0f~tland pazmn~ters in~tland sn】dy．The initial ine 丑met∞ are addressed in this paper，吐呵 are：①primary productlon；@蜘 Pe ure；③ hy由nk ；④恤  t 0f 喵aili衄and 8e缸 m；⑤ a妇 ；⑥e．~nie．a．1 Ⅲn口由n；⑦salinity；⑧ type aad@topogmphy／geomrphdog~． The pmblem in~J-BJllCter eE 。 andthefield which sl~uld be enhanced areh forwardfinaly Key州 s： we ； m  pafⅪ  t ；m 0fI mecharv：sm；estimate． 湿地研究是当前国际众多学科学者关注的前沿 热门研究领域。过去的 10年中，在认识湿地作用 与 cII．的排放方面取得了很大进展，但现有的各种 湿地分类方案不能准确地反映湿地在生物地球化学 过程中的作用，因为现在的湿地均以其主导植物类 型而：射分，这样的分类不能反映湿地在生物地球化 学方面的差异，目前湿地研究需要向湿地功能的参 数化研究方向转化。 1 湿地功能参数确定及其特性 为进一步推动全球湿地的研究及其发展，全球 分析、解释与建模计划 (GA珊 )、水循环的生物学 方面计划 (BAHc)、IGBP的数据信息系统 (IGBP— DIS)、国际全球大气化学计 划 (1GAC)、土地利用 与土地覆盖变化计划 (L~CC)⋯，联台不同国家和 学科的湿地研究者，提出了湿地研究的9个功能参 数，咀确定有不同参数量值的湿地作用类型。以下 以c 为倒对这 9个参数依次作了分析。 1．1 初级生产量 净初级生产量 (NPP)是植物甥织吸收转化为 自身组织的碳量与植物呼吸作用消耗的碳量之差。 生态系统净生产力 ( )是对整个生 态系统来说 的，在数值上 NEP等于 NPP减去土壤微生物的呼 吸量。Asdmann等【 j在假定 c}Il排放量 与 NPP的 比 值约为 0 o2—0．07的情况下，估计 了 c}L的排放 量。但这种方法由于缺少同时观测的 NEP与 ca+ 排放量而受到限制。 血E等_3 对这种情况作了 补充研究，认为水淹湿地的 NPP是一个有用的综合 参数 ，可用来预测 c}Il排放量。NPP与许多环境因 素有关，其中基层 (std~trate)生产量是最重要的， 并观测到 c地 排放量与湿地或湿地区域生态系统生 产量之间的线性关系，而且估计 c}Il的排放量约是 的3％。然而，在水淹湿地中实施的大多数观 测的目的是为了消除水位振动的影响。低水位状况 将增加 c 排放量，同时减少 ca+的释放量_4j。 1．2 温度 温度控制了所有湿地过程进行的速率。在温带 与冻原带，冰冻季节性地抑制了生物地球化学循 环。土壤中有机质的保存量与温度反相关。不少研 究表 明，北方湿地 c 排放量与温度具有相关 性 j，在 温带 生 态 系统 中 也是 这样【 。然而， 维普资讯 http://www.cqvip.com 曲建升 等 湿地功能参数评1介及其在湿地研究中的应用 -43· Fmlking等- 的观点是：随温度变化，其他的参数 变量也随之变化 (例如 ，伴随温度升高，水位降 低，植物生长量增加)。c}L的生成对温度变化的 直接响应是在实验室研究中发现的，Q】o的值在 2 5 — 3 5之间 J。在野外观测的季节性排放量与温度 之间的关系经常是 Qm值特别大_6j。野外测定值较 高可能与阳光增强 导致 的生物量增加有关 。在热带 湿地，温度变化相对于水位变化显得不太主要。 l_3 水文 水文是湿地中最重要的过程。决定水文的关键 要素有地貌、洪水、降雨和蒸发。泥炭地与温带湿 地 一 般在 夏末 变 干．并 抑制 了 c 的生 成 与排 放 J。骧原湿地与北方湿地季节内 c}L的排放量的 变化一样是由水位决定的。在热带系统中，水文的 变化导致了 排放量大幅的变化 ，也改变 了 CH4 迁移的途径。相对于其他气体传输模式 ．当水位降 低 ，静水压力降低 ，气泡出现频率也将增加_】 。 1．4 有机质与沉积物的迁移 通过水流、焚烧 、放牧与收割 ，有机质与沉积 物从湿地中流^或流出 这些过程决定了有机物的 生产能力 及滞 留时间 (如 CH4的生成 量及 N的循 环 )。此外 ，初级生产量／分解量对生态系统来说是 重要的物质来源或沉积条件。 1．5 植被 湿地植物分为导管植物与非导管植物。植物既 影响了有机物的生成量又影响了气体的迁移方式。 由非导管植 物生成 的有机质迁移到 c}L生成带前 ， 必须经过缺 氧腐殖层 。导管植物的根在 0 生成带 内，伴随地下生长的是根分泌活动，所以在 cl扎 的 成 因上具有一个 不稳定 的基层|1“。这 些 因紊再加 上导管植物的茎节中空 ，更增强了在水土界面与水 气界面的氧化环境 中导管植物生成排放 c 的作 用。不同类型的植被由于表层结构及运移 c}L方式 不同．输送 CH,的潜力也不同 j。 1．6 化学 特征 术质紊、N含量、DOC量、叶绿紊等有机物化 学性质不稳定 ，决定了生成 c 以及 N循环等的发 生条件。改变养分状况，可以影响根周围的生 物 量。为获得更多养分 ．植物可以诱发出更多的根 系 ，分泌活动增强 ，从而有更多 口 生成。 1．7 含盐量 盐分是控制湿地中菌类活动类型、影响c 生 成、C积累以及 S、N循环的重要因素。海水中含 有大量 SO, ，可以作为氧化荆 ，抑制 c}L生成 。 1．8 土壤 湿地土壤状况由其纹理结构、碳含量和养分状 况决定。这些因素对于以上提到的各参数是一个反 馈。土壤中 C含量控制了土壤中氧化水平，即氧化 物氧化能力的大小 。养分状况将 影响地上、地下产 量的比例。 1．9 地形与地 貌 湿地四周的表面地形与地貌结构因素不仅控制 大尺度水文行为，而且还影响其植被特征。下垫面 地形对湿地授为重要 ，为湿地提 供了地下水。 目前 世界地形图的等高线间距为5-30 m，对于湿地研 究来说过粗略。目前的全球地形数字模型的垂直分 辨率与最粗略的地形图差不多，所以可判定它不适 宜于湿地 的研究。在 区域尺度的湿地 中发现 的微地 貌与低斜 坡对研究湿地很重要 ，其垂直分辨率应在 1 m左右 ，3～5 m最为理想。 2 湿地参数评 价中应注意的问题 上文 提到的湿地功能参数化方案是基于定量 的 参数．这些参数可通过直接测量获得，也可以通过 模式模拟求得。每个参数有了定值，就可通过 9维 参数分布图对每个湿地精确定位。对参数进行评价 有以下几个 问题需要予 以重视： (1)湿地的界限与分布 (分类与定义)。存在 缺失数据 、数据可用性差、数据库传输程度不够等 问题。由于湿地还未有统一定义及分类，湿地编目 受到影响。我们需要进行 比较 ，找 出被各研究组织 应用的功能参数与生物多样性或定向分类之间的关 系。 (2)时空资料分布不均。北方冻原及温带的资 料代表 性强 ，可 用度大 。而在 南半球 的热带 、温 带、亚热带可用的资料较少。在数据的时空序列方 面要进一步发展完善 (例如洪水的周期性：永久 性 、季节 性、间歇性 、阶段性)。 (3)不同成分 (c 、c02等)资料的可用性 及质量。与所有生物地球化学过程有关的原始数据 要求是一样的，但可用的资料不尽台理。 (4)土壤信息 全球土壤信息编目不足，或由 于湿地功能的观点而误导土壤编目。 (5)水文资料。除一些研究较探^的地区外． 其他地区水文资料贫乏。 (6)人类活动影响。人类通过土地利用变化， 修筑水利工程，以及其他活动的影响程度均未能很 维普资讯 http://www.cqvip.com 曲建升 等 湿地功能参数评价及其在湿地研究中的应用 好地加以量化，这些活动都应并人 200年以来土地 利用的数据库。 (7)参数。评价 9种功能参数可通过多种 的测 量方法获得各类资料，以下是其中比较重要的一些 测量对象 (下划横线者为最关键的测量)。 NPP：地上地下生塑量，薹 星 金 旦塑空， 土壤与水中植物的呼吸量 。 水文：水流态，水面位置，周期 (潮汐、季节 性)，流域面积，固液相状态，降雨，蒸发和人渗 水流 。 有机质输送 ：放牧 ，收割 ，火灾 ，水 载过程 ， 风载过程，分解 ，干沉降，侵蚀。 植被：功能类 型 (挺水 、浮水 、沉水 、灌 丛、 草、树木 、苔草 、禾本、苔藓、荚果)，植被形态 ， 群落外貌 ，物候 。 水化学 ：养分 (N，s，c)，各 温度 下的溶 解 氧，氧化 还 原 能 力，金 属 离子 (Fe离 子、Mn离 子 )，温度。 含盐 量 ：各温度下的导电能力与盐度太小 。 土壤：±攫堕超，差盐 堡 (c，N，s，P， K)，有机质含量，湿度，细菌生物括动的深度，阳 离子交换吸附。 地貌：水系与流域面积，分布 ，地貌类型及 坡度。 湿地功能参数在湿地研究中的应用是今后湿地 研究的一个重要方向，但现在基本还处于定性评价 阶段，对各参数的定量研究将是今后一个时期湿地 工作者的主要任务和挑战。在开展湿地参数化研究 的过程中，还需要对湿地范围的确定、土壤特征以 及湿地机理等进行深入研究 ，并提高对各类星载遥 感资料的利用水平。 参考文献 ： [1]Birkett c，c lt嘎I J．D咖 eT．et ．1GBPm州 46： Global~'etland Ⅸ 血 晴I and Ytmetior~d CIlB 呲 i『m： Trace‰ atld the c Cycle【R]．Sloekholnl， 吼 dwIIl， ed∞ ： I~-RP Se,zre~ ， 1998． [2] el【T皿Ⅱl L，o咖 Pj．Global 晴I of n日n1 freighter wetlnnd~ and 舶 p凸瞄 啪 ， their net prlma~．"  plxtuctivlty，∞b 时 and p0 曲k ir,,thane∞dB 删  [J] Ĵ 廿n( 舯 ，1989，s：，钾 一358． [3]WN'6ng G J，(~hantotl J P． Il m ∞ of m甜岫 e en~ [otl丘娜】wetlands[J】．Nolme．1993．364： 794—795． [4：Fmak D E，Pulman E．Peters~a K，n n1． e 0f 阳 b日 t~ble椭 ca dlo~de． ca nx e n 吨  一  (】]．G1Oa 删 em C州 凸 ． 1994，8 271～278 [5]Frtldng S，CBU P．Clin~e一  0n 1 variability 0f Ⅱ ane 口u 啪 a poor fen in 帅u山ea km 8I1 ：  ̂ mr㈣ t and Ⅻ _噼 (J]． c10b ， -k qc ，1994，8：385—3 ． (6] L c ，̂ w． 唧̂ C S Nethone d a『luc吕 础 a ndal】y fl~aed w 哪 rnB n[J] L~nol Oee~ gr． 1995．40： 1112一】129． (7] c唧 R c0 of腿tlI肿 ∞ in ter啷 e B m H [A]． n̂ 一 MO．sdIi D S． E-I J -ofTr ( bet~ee． r瑙  E 。 te 且nd the A 曲㈣ [c] N Y ：Jdm Wile3, ． 1989． 39—55 (8]Buble~J L，M∞ T．Bel[~ o L．et ca【 ∞n m Tr 1BI ons a ~ them Pe d 。田 山e啪 e 9呻 u邮 a md 。 ， M t0b ， c日nada(J]．Gl0b Bi E，·I c— ，1995．9：455— 470． [9] ppdJ J，0l蜘 _耵 J P．sh 啪  ．T} i u曲啦 腿 ane低id丑ti『m 帆 tI1e 咖ble i 叩jc ∞r 0n of Ih emited Florida swq  f [J]．c QHn0cb-m A ．1994．鹞 ：4377—4388． [10]a唧 J P，伽 P M．Bartlet K B． ． m̂—  GIDi腿 ^ B0 0f C 日 m l矗T-e to l 钟 (J)．Q蛐 yB R嘲L础，l989，16=799— 8D2． [11]0 J P． 6 c J． 即dl J D，d 曲 哪 吨 r吡糟 1曲 p甜ems 0f删曲一 e 圈i0n 且nd钟 口目哪 嘶 c mBcq [J]． q̂u 胁 ． 1993．46： 111—128 [12]aⅧlh1 J． 血 L．se蚋呻 Ⅷ 0岫 in山e】咖  e∞ 帅 6m  of咖 I1日眦 船眦 j d w汕  c 唧埘 出 曲 the ee．tml̂ 础1∞n b n [̂ ]．Or~klM R S， ed ． 1h： Bi‘目’d- i挪 0f q0b咀l ch蛐 ： R vc Tmee c∞ [c] N York：0岬m叽 I-N I，1993．619—633． 作者简介：曲建升 (1973一)．男 ，山东摹阳人．助理研 究员，主要从事全球变化比较研究。 (2000—12—19收稿 宿伯杰缩辑) 维普资讯 http://www.cqvip.com 

湿地功能参数评价及其在湿地研究中的应用——以CH4为例

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