5.3.3 湖滨带CH4排放通量与环境因子的关系
湿地CH4的排放是土壤中CH4生成、氧化、传输和排放过程的相互作用的结果。湿地生态环境要素状况会影响上述几个过程，并最终影响CH4的产生和排放。为了研究白洋淀湖泊湿地主要环境要素对CH4排放通量的影响，在观测CH4排放的同时也对影响CH4排放的主要环境影响要素进行了测定。结果表明，影响白洋淀湖泊湿地CH4排放的因素是多方面的，其中温度、DO、有机质和细菌总量是主要影响因素。
5.3.3.1 土壤温度与CH4排放通量的关系
CH4是在极端还原条件下产甲烷微生物活动的产物。产甲烷微生物的活动需要适宜的温度，对于大多数产甲烷微生物而言，这一最适温度是35～37℃。国内外的许多研究表明，在有机质供给充分，土壤和水体的酸度适宜的条件下，温度对CH4产生的影响遵循阿伦尼乌斯（Arrhenius）方程，即
式中：P为CH4产率；Ea为表观活化能；R为气体常数；T为土壤绝对温度；T＜323K时，Ea为60～90kJ/mol CH4。根据该方程，温度每升高10℃，土壤中CH4的产生率升高2～3个数量级。
在对小杨家淀实验区湖滨带CH4排放通量与土壤温度关系的分析中发现，两者存在显著的相关性（P＜0.05），如图5.4所示，随着温度的升高，CH4排放通量呈对数增长，这主要与参与CH4产生的微生物数量和活性有关，而在每年7月和8月，白洋淀湖泊湿地中微生物数量最多，是其活性最强的时期。
5.3.3.2 DO与CH4排放通量的关系
氧化还原条件是CH4形成的主要影响因素。土壤淹水后，其中的O2很快被消耗掉，DO含量迅速下降。随着有机质的降解，土壤中的
依次作为电子受体而发生反应，伴随着这些氧化还原反应的进行，土壤氧化还原电位逐渐降低。CH4产生作用位于呼吸链的最末端，通常要求非常低的氧化还原电位。白洋淀湖泊湿地CH4排放通量符合这种规律，与DO含量呈显著负相关的关系，见图5.5。
图5.4 土壤温度与CH4排放通量的关系
图5.5 DO含量与CH4排放通量的关系
5.3.3.3 p H与CH4排放通量的关系
大多数产CH4细菌生长代谢的p H适应范围为6～8，最适p H为7左右，较低的p H条件对CH4形成具有抑制作用。据报道，在同一沼泽地中，p H为4.6～5.0的边缘地带与p H为3.7～4.5的中心地带相比，具有较高的CH4排放通量。有研究表明通过在土壤悬液中加入不同量的HCl和NaOH研究p H对CH4形成的影响，结果发现CH4形成的最大速率发生在p H为6.9～7.1的条件下，p H低于中性时，CH4形成明显减少；而p H＞8.8时，土壤悬液的CH4形成几乎完全被抑制。在整个实验过程中，白洋淀湖泊湿地沉积物/土壤的p H范围多为7.6～8.3，因此，p H对CH4排放通量的影响表现不显著。
5.3.3.4 有机质与CH4排放通量的关系
土壤中的有机质是CH4形成速率的重要决定因素之一。有研究结果表明，施加有机质明显促进稻田CH4的生成。Schiitz等的研究表明，在意大利稻田施加稻秸可以显著提高CH4释放，每公顷施5t和12t稻秸使CH4排放通量比对照区增加2倍和2.4倍，但增加施入量至每公顷60t并不进一步增加CH4的排放。除有机肥以外，在植物生长的某些阶段，根系分泌物和老化脱落的细胞也能为产甲烷细菌提高额外的有机物，从而增加CH4的排放。
小杨家淀湖滨带沉积物/土壤中有机质的含量呈现季节性变化，从图5.6有机质与CH4排放通量变化关系图可以看出，4—10月有机质含量呈现出先增加后减少的趋势，7月达到峰值，这与CH4排放通量的变化趋势相一致。原因可能为湖滨带植被的生长增加了对水体悬浮有机物的截留，同时，植物的分泌物以及掉落物的降解也为产甲烷细菌提供了充足的碳源。对小杨家淀湖滨带沉积物/土壤有机质和CH4排放通量进行相关性分析得知，二者在P＜0.05水平上显著相关，相关系数为0.714。
5.3.3.5 细菌总数与CH4排放通量的关系
CH4是有机物降解过程中形成的一种重要产物，湿地系统中复杂的有机物被各类微生物组成的食物链转化成简单的产CH4前体，产甲烷菌在严格的厌氧条件下作用于这些产CH4前体，而后产生CH4。甲烷的好氧氧化主要由甲烷氧化菌来完成，甲烷氧化菌以CH4为唯一能源和主要碳源，是一种专性好氧菌，芦苇根系分泌的氧可以在根周围形成氧化层，大气中的O2在水层中扩散，也在水土界面形成很薄的氧化层，这些区域都为甲烷氧化菌的生长提供了条件。当土壤中生成的CH4通过扩散进入氧化区域时，大量CH4被甲烷氧化菌氧化。因此，湿地CH4排放量不仅取决于CH4的生成能力，还决定于土壤对内源CH4的氧化能力。但在白洋淀湖泊湿地长期淹水的湖心区和含水率较高的湖滨带，由于好氧环境有限，CH4氧化菌的种类和数量也很少，所以，在这里CH4的产生可能是影响CH4排放通量的关键因素。岳进等（2003）也曾报道，长期淹水条件和间歇灌溉条件下水稻田中CH4通量的季节变化与产甲烷菌季节变化均呈极显著正相关关系而与甲烷氧化菌没有相关性。参与CH4产生的微生物很多，有将复杂有机物降解为各种有机酸的水解性细菌和发酵性细菌，有利用有机酸分解成CH4底物的产氢产乙酸细菌，还有合成CH4的产甲烷菌，它们都属于细菌。因此，对小杨家淀湖滨带细菌总数进行了测定，以期分析白洋淀湖泊湿地细菌数量与CH4排放通量的关系。
图5.6 有机质含量与CH4排放通量变化的关系图
图5.7 细菌总数与CH4排放通量的变化关系图
对小杨家淀湖滨带细菌数量测定结果见图5.7，由图可知，细菌总数随温度的增加不断增多，由于温度的逐渐升高，长期淹水又为产甲烷菌提供了厌氧环境，所以产甲烷菌数目也会增多，在7月达到较高的水平，之后随着温度的降低，细菌总数开始减少，相应的产甲烷菌数量也降低，这与湖滨带CH4排放通量变化的规律相吻合。为此，对CH4排放通量的季节变化与细菌总数的变化进行相关性分析，得知白洋淀湖泊湿地CH4排放通量与细菌数量存在显著正相关关系（r=0.8489，P＜0.05），说明细菌是影响CH4排放的主要因素之一。