5.5.2　白洋淀湖泊湿地N2O排放通量的年内变化特征

5.5.2　白洋淀湖泊湿地N 2O排放通量的年内变化特征

5.5.2.1　白洋淀湖泊湿地不同实验区N2O的排放通量特征

与白洋淀湖泊湿地环境因子的变化特征相似，N2O排放通量也表现出明显的时空变化特征。从图5.13可以看出，白洋淀湖泊湿地不同实验区N2O排放通量都表现出较一致的变化趋势，在时间上，N2O的排放量在夏季较大，8月达到最大值；在空间上，湖滨带的N2O排放通量大多数时间都大于湖心区和陆地区，说明湖滨带是白洋淀湖泊湿地N2O排放通量的主要区域，与N2O排放通量的日变化特征一致。

从不同实验区N2O排放通量的多少可以看出，郭里口＜小杨家淀＜王家寨，这一关系与这三个实验区沉积物/土壤中的有机质以及全氮含量的关系相一致，说明有机质和氮素含量在一定程度上影响着N2O的产生和排放。因为有机质可以为微生物的生长繁殖提供充足的碳源，特别是对参与反硝化作用的一些异养细菌，有机质不仅是碳源同时又能充当能源。侯爱新等（1997）研究发现土壤有机质含量与N2O排放量呈正相关。

由于白洋淀湖泊湿地N2O排放通量的变化趋势较一致，且郭里口实验区N2O排放通量数据不全，因此，以下的分析均以小杨家淀实验区为例。

5.5.2.2　N2O排放通量的时间变化

由于温度、水分、氧气和微生物等环境和生物因素是影响N2O排放的重要因子，而这些因子在北方变温区直接受到季节的影响，因此，季节的变化会导致白洋淀湖泊湿地N2O排放量的改变，白洋淀湖泊湿地N2O排放通量的时间变化见图5.14。

由图5.14可以看出，白洋淀湖泊湿地4月N2O排放通量较高，5月以后N2O排放通量呈现明显的时间变化，即在5—8月N2O排放通量逐渐增加，8月达到最大，9月N2O排放通量减少，10月又出现小的峰值，之后呈现减少的趋势。

图5.13　白洋淀湖泊湿地不同实验区N2O排放通量变化特征图

白洋淀湖泊湿地地处季节性变温区，每年随着冬季气温的降低，水和土壤开始结冰，直到第二年2月底，气温逐渐回升，湿地表层冻结土壤开始融化，水体中的冰层渐渐变薄消失。进入4月，经过冻融的湿地土壤孔隙结构发生变化，土壤水分含量较高，氧气供应减少，有利于反硝化过程的进行，冬季死亡微生物释放的C和N又为融冻期存活的微生物提供必要的养分，使得表层土壤微生物活性明显增加（Panikov et al.，2000；Schimel et al.，1996）。此外，冬季的冰层也阻碍了N2O的扩散和排放，封闭在土壤中的N2O随着冰雪融化重新释放出来。因此，融冻期是北方湖泊湿地一年中排放N2O的一个重要时期，白洋淀湖泊湿地在4月N2O的排放量较高。

图5.14　白洋淀湖泊湿地N2O排放通量的时间变化图

5月是北方较干旱的季节，降雨稀少，干热风经常发生，导致土壤水分损失较快。同时，这个季节正是芦苇快速生长时期，大量的水分和养分被其发达的根系吸收供其生长利用，导致N2O的产生和排放显著降低，这一结果与马秀梅等（2005）的研究相一致。

6月以后，白洋淀湖泊湿地逐渐从干旱少雨的春季进入潮湿炎热的夏季，温度和降水都会逐渐增加，适宜的温度和土壤含水率使微生物代谢旺盛，硝化和反硝化作用加强，促进了N2O的产生和排放。土壤温度通过影响微生物的代谢活动改变N2O的产生和排放速率，郑循华（1997b）等的研究表明，N2O排放通量随表层土壤日均温度的变化呈正态分布。孙丽等（2006）在研究沼泽湿地N2O排放通量特征中发现N2O排放通量与土壤温度间呈显著的线性正相关（P＜0.001，n=64）。Sommerfeld等（1993）的研究也表明，土壤温度升高会促进N2O的产生和排放。

进入8月，随着日平均温度达到全年最高值，白洋淀湖泊湿地的平均N2O排放通量也达到最大，平均值为130.91μg/（m2·h）。之后，白洋淀日平均温度逐渐降低，N2O排放通量也随之降低。但在10月却又出现较高的排放通量，分析原因可能是由于此时的芦苇已经完全成熟甚至已经开始枯黄，使得光合作用减少，影响了对沉积物/土壤O2的输送，反硝化细菌活动深度变浅，利用表层充足的硝酸盐进行反硝化作用，进而增加了N2O的产生和排放，具体原因还待进一步研究。

5.5.2.3　N2O排放通量的空间变化

在芦苇生长季中，随着时间的变化，白洋淀湖泊湿地N2O的排放通量呈现明显的空间差异性，图5.15是白洋淀湖泊湿地N2O排放通量的空间变化图。由图5.15可以看出，湖心区N2O的排放通量除4月外都较低，且没有明显的变化规律，在6月和9月均出现负值；陆地区则呈现出较好的变化规律，随时间变化N2O的排放通量平稳增加，8月达到最大值后逐渐降低；湖滨带是N2O排放通量变化最大的区域。

图5.15　白洋淀湖泊湿地N2O排放通量的空间变化图

在4月湿地融冻期，白洋淀湖泊湿地N2O的排放通量表现为：湖心区＞湖滨带＞陆地区。其原因主要有两方面：一方面由于冰层融化，封闭在土壤和水体中的N2O得以释放；另一方面，由于温度的升高，刺激了微生物的繁殖和活动，土壤中积蓄一个冬天的有机质又为它们的活动提供了充足的营养，从而使得湖心区和湖滨带硝化、反硝化作用增强，促进了N2O的排放，而陆地区上大量芦苇开始发芽，需要足够的C、N和水分，造成植物与微生物的营养竞争，从而表现为该区N2O排放通量的偏低。

5月时，由于北方温度升高、气候干燥，白洋淀水位开始下降，N2O的排放表现为：陆地区＞湖心区＞湖滨带。温度的升高促进了植物的生长，加速了微生物的活动，因此在陆地区表现出N2O排放量的增加。而湖滨带是水陆交接的区域，芦苇生长密度少于陆地区，对土壤水分的滞留能力较弱，加上湖心区水位的下降，使得该区域土壤表层明显干化，土壤呈现氧化态，严重抑制了反硝化作用的进行，从而减少了N2O的产生和排放。

6月以后北方降雨逐渐增多，湖滨带土壤出现频繁的干湿交替现象，N2O的排放特征也表现为：湖滨带＞陆地区＞湖心区。湖滨带的干湿交替作用一方面保持了土壤的良好水分状况；另一方面创造了有利于硝化和反硝化作用的氧化还原条件。硝化产物为反硝化作用提供了充足的—N源，促进了N2O的生成和排放，使湖滨带成为白洋淀湖泊湿地N2O排放通量最大的区域。陆地区生长旺盛的芦苇通过组织向根际输送氧气，在根际附近形成氧化区，将矿化形成的—N转化为—N，生成的—N通过浓度梯度扩散到远离根际的还原区进行反硝化反应，对N2O的排放起到一定的促进作用，但仍小于湖滨带N2O的排放通量。而湖心区由于长期处于淹水状况，不利于N2O的产生和排放，所以表现为较小的N2O排放通量。由此可知，在植物生长季节中，白洋淀湖泊湿地N2O排放活跃区是处于水位变幅区的湖滨带。