重庆丘陵山区池塘沉积物有机碳埋藏速率及其影响因素

王馨平,吕明权,文 雯,马 琦

1 重庆交通大学,重庆 400074 2 中国科学院重庆绿色智能技术研究院,重庆 400714 3 中国科学院大学重庆学院,重庆 400714

内陆水体是陆地-海洋生态系统碳循环的连接通道[1]。近年来,内陆水体在碳循环中的功能被重新认识,由最初的碳输移“管道”改变为“转换器”,即内陆水体可以输移、排放、沉积从陆地生态系统进入的碳[2]。因此,精确量化内陆水体的碳输移、排放和沉积可以更全面地认识全球碳循环过程[3]。目前,不同类型内陆水体碳排放是研究热点,碳输移和沉积研究相对匮乏,特别是内陆水体碳沉积研究,因取样观测难度较大,内陆水体的碳沉积估算不确定性非常大,其有机碳沉积通量介于0.2-1.6 Pg C/a[2,4-9],因此,非常有必要精确量化内陆水体的碳沉积通量。目前,关于大型水体如湖泊和水库的碳埋藏通量研究较多[10-18],Mendonça[19]等估计了全球湖泊水库的碳埋藏通量是0.15 Pg C/a,相比大型水体,池塘一类的小型水体在有机碳沉积作用方面的研究较为匮乏。

池塘在碳循环的作用逐渐被学术界认识。相关研究发现,池塘等小型水体比同面积的大型水体碳排放通量更大,例如Holgerson和Raymond[20]的研究表明,非常小的池塘仅占全球湖泊和池塘面积的8.6%,但分别占CO2、CH4排放量的15.1%和40.6%,这些研究说明池塘是碳排放热区。然而,池塘在碳循环中的沉积作用也非常大,Downing[21]等对美国爱荷华州40个小型农业池塘的研究结果表明,富营养化的农业池塘有机碳埋藏速率很高,达到2122 g m-2a-1,比自然湖泊或大型水库的有机碳埋藏速率高一到两个数量级,这主要归因于农业池塘流域的高泥沙输入率和高营养浓度对沉积物有机质保存的积极作用。基于此有机碳埋藏速率,Downing等人推测全球池塘的有机碳埋藏量比海洋还大。Taylor[22]等对英国三组不同植物演替过程的池塘进行研究,结果表明三组池塘之间有机碳埋藏量差异显著,有机碳埋藏速率均值为142 g m-2a-1,虽比Downing[21]的估算值小,但超过了森林、草原等陆地生态系统有机碳埋藏速率,是有机碳埋藏的热区。另有一部分学者重点研究用于调蓄雨水的城市池塘,结果表明,相较于农业池塘,城市池塘有机碳埋藏速率较小,在29.2-135.2 g m-2a-1之间[23-25]。Moore等[23]研究了美国北卡罗来纳州20个城市池塘和20个人工湿地,发现人工湿地的有机碳埋藏速率(84.4 g m-2a-1)略大于城市池塘(81.3 g m-2a-1)。池塘因面积小,易受到植被、气候等环境条件的影响,其有机碳埋藏空间差异更大[26]。目前,池塘是碳排放和沉积的热区,为了全面认识池塘的功能,即碳沉积和排放的相对强弱,应尽可能多地对不同地区不同类型的池塘进行有机碳埋藏速率估算和比较分析。

中国地形复杂、地域辽阔,受到大陆季风性气候的影响,降雨不均匀、水资源时空分布不平衡,农村地区为满足农业灌溉和生活用水等日常需求修建大量池塘等小型水体。据最新估计[27],中国小型水体(<0.1 km2的池塘和小水库)数量达到了510.8万个,占水体总量的98.65%,由于其个体面积小,其总面积仅占所有水体面积的17.85%,长江流域的小型水体数量最多,为308.27万个。如果按面积小于0.01 km2的水体为池塘,中国这类池塘数量超过了435万个,是不可忽视的水体景观要素,与已有池塘数据的英国、美国、日本及澳大利亚相比,中国拥有池塘数量最多,面积最大。目前关于池塘的碳排放的研究较多[28-33],而有机碳沉积的研究还非常缺乏,限制了我们全面认识池塘在碳循环中的重要作用。本研究选择重庆市北碚区柳荫镇的11个丘陵山区池塘进行研究,以获取池塘沉积物淤积深度、有机碳含量等信息,并基于高精度的遥感影像获取了池塘面积、汇水流域、流域内土地利用情况等信息,估算了池塘沉积物有机碳埋藏速率和埋藏量,最后对池塘有机碳埋藏速率的影响因素进行分析。本研究有助于量化池塘等小型水体的碳收支能力,以期为估算小型水体对区域和全球碳循环的贡献提供理论参考和数据支撑。

1 研究区概况

20世纪五六十年代,重庆市建造大量山坪塘以满足丘陵山区的人畜饮水和农业灌溉需求,使得重庆丘陵山区池塘分布广、密度大。因此,选取重庆市北碚区柳荫镇的池塘开展研究,地理坐标为东经106.59°-106.63°,北纬29.94°-29.96°,属亚热带季风湿润气候。研究区常年降雨,年平均降雨量为1200 mm,主要集中在5月-12月,年平均气温为16-23℃,年平均湿度为70%-80%,地势西高东低,以山地丘陵地形为主。研究区地理位置见图1,在研究区内共选取11个池塘进行采样,所选池塘位置分散,大小不一。池塘常年蓄水,平均水深为1.68 m,淤泥深度在0.40-1.86 m之间,面积在0.06 hm2到1.02 hm2之间。池塘周边有林地、农业用地及居民住宅,没有小作坊、工厂等,农业用地主要分为旱地和水田两种,旱地为玉米红薯间作,水田则用以种植水稻,无规模化种植。池塘除藻类繁殖外,无其他水生植物生长。

2.利用录制的视频对学生学习的内容加以巩固。每一个学习的人都知道，在课后，对所学内容的巩固在学习的整个过程中至关重要。俗话说“温故而知新”就是这个道理。在课后巩固上，要以学生为主体，利用相关的视频帮助学生夯实基础，充分发挥翻转课堂教学模式的优势。

2 研究方法

2.1 样品的采集及测定

2022年7月,对研究区池塘进行实地考察,走访多名附近居民,并从当地水利局查询山坪塘建设资料,从而确定池塘建造年份及最近一次清淤时间。我们将距离最近一次池塘疏浚的时长定为有效池塘年龄,未疏浚池塘自池塘建造年份算起。后续用于计算、分析的池塘年龄均指有效池塘年龄。为了得到池塘中心的沉积物淤积深度,我们采用直径8 mm的钢筋从池塘中心垂直打入。触碰底泥表面时做第一次标记,直至打到池塘硬底无法打入时做第二次标记,最后抽出钢筋,测量出水深和池塘中心的沉积物淤积深度。利用HP-55杆持式柱状沉积物采样器对研究区11个池塘进行采样。在每个池塘中心采集未受扰动的40-80 cm沉积物柱芯样品,现场按照10 cm间隔分割,从沉积柱底层往上依次装袋标记。切割好的样品运回实验室后,进行自然风干,研磨后过100目筛,存储待测。沉积物TOC (总有机碳,Total Organic Carbon)、TN (总氮,Total Nitrogen) 含量使用总有机碳分析仪(multi N/C 3100)、元素分析仪(vario EL cube)进行测定。

2.2 池塘流域土地利用提取

基于空间分辨率5 m的柳荫镇DEM数据,利用ArcGIS 10.5中水文分析模块,提取所取样的11个池塘的汇水流域边界。本研究依托高精度的遥感影像与目视解译的方法,结合研究区近十年来实际情况,将研究区土地利用划分为水田、旱地、水塘、建筑用地、林地五个类型,形成土地利用分类图,池塘流域土地利用类型面积比例见图2。其中,11号池塘流域面积最小,为0.42 hm2,1号池塘流域面积最大,为63.32 hm2。在研究区内,所有池塘流域土地利用类型中,林地和旱地占比最大,在10、11号池塘流域中,旱地占比均超过了50%,而8号池塘流域内没有旱地,林地占比达95%。所有池塘的流域中,水田和水塘占比均低于20%,9号池塘流域中水田占比最多,为14%。

图2 池塘流域不同土地利用类型的面积比Fig.2 Percentage of different land use types in watershed area

2.3 有机碳埋藏速率估算方法

通过实地调查和遥感影像,已知池塘水面面积、水深及沉积物淤积深度,并根据相关资料,确定池塘边坡坡度为1∶1.5。通过样品分析,得到每层沉积物柱芯的TOC含量、容重,但由于受到取样条件的限制,我们未能获取到全部淤积深度的沉积物柱芯,因此在下面的估算中,假设未采集到的底部沉积物的TOC含量、容重同柱芯最底层样品一致。

在估算有机碳埋藏速率前,采用锥台法[34]对沉积物淤积量进行计算,即将每层沉积物看作单独的圆锥台,采用圆锥台体积计算公式计算出每层的沉积物淤积量,计算公式如下:

舞蹈培训与辅导工作还要定期组织中老年人进行参观学习，通过一定的比赛活动积累经验，进而提高舞蹈水平。不同舞蹈队伍之间的参观学习，能使中老年人清晰地看到别人的优势和长处，发现自身存在的不足，进而不断改正缺点，提高舞蹈水平。实践是检验真理的唯一标准。通过舞蹈比赛活动适当增加中老年人的紧张度，可明确自身同他人的差距。同时，借助比赛收获友谊，相互交流舞蹈技巧和经验，改正舞蹈比赛过程中暴露出的缺点和不足，进而寻求更高层次的提升和发展，提高中老年培训与辅导的有效性。

(1)

式中,Vi为第i层锥台体积,即沉积物淤积量(m3);hi为第i层锥台的高,即沉积物每层深度(m);ri-1为第i层锥台下台半径,即第i-1层锥台上台半径(m);ri为第i层锥台上台半径(m)。

池塘沉积物OCA在2933.22-13457.68 g/m2区间内,均值为9316.96 g/m2。而OCAR均值为194.60 g m-2a-1,在142.76-293.32 g m-2a-1范围内变化。在空间上OCAR的差异显著,其中10号池塘的OCAR最大,为293.32 g m-2a-1,是2号池塘的2倍。其中9、10、11号三个池塘的面积相近,在所有池塘中最小,但它们的OCAR差异明显,10、11号池塘的OCAR显著高于其他池塘。而2、5、8、9号池塘OCAR偏低,均在170 g m-2a-1以下,这与其碳密度的情况并不一致,可能是受到了流域坡度等因素的影响。

图3 锥台法示意图Fig.3 Schematic diagram of circular table methodri-1:第i层锥台下台半径,即第i-1层锥台上台半径(m);ri:第i层锥台上台半径(m);hi:第i层锥台的高,即沉积物每层深度(m)

等你回来？目送他翻身上马的英姿，我苦笑着，在那马队中间，一顶红色的锦轿如此引人注目，里面坐着的应就是那位倾国的红颜无双。

接着,由各层沉积物TOC含量和容重相乘得到每层沉积物柱芯的有机碳密度,将每层沉积物淤积量与有机碳密度相乘并求和,除以池塘水面面积得到沉积物有机碳埋藏量(OCA, g/m2),最后由有机碳埋藏量除以有效池塘年龄得到有机碳埋藏速率(OCAR, g m-2a-1),计算公式如下:

随着改革开放的深入推进以及国家一带一路发展战略的深入贯彻落实，我国经济社会呈现出高速发展的态势，在十九大精神的正确指引下，中小企业也获得了良好的发展契机，在新时期背景下积极参与到市场竞争中，成为市场经济体系中极其重要的组成部分，不仅实现了企业自身的发展，也为我国市场经济的稳定运行奠定了坚实的基础。但是必须明确注意的是，中小企业的建设和而发展过程中，财务会计管理方面还存在一定的问题，对企业的现代化建设造成严重的阻碍，因此十分有必要针对中小企业财务会计管理工作进行系统的探究，增强企业发展持续动力，在维护中小企业持久稳定运行的基础上，为我国经济社会的现代化发展创造理想化的条件。

沉积物有机碳密度,

Wi=Ci×ρi

(2)

池塘沉积物有机碳埋藏量,

(3)

池塘沉积物有机碳埋藏速率,

本文选择2012-2015年沪深两市A股上市公司为研究样本。在样本的筛选过程中：①剔除了ST、PT类特殊处理和金融类的样本；②剔除了公司治理、财务数据缺失的样本；③对连续变量两端各1%进行了winsorize处理，以消除异常值的影响。④将一年内多次实施股票期权激励的样本公司视作为一个年度观测值。最终，共得到539家公司2156个年度观测值（平衡面板）。样本数据均来自手工整理、国泰安数据库和万德数据库。

(4)

式中,Wi为第i层有机碳密度(mg/cm3);Ci为第i层沉积物样品TOC含量(g/kg);ρi为第i层沉积物样品容重(g/cm3);OCA为池塘沉积物有机碳埋藏量(g/m2);Vi为第i层沉积物淤积量(m3);S为池塘水面面积(m2);OCAR为池塘沉积物有机碳埋藏速率(g m-2a-1);t为有效池塘年龄(a),即距离最近一次池塘疏浚的时间,未疏浚池塘自池塘建造年份算起。

2.4 统计分析

据估算,采集的11个池塘沉积物OCAR均值为194.60 g m-2a-1,远高于国内各湖泊,是云贵高原滇池的OCAR(27.73 g m-2a-1)[10]的7倍,比位于长江中下游的巢湖(7.8 g m-2a-1)[36]高出24倍。另外,相较于国内各地区水库OCAR值,本研究估算结果是我国华北地区水库OCAR均值(154 g m-2a-1)的1.26倍,是东南地区水库OCAR均值(70 g m-2a-1)的2.78倍[37]。综上,研究结果显示,池塘的有机碳埋藏速率比自然湖泊高出一个数量级,与大型水库在同一数量级。这些估算结果证实了Downing[21]等的研究结论,即池塘等小型水体的有机碳埋藏速率往往高于自然湖泊和大型水库。这可能是池塘等小型水体相对较高的外源碳输入,以及池塘内部初级生产力导致的大量有机碳沉积,这也表明富营养化程度较高的池塘可能具有更高的有机碳埋藏速率[38]。另外,本研究的OCAR估算方法有一定的局限性,估算结果均是基于采集的沉积物柱芯样本有机碳含量计算得到,而Taylor等人[22]的研究结果表明,根据沉积物柱芯样本估算的OCA比整个池塘挖出的沉积物OCA高13.09%,而本研究的OCAR是基于OCA计算,因此,本研究有机碳埋藏估算量可能较高。

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3 结果与分析

3.1 池塘沉积物基本理化性质

不同池塘沉积物容重差异较大,含水率未表现出明显差异,沉积物物理性质见表1,11个池塘沉积物样品容重均值在1 g/cm3以下,5号池塘沉积物容重最高,达到0.94 g/cm3,1号池塘沉积物容重最小,为0.51 g/cm3。所有池塘沉积物样品含水率均在45%到65%之间,其中9号池塘沉积物含水率最高,为62.63%,5、7、10号含水率较低,均小于50%。总体上,不同池塘沉积物的容重、含水率分别在垂直方向上趋势基本一致,含水率自上而下呈现出明显减小的趋势,容重则呈现出先增加后减少的趋势,沉积物含水率、容重垂直方向情况见图4。

表1 沉积物的物理性状Table 1 Physical properties of sediment

图4 池塘沉积物的基本理化性质Fig.4 Basic physicochemical properties of pond sediments*为离群值

为探讨池塘沉积物有机碳埋藏特征及其空间差异,如表2所示,汇总了11口池塘的理化特征指标及其沉积物的有机碳埋藏指标。

3.2 池塘沉积物的有机碳埋藏特征

池塘沉积物TOC含量变化区间为1.03%-3.51%,总体呈现TOC含量随深度增加而逐渐降低的趋势,TOC、TN垂直方向情况见图4。40 cm深度以上的沉积物TOC含量明显高于40 cm以下,在0-40 cm深度范围内,TOC含量在1.03%-3.51%之间变化,平均值为3.35%;40 cm深度以下,TOC含量变化在1.10%-2.50%之间,平均值为2.57%,这可能是受到池塘周边耕地活动及沉积物压实作用的影响[35]。TN含量变化区间为0.13%-0.37%,总体呈TN含量随深度增加而逐渐降低的趋势,20 cm深度以上,TN含量变化并不显著;20-50 cm深度范围内,TN含量持续降低,整体上TN含量平均值为0.25%。

其他地区池塘沉积物的有机碳埋藏速率见表4,相较于美国爱荷华州[21](2122 g m-2a-1)的农业流域蓄水池,本研究OCAR估算值(194.60 g m-2a-1)小了一个数量级,但与其他池塘的类似研究结果相比,OCAR均值估算结果相对偏高。例如,结果相较于城市内用于调蓄雨水的池塘明显偏高,Merriman[24]等发现,在美国北卡罗来纳州带有植被的池塘以78.43 g m-2a-1的速率积累有机碳,瑞典池塘临时淹水区的OCAR为75.8 g m-2a-1,新加坡城市池塘的OCAR为135.2 g m-2a-1。对于这些城市池塘,浅水区和临时淹水区刻意种植了挺水植物,植物的初级生产力相较于流域的有机质输入更加重要。而在本研究中,沉积物中的有机碳既来源于池塘内藻类死亡、鱼类排泄物带来的有机质,还来源于流域内林地、旱地地表径流带来的泥沙。另外,通过对比其他地区的池塘有机碳埋藏速率,可以看出,即使同一地区的池塘,其池塘OCAR仍表现出明显的个体差异性,这与我们的研究结果一致。因此,除了温度、降雨这些因素外,池塘有机碳埋藏速率还可能与池塘的修建时间、面积、汇水面积、周围土地利用情况等因素有关。

锥台法示意图如图3所示:

采用Excel 2019对数据进行整理与分析,运用ArcGIS 10.5、Origin 2021软件作图,利用SPSS 21.0软件对沉积物OCAR和池塘面积等池塘因素、土地利用类型等流域因素进行Pearson相关性分析。

3.3 有机碳埋藏速率影响因素分析

在本文中,主要从池塘因素和流域因素两方面探究有机碳埋藏速率的影响因素,池塘因素包括池塘水面面积、流域面积、流域与池塘水面面积比值、TN含量,流域因素主要考虑池塘流域内土地利用的影响。利用SPSS对池塘沉积物中的有机碳埋藏情况与池塘特征及其所在流域特征进行了Pearson相关性分析。表3为池塘沉积物的TOC含量、有机碳密度和有机碳埋藏速率与池塘内部因素以及流域因素的Pearson相关系数和显著性。

表3 有机碳埋藏与池塘因素和流域因素的相关性Table 3 Correlation of organic carbon burial with pond factors and watershed factors

结果表明,池塘沉积物TOC含量与TN含量呈显著正相关(P<0.01),流域因素方面与池塘流域中林地面积占比呈显著正相关(P<0.05),与旱地面积占比呈显著负相关(P<0.05),其中与TN含量的相关系数绝对值最大,说明其影响最大。池塘沉积物有机碳密度仅与流域中旱地面积占比呈显著负相关(P<0.05)而池塘因素未与沉积物有机碳密度表现出显著相关性。与沉积物TOC含量、有机碳密度不同,池塘OCAR与流域内旱地面积占比呈显著正相关(P<0.05),且相关系数绝对值大于前面两者。

4 讨论

4.1 不同地区池塘有机碳埋藏速率

池塘有机碳密度在9.22-17.84 mg/cm3之间变动,均值为12.10 mg/cm3,且个体差异明显。其中,8号池塘的有机碳密度最大,为17.84 mg/cm3,这主要是因为其TOC含量最大,为2.57%。通过图2,可以看到8号池塘流域林地占比高达95%。而林地土壤表面有较多的植物凋落物及残体,腐殖化作用较强,使得其表层土壤有机质含量较高。

文革结束后，枫桥区在全国率先给改造好的“四类分子”全部摘帽。1979年2月5日，《人民日报》就此发表《摘掉一顶帽，调动几代人》长篇通讯，全面介绍枫桥区给“四类分子”摘帽的经验。

表4 其他地区池塘的有机碳埋藏速率Table 4 Organic carbon burial rate in ponds in other regions

有机碳埋藏速率估算结果的准确性与估算方法密切相关,这也可能是OCAR估算结果相对较高的原因。在本研究中,为了更准确地估算沉积物淤积量,根据池塘实际情况,确定了池塘边坡坡度等参数,并结合锥台模型进行分层计算,但由于池塘水面形状不规则、淤泥面不平整等原因,仍可能高估沉积物淤积量。同时,由于池塘年代久远、缺乏资料,通过居民调查和相关资料查阅获取的池塘建造年份和疏浚时间可靠性较弱,且难以保证底泥疏浚的彻底性,使得估算结果产生误差。在计算过程中,由于未考虑池塘沉积物碳密度的空间异质性,将池塘中心的碳密度扩展至整个池塘进行计算,也会造成计算结果偏高。Taylor[22]等人提供了一种目前最精准的方法,他们将池塘挖成均匀的大小和深度,尽可能接近自然的条件下复制池塘,两年后将沉积物全部挖出,计算有机碳埋藏速率。该方法很好地解决了前文所述的三个问题,但该方法不适用于本研究中年代久远、规模稍大的农业池塘。后续,可以考虑对池塘进行多点位的沉积物淤积深度测量和有机碳含量检测,探讨碳密度的空间异质性,并结合加权插值等方法,估算整个池塘的沉积物淤积量和有机碳储量[41]。

4.2 池塘有机碳埋藏影响因素

池塘沉积物有机碳来源分为内源和外源,内源有机碳主要是指水生植物通过光合作用固定的有机碳,外源有机碳则主要是通过侵蚀、地表径流等方式从流域中输送至池塘的陆地碳源。池塘的有机碳埋藏速率与有机碳来源关系紧密[17]。而影响有机碳来源的因素众多,其中温度和降水的影响较大。温度上升,池塘及流域内的生物量增加、营养浓度升高,初级生产力提高,从而使得有机碳埋藏量增加[36,44-45]。另外温度越高,有机碳的矿化作用愈强,有机碳的埋藏效率降低[46]。降水量的增加则会通过雨水的淋溶作用增加有机碳的输入量[11]。本文中的11个池塘位于同一地区,气候条件相同,因此更多地考虑周边土地利用、植被等因素的影响。

池塘因素中,TOC含量与TN含量呈显著正相关,这可能是因为氮素可以直接促进水中藻类的生长,提高了池塘的初级生产力,从而增加了池塘沉积物中有机碳含量。与Downing等[21]的研究结果不同,本研究中OCAR未与池塘水面面积表现出显著的负相关性,另外,OCAR与流域面积(CA)、流域和池塘面积的比值(CA:PA)均无显著相关性,这可能是由于本研究中池塘流域有机质来源复杂,干扰因素较多。池塘内部有藻类繁殖和鱼类养殖,藻类的初级生产力和鱼类排泄物的累积均会使沉积物中有机质增加。同时流域的坡度也会影响泥沙的输入效率,在较缓的坡度上雨水将表层土壤冲刷进池塘水体的难度更大,从而影响了池塘中的底泥有机质含量。

流域因素中,沉积物TOC含量与流域中的林地面积占比呈显著正相关,可能是林地土壤表面覆盖了大量植物凋落物,减少土壤表层光和热的获取,从而有助于土壤有机质的积累[47]。旱地面积占比与TOC含量、有机碳密度均呈显著负相关,但与OCAR呈显著正相关。这可能归因于池塘流域内的旱地上长年种植红薯、玉米等作物,而耕作活动会破坏土壤团聚体结构,加速有机碳的分解,使得表层土壤有机质含量降低[48]。同时,耕种作物带来的土壤扰动,会使土壤发生松动,这部分土壤在降雨时更易被带入水体,使得池塘有机碳的来源增加。池塘OCAR与建筑用地、水田面积占比均无显著关系,流域中的居民住宅数量少且位置分散,难以对池塘有机碳输入造成严重影响。有研究发现,水田相较于旱地有机质分解速率更大[49],但流域中水田面积占比不大,影响并不明显。后续的研究中可以采用正构烷烃单体碳同位素等方法,进一步追溯池塘中的有机碳来源和组成,更加准确地讨论流域内各种土地利用类型对池塘有机碳沉积的影响。

花样游泳有单人、双人、团体等形式，都是只有女子能够参加。花样游泳起源于欧洲，1920年花样游泳创始人柯蒂斯将跳水和体操的动作混合一起表演，起初只作为两场游泳比赛之间的一种娱乐节目，后来逐渐融入舞蹈和音乐，成为一项优美的水上竞技项目。

4.3 池塘对区域碳循环的影响

本文的研究结果表明,池塘具有较强的储碳能力,且比自然湖泊和水库的碳汇作用更加突出,然而,池塘中的微生物也可通过降解有机物,向大气中排放大量的CH4和CO2气体[20]。瑞典一项研究结果表明[42],瑞典小池塘的CO2排放量是沉积物碳积累量的1.8-37.5倍,而荷兰[25]的一个占地面积0.463 hm2的城市池塘,有机碳埋藏速率仅为29.2 g m-2a-1,大大低于碳排放量(CO2和CH4排放量总和)391 g m-2a-1。因此,尽管池塘沉积物中碳的积累率高于草地、森林等其他生态系统,但由于向大气中排放更多的二氧化碳和甲烷,池塘通常被认为是碳的净来源。在国内,水面面积<0.1 km2的池塘和小水库的数量众多,超过水体总量的98.65%,这部分水体在碳循环中发挥着重要作用,国内已有学者对池塘气体排放进行了通量观测研究,申雅莉[50]对湖南省一个典型农业源头流域的塘库进行了为期一年的连续监测,通过漂浮式静态通量箱技术得到了11个月的CH4和CO2排放通量数据。为便于比较池塘碳排放和碳沉积的作用,我们参考了Karl等人[42]的比较方法,将申雅莉[50]研究结果中CH4、CO2排放总量转化为194.99 g C m-2a-1,而本研究中的有机碳埋藏速率为142.76-293.32 g C m-2a-1,因此池塘的碳沉积量是碳排放总量的0.73-1.5倍。然而,小池塘碳通量变化较大,极易受到降雨、温度、流域活动等因素的影响,我们采用的碳排放数据同样来源于亚热带丘陵山区池塘,尽可能避免气候带来的影响,但不同池塘不同时间的池塘碳通量仍存在差异,因此,后期可以对本文中的池塘碳通量进行长期的实地观测,并进行更为精细的计算和比较,从而了解池塘这一类小型水体对区域碳循环的潜在影响。

5 结论

本文选取丘陵山区池塘进行研究,分析池塘沉积物特性并估算沉积物有机碳埋藏速率;基于研究区遥感影像和相关性分析,探究有机碳埋藏影响因素;对比湖泊、水库及其他地区池塘碳沉积研究成果,探究池塘碳沉积能力。最终得出以下研究结论:(1)不同池塘沉积物容重、含水率分别在垂直方向上趋势相同,含水率自上而下逐渐减小,容重则呈现出先增加后减少的趋势。池塘沉积物TOC、TN含量总体上均呈现出随深度增加而逐渐降低的趋势;(2)池塘之间有机碳埋藏速率差异较大,在142.76-293.32 g m-2a-1之间变化,均值为194.60 g m-2a-1,这一结果比国内自然湖泊高出一个数量级,略高于其他池塘的类似研究结果;(3)相关性分析结果表明,池塘有机碳埋藏速率与流域内旱地面积占比呈显著正相关(P<0.05),与池塘面积无显著相关性。国内池塘普遍面积较小,但数量众多,是不容忽视的地理景观要素。因此,在进行碳收支计算时,应该充分考虑池塘等这类小型水体的作用,同时也要进一步研究池塘有机碳的沉积、矿化、埋藏过程及其驱动因素,从而更好地认识池塘等小型水体在区域碳循环中的作用。