沼泽湿地生物碳汇扩增与碳汇型生态农业利用模式

　　摘要：为了探索沼泽湿地生物碳汇扩增技术与碳汇型生态农业利用模式，该文选取吉林省大安市牛心套堡苇场的苏打型盐碱化芦苇沼泽湿地为研究对象，通过田问工程、放流增殖鱼、虾、蟹、退化芦苇植被恢复等措施，构建高碳汇型水生生物群落，于2006～2011年进行了沼泽湿地生物碳汇扩增技术与碳汇型生态农业利用模式的试验。结果表明，试验地主要碳汇生物的年平均生物量达到3364．38k鲋lIn2，比试验前增加了158．20％，年均递增20．89％；试验地年均碳汇能力达到176．42蝇／111112，比试验前增加了256．98％，年均递增35．01％；试验地年均经济效益达到744元／llm2，比试验前增加了215．25％，年均递增25．81％。鱼、虾、蟹的放流增殖对沼泽湿地生态系统结构和功能无明显损害，所构建的“苇一鱼．虾．蟹”复合生态结构可作为退化芦苇沼泽湿地的生物碳汇扩增模式和碳汇型生态农业利用模式，也可为其他类型湿地实施生物碳汇扩增与碳汇型利用提供借鉴。

　　关键词：碳，生态，农业，碳汇扩增，碳汇型利用，盐碱化沼泽湿地，松嫩平原

　　O引言

　　“从大气中移走二氧化碳(C02)、甲烷(CH4)等导致温室效应的气体、气溶胶或它们的初生体的任何过程、活动和机制称为碳汇”；“向大气中释放二氧化碳(C02)、甲烷(CH4)等导致温室效应的气体、气溶胶或它们的初生体的任何过程、活动和机制称为碳源，，11。3|。面对全球气候变化，国际社会都在致力于温室气体减源增汇的探索，以适应、减缓所带来的影响；中国也将低碳、绿色发展作为建设资源节约型、环境友好型社会，应对全球气候变化和实现可持续发展的战略选择。沼泽湿地是内陆天然湿地的主要类型之一，面积占全球陆地面积的3％。泥碳地是沼泽湿地的主要类型之一，所储存的碳(C)约占全球陆地碳的20％、土壤碳的35％，相当于大气碳的75％【4堪J；中国三江平原沼泽湿地碳的年积累量也达4．67×104t【4J。然而在过去的200年间，排水疏干、农田化利用等导致沼泽湿地退化、消失，全球仅泥碳地收稿日期：2012．02—22修订日期：2012．08．13基金项耳：吉林省科技发展计划项目(20080402一1)：吉林省农业综合开发项目。作者简介：杨富亿(1964一)，男，吉林省九台人，研究员，主要从事湿地利用研究。长春中国科学院东北地理与农业生态研究所，130012。Email：yaIIg缸yi@neigae．ac．cn的碳储量就减少了4．1×109t17。9J；农业垦殖使中国三江平原沼泽湿地的碳汇能力下降60％～85％Il川。由此可见，沼泽湿地在减缓温室气体排放方面发挥着重要作用；而不合理的开发利用也可导致沼泽湿地碳汇能力的下降乃至丧失[111。实施生物碳汇扩增，如通过恢复、重建退化的植被、提升天然沼泽湿地的生物固碳能力、大力发展碳汇型利用模式(直接或间接降低大气C02浓度的利用模式)等措施，对增强沼泽湿地的碳汇能力将产生积极作用。相关报道国内外尚不多见。

　　1试验地概况与试验方法

　　1．1试验地概况

　　试验地位于松嫩平原西部吉林省大安市牛心套堡苇场，地理坐标为45。13’～45。16tN，123。15’～123。2l’E。该区属温带半湿润向半干旱过渡的大陆性季风气候，光热资源丰富，水热同季，降雨偏少。年平均气温为4．3℃，年平均≥10℃的活动积温为2935℃，年平均无霜期130d；年平均日照时数为3012h，太阳总辐射量全年平均为5259MJ／llm2；年平均降雨量为396mm，其中6—8月占73％；年平均蒸发量为1817mm。所选择的试验地为霍林河与洮儿河间的河漫滩草本沼泽湿地，面积为100hm2，天然降水为主要水源，丰水年份可从洮儿河补给，并随水进入银鲫(c白瑚sf淞口甜阳觚gf6e肋)、中华小长臂虾(砌肠P脚伽P幼sf甩P瑚西)、秀丽白虾(砌肠Pm伽聊D沈s觚)、日本沼虾(朋白c加6朋砌f姗厕，pD甩珊括)等天然鱼、虾，年平均生物量在30kg／hm2左右，常年积水深度平均为0～20cm。

　　1．2材料与方法

　　1．2．1工程措施试验前实施必要的工程建设。包括在试验地四周边界处开挖10m宽、1．5m深的环沟，总长度为3800m；试验地内开挖宽5m、深1．2m的“十”字形明水沟，总长度为4200m，并与环沟相通，其交点处扩建为面积1．2hm2、深3．5m的越冬区。此外，修建鱼、虾、蟹的苗种驯化池2口，兼作商品鱼、虾、蟹的暂养池，面积均为O．5hm2，深1．5m。打机井4眼，单井出水量在100m3／h以上，用于驯化池注水和旱季试验地补水。

　　1．2．2放流增殖对象的选择根据环境适应性和天然饵料基础选择放流增殖对象。试验地水质符合NY厂r5065—2001【15】、GB11607—89【16】和NY505卜2001【17】的要求，水体含盐量、碱度、pH值等主要水化学指标适合鱼、虾、蟹生存。沼泽湿地中茂盛的水革为虾、蟹提供栖息与避敌蜕壳场所，还为鲤(印一聆淞C场r加珊c口啊fD)、银鲫提供产卵繁殖基质；明水面扩大、水体空间增加为鲢(局伊印办历口砌fc办砌腰聊D，f护讶)、鳙0，．妇ffcIi2砌粥玎06f凰)鱼觅食、生长提供适宜环境；浮游植物和浮游动物为鲢、鳙鱼，软体动物、摇蚊幼虾和寡毛类为鲤、银鲫提供饵料基础；沉水植物、有机腐屑分别为中华绒螯蟹(DfDc厅P护J加P珊缸)和虾类的主要饵料。因而选择鲢、鳙、鲤、银鲫、日本沼虾和中华绒螯蟹为放流增殖对象。同时为了探索内陆盐碱水养殖海虾的可能性，还将中国明对虾(凡聆聆P聊P胛口P“J幽拥P舢括)列为放流增殖对象。

　　2结果与分析

　　2．1沼泽湿地碳汇生物生物量

　　2006—2011年，通过实施鱼、虾、蟹放流增殖和退化芦苇植被恢复，使沼泽湿地的生物种群效益得到恢复和提高，从而构建起高生物量高碳汇水生生物群落，成为退化沼泽湿地碳汇功能恢复的物质基础。沼泽湿地中浮游植物、浮游动物、底栖动物、沉水植物和有机腐屑等共同构成鱼类、日本沼虾和中华绒螯蟹的天然饵料基础；水生植被是鲤、银鲫的产卵基质，日本沼虾蜕壳避敌的场所进而促进种群自然增殖；田间工程是实现苇、鱼、虾、蟹共生发展的保障；水量调控措施改善了沼泽湿地的水文过程，与栽培抚育措施共同促进退化芦苇植被的恢复。这些因素的综合作用，使试验地的主要碳汇生物鱼类、日本沼虾、中华绒螯蟹和芦苇的年平均生物量达到3364．38k2／I瑚2，比试验前(2005年)增加2091．38kg／h∥，提高了158．20％(表2)。所增加的碳汇生物生物量中，鱼类、日本沼虾和中华绒螯蟹总计年平均为592．38kg／11m2，占28．74％；芦苇年平均为1469k趴1IIl2，占71．26％。可见通过鱼、虾、蟹放流增殖与退化芦苇植被恢复等生物措施，明显地提高了沼泽湿地碳汇生物的生物量。

　　2．2沼泽湿地生物碳汇能力

　　上述所构建的碳汇水生生物群落中，芦苇通过光合作用直接吸收、固定大气碳，其地上部分所固定的碳通过收获而移出大气，地下部分则借助有机质的腐化作用将其储存在湿地土壤中；摄食天然饵料的鱼、虾、蟹，以其生长活动与增殖过程促进饵料生物吸收、固定水体碳，其中一部分碳通过食物网机制以生物量的形式转化为碳汇生物产品(鱼、虾、蟹)，再通过收获把这些已转化为生物产品的碳移出水体，从而间接地移走大气碳。计算结果表明，2006—2011年，试验地生物碳汇能力年平均为176．42kg／h∥，比试验前(49．42kg／hm2)增加127．00kg／hrn2，提高了256．98％(表3)。所增加的生物碳汇能力中，鱼类、日本沼虾和中华绒螯蟹总计年平均为69．97kg／llIIl2，占55．09％；芦苇年平均为57．03kg／h群，占44．91％。可见采用上述生物措施不仅提高了沼泽湿地碳汇生物生物量，其生物碳汇能力也显著增强。同时也表明鱼、虾、蟹等水生动物的碳汇功能对提高沼泽湿地碳汇能力所起的作用不容忽视。

　　3讨论

　　固定并储存大气温室气体是实现低碳、绿色发展的重要途径之一，这既可以通过工业手段，也可以利用生物固碳功能来实现【1J。但从中国目前的科技与生产发展水平来看，通过工业手段成本高、难度大。利用生物固碳功能，通过实施生物碳汇扩增战略来实现生物减排增汇较为必要。目前可实施生物碳汇扩增的领域包括：海洋、林业、农业、草业、湿地和土地利用；其中，湿地的碳汇能力在全球仅次于海洋和森林，是陆地生态系统中仅次于森林的重要碳汇之一[7。91。因此，实施生物碳汇扩增对中国发展低碳、绿色经济有着特别重要的意义和巨大的潜力。本试验退化芦苇沼泽湿地碳汇生物生物量、生物碳汇能力的年平均递增率分别达到20．89％和35．01％，因而所构建的“苇．鱼．虾一蟹”复合群落结构是一种生物碳汇扩增模式。这表明退化芦苇沼泽湿地的生物碳汇扩增，可以通过恢复与重建高生物量、高碳汇型水生生物群落来实现。

　　4结论

　　1)“苇一鱼．虾一蟹”复合生态结构，每年可提高芦苇沼泽湿地生物碳汇能力35．01％，可作为退化芦苇沼泽湿地生物碳汇扩增模式。2)实施“苇一鱼．虾一蟹”模式，每年可提高芦苇沼泽湿地的经济效益25．81％，是适合沼泽湿地发展的碳汇型生态农业利用模式。3)“苇一鱼一虾一蟹”模式适合于芦苇沼泽湿地特别是退化湿地的推广应用，也可为其他类型湿地实施生物碳汇扩增与碳汇型利用提供借鉴。

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