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滨海湿地碳汇功能及其对气候变化的响应研究系列进展

2021.12.03
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日月风花

“Four season Four color”

  滨海湿地具有高初级生产力、低有机质降解速率以及高碳沉积埋藏速率,是全球“蓝碳”资源重要贡献者,在缓解全球气候变化方面发挥重要作用。自2010年以来,依托中国科学院黄河三角洲滨海湿地生态试验站,中科院烟台海岸带研究所研究员韩广轩研究组基于长期野外定位观测和原位控制试验,利用涡度协方差、动态箱法和微生物技术等,在滨海湿地碳汇功能及其对气候变化的响应研究中取得系列进展。

  基于10年(2010-2019)的涡度协方差长期定位观测数据发现,黄河三角洲芦苇湿地(潮上带)的年际CO2汇强度为-171.48 ± 50.42 g C m-2 year-1,波动范围为-94.49 ~ -240.70 g C m-2 year-1(Wei et al. 2021, Agricultural and Forest Meterology)。8年(2012-2019)的监测数据表明,盐地碱蓬湿地(潮间带)平均年际CO2汇强度为-51.7 ± 9.7 g C m-2 year-1,波动范围为-8 ~ -85 g C m-2 year-1(Chu et al. 2021, Agricultural and Forest Meterology),两类滨海湿地类型均为稳定的CO2汇。此外,科研人员对比分析了全球范围内17个滨海湿地的CO2吸收能力。草本植被为主的滨海湿地碳汇能力波动范围为-709.67 ± 123.25 ~ 139.17 ± 665.80 g C m-2 year-1(12个站点),而木本植被为主的滨海湿地碳汇能力波动范围为-980.60 ± 182.43 ~ 580.00 ± 52.92 g C m-2 year-1(5个站点)。

  在全球气候变化背景下,极端降雨事件发生频次增加,研究降雨量变化、降雨量季节分配及其极端降雨导致的淹水对滨海湿地碳循环长期变化趋势及其机制是准确评估蓝碳功能的关键。8年连续监测数据表明,春季降雨量分配是滨海湿地净生态系统CO2交换(NEE)年际变化的主控因子(Chu et al. 2021, Agricultural and Forest Meterology)。春季作为植物定群萌发的关键阶段,受到土壤盐胁迫的影响,而春季降雨量分配通过调控土壤水盐动态,直接调控植被萌发生长,进而影响滨海湿地植被的碳吸收能力。此外,极端降雨导致的淹水胁迫降低芦苇湿地植被的光合作用,最终对碳吸收产生抑制作用,极端降雨年份累计CO2吸收能力比正常年份减少了56%(Wei et al. 2021, Agricultural and Forest Meterology)。降雨梯度野外试验平台(+60%、+40%、对照处理、-40%、-60%)5年(2015-2019)的土壤呼吸监测数据发现,土壤呼吸速率对增减雨处理的响应是不对称的。增雨处理下土壤呼吸增加量大于减雨处理下的减少量,主要与降雨处理下土壤盐度的不对称变化有关(Li et al. 2021, Agricultural and Forest Meterology)。

  基于增温野外控制试验平台发现(增温2.4℃),6年的持续增温改变了滨海湿地微生物群落的多样性以及微生物之间的相互作用关系。真菌对增温表现出较强的耐受能力,这种耐受能力同时稳定了真菌与其他两类微生物之间的联系。另外,跨域网络模块与土壤有机质的负相关关系在增温条件下强化,可能对土壤碳储存功能造成威胁(Zhou et al. 2021, Global Change Biology)。野外长期氮磷添加控制试验平台5年的监测数据表明,氮磷输入通过提高土壤养分有效性刺激植物生长并改变土壤微生物群落结构,进一步导致土壤中活性有机碳组分(可溶性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC))增加,而芳香DOC含量减少,这些变化共同影响土壤有机碳矿化作用。其中,当氮磷输入比例为15:1时,土壤有机碳矿化作用最为强烈(Li et al. 2022, Catena)。

  相关成果发表在Agricultural and Forest Meterology(3篇)、Global Change Biology和Catena上,为定量评估滨海湿地蓝碳功能和制定蓝碳增汇途径提供了理论依据和数据支持。


图1.植被生长早期降雨变化对滨海湿地碳交换的影响机制

图2.极端降雨及其淹水对滨海湿地年际NEE变化的影响

图3.增温改变滨海湿地土壤微生物层级互作

图4.氮磷不平衡输入对滨海湿地土壤有机碳组分和有机碳矿化的影响


烟台海岸带研究所
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