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淹水高度增加对短叶茳芏潮汐湿地净生态系统CO2交换量的影响
李琳, 黄佳芳, 丁中浩, 郭萍萍, 蔡芫镔, 李诗华, 李云琴, 罗敏
植物生态学报    2025, 49 (4): 526-539.   DOI: 10.17521/cjpe.2024.0253
摘要   (205 HTML12 PDF(pc) (2123KB)(101)  

海平面上升引起的淹水高度增加将改变潮汐湿地的碳循环过程。然而, 目前的研究主要集中在淹水高度增加对土壤总碳库的影响上, 对于其如何影响碳收支的平衡尚未厘清。基于此, 该研究在闽江河口潮汐湿地搭建“沼泽管”实验平台, 并设置CK (对照)、CK + 20 cm、CK + 40 cm 3种淹水处理, 模拟当前、未来50年和100年的海平面上升情景。通过测定淹水高度增加对短叶茳芏(Cyperus malaccensis)沼泽湿地净生态系统CO2交换量(NEE)、总初级生产力(GPP)、生态系统呼吸(ER)、植物生物量、植物光合特性指标和土壤理化指标的影响, 从而明晰海平面上升对潮汐湿地碳收支平衡的影响。研究结果表明: 淹水高度增加导致短叶茳芏地上生物量减少, 地下生物量增加。与CK相比, CK + 20 cm和CK + 40 cm处理中, GPP分别降低27%和32%, ER分别增加20%和58%。GPP的减少与淹水高度增加后地上生物量的减少和植物光合特性指标(净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度)的下降有关; 而ER的增加与淹水高度增加后土壤氧化还原电位和可溶性有机碳含量的增加相关。在CK、CK + 20 cm、CK + 40 cm 3种淹水处理下, NEE分别为-539.8、-102.7和185.6 g C·m-2·a-1。上述结果表明, 海平面上升情景下短叶茳芏沼泽湿地碳收支平衡被破坏。淹水高度增加20 cm, NEE增加, 表明短叶茳芏沼泽湿地碳吸收能力减弱; 淹水高度增加40 cm, NEE由负值转变为正值, 表明短叶茳芏沼泽湿地生态系统由碳吸收转变为碳排放。该研究为预测和应对未来海平面上升对潮汐湿地碳循环的影响提供了科学依据。



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图1 闽江河口鳝鱼滩潮汐湿地碳通量研究位置图和沼泽管实验平台。A, 闽江河口位置图。B, 闽江河口鳝鱼滩潮汐湿地研究区(红色方框)位置图。C, “沼泽管”模拟实验示意图。CK, 对照。
正文中引用本图/表的段落
研究样地位于福建闽江河口鳝鱼滩潮汐湿地(26.17° N, 119.62° E; 图1A、1B)。研究区属于亚热带海洋性季风气候区, 年平均气温为19.6 ℃, 年降水量为1 346 mm。潮汐为典型半日潮(Luo et al., 2016)。研究区土壤盐度为0.4%-0.6%, 有机碳含量为(10.4 ± 3.0) g·kg-1, 土壤类型为粉砂质壤土(黏粒含量10.3%-13.4%, 粉粒含量54.3%-58.7%, 砂粒含量28.4%-35.2%)。本研究选择鳝鱼滩潮汐湿地内分布的主要本地优势种短叶茳芏为供试植物, 该盐沼植物3月初进入生长期, 6-9月生长旺盛, 生长期约为8个月, 具有耐淹水、耐盐、碳固存率高等优点(Pan et al., 2024)。
“沼泽管”实验装置参考Morris等(2007)的设计, 由高度相同的圆柱形聚氯乙烯管(内径= 15 cm; 高度= 50 cm)组成(图1C), 在鳝鱼滩潮汐湿地的潮沟中不同的高程设置沼泽管, 因不同高程的沼泽管淹水时长有差异, 从而探明淹水高度增加对潮汐湿地碳收支平衡的影响(Kirwan & Megonigal, 2013)。本实验设置以下3种淹水处理: CK (对照)、CK + 20 cm、CK + 40 cm, 每种淹水处理设计3个重复。其中, CK处理的顶端是参照研究样地的平均淹水频率设置, 而CK + 20 cm和CK + 40 cm处理的沼泽管比对照低20和40 cm (图1C)。利用3001型水位计(精度为±0.01 m) (Solinst, Tornto, Canada), 测得CK + 20 cm和CK + 40 cm处理下日均淹水时长分别增加2.3和4.6 h左右。
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