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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
植物生态学报
2025, 49 (4):
526-539.
DOI: 10.17521/cjpe.2024.0253
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。 ![]() View image in article
图8
闽江河口短叶茳芏沼泽湿地生态系统碳收支过程对淹水高度增加的响应。AGB, 地上生物量; BGB, 地下生物量; Ci, 胞间CO2浓度; DOC, 溶解性有机碳浓度; ER, 生态系统呼吸; GPP, 总初级生产力; gs, 气孔导度; NEE, 净生态系统CO2交换量; ORP, 氧化还原电位; Pn, 净光合速率。
正文中引用本图/表的段落
与假设(3)一致, 淹水高度的增加确实提高了潮汐湿地的NEE (图8)。然而, 这与我们最初的预期不同。这一变化并非源于碳输入和碳排放的同步减少, 导致碳输入逐渐低于碳排放, 而是因为GPP下降的同时, ER却有所增加。本研究结果表明: 淹水高度增加后, 由于短叶茳芏对淹水胁迫的适应造成其根际过程增加, 促使短叶茳芏沼泽湿地ER增强。同时, 淹水高度增加减少短叶茳芏AGB、gs和Ci, 降低短叶茳芏净光合速率, 使得短叶茳芏湿地GPP降低。因此, 淹水高度增加背景下, 潮汐湿地碳吸收能力减少, 碳排放能力增加, 改变了其原有的碳收支平衡, 使得潮汐沼泽湿地NEE发生变化。相较于对照,当淹水高度增加20 cm, NEE增加, 表明海平面上升50年后, 潮汐湿地碳吸收能力减弱; 但当淹水高度增加40 cm, NEE由负值转变为正值, 表明海平面上升100年后, 潮汐湿地由碳吸收转变为碳排放(图7)。该结果意味着未来海平面上升后, 对气候变暖产生正反馈, 而该反馈将导致海平面进一步上升。因此, 潮汐湿地生态系统的固碳速率可能无法跟上海平面上升的速度, 导致大面积的潮汐湿地被淹没, 进一步削弱潮汐湿地的固碳能力。在未来气候变化背景下, 政府和学界应该要更加重视海平面上升对潮汐湿地碳收支过程的影响。
本文的其它图/表
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