煙臺海岸帶研究所在濱海濕地碳匯功能及其對氣候變化的響應研究中取得系列進展

濱海濕地具有高初級生產力、低有機質降解速率以及高碳沉積埋藏速率,是全球藍碳資源重要貢獻者,在緩解全球氣候變化方面發揮重要作用。聯合國氣候變化大會第24次締約方大會把“藍碳”碳匯列為應對氣候變化六大措施。同時,多個國家和國際組織也在推動“藍碳”納入氣候變化談判和本國應對氣候變化政策。自2010年以來,依托中國科學院黃河三角洲濱海濕地生態試驗站,中國科學院煙臺海岸帶研究所韓廣軒研究組基于長期野外定位觀測和原位控制試驗,利用渦度協方差、動態箱法和微生物技術等,近期在濱海濕地碳匯功能及其對氣候變化的響應研究中取得了系列進展。相關成果發表在Agricultural and Forest Meterology3篇)、Global Change BiologyCatena上,為定量評估濱海濕地藍碳功能和制定藍碳增匯途徑提供了理論依據和數據支持。

基于10年(2010-2019)的渦度協方差長期定位觀測數據發現,黃河三角洲蘆葦濕地(潮上帶)的年際CO2匯強度為-171.48 ± 50.42 g C m-2 year-1,波動范圍為-94.49 ~ -240.70 g C m-2 year-1Wei et al. 2021, Agricultural and Forest Meterology)。此外, 8年(2012-2019)的監測數據表明,鹽地堿蓬濕地(潮間帶)平均年際CO2匯強度為-51.7 ± 9.7 g C m-2 year-1,波動范圍為-8 ~ -85 g C m-2 year-1Chu et al. 2021, Agricultural and Forest Meterology),兩類濱海濕地類型均為穩定的CO2匯。同時,對比分析了全球范圍內17個濱海濕地的CO2吸收能力。草本植被為主的濱海濕地碳匯能力波動范圍為-709.67 ± 123.25 ~ 139.17 ± 665.80 g C m-2 year-112個站點),而木本植被為主的濱海濕地碳匯能力波動范圍為-980.60 ± 182.43 ~ 580.00 ± 52.92 g C m-2 year-15個站點)。

在全球氣候變化背景下,極端降雨事件發生頻次增加,研究降雨量變化、降雨量季節分配,以及極端降雨導致的淹水對濱海濕地碳循環長期變化趨勢的影響及其機制是準確評估藍碳功能的關鍵。8年連續監測數據表明,春季降雨量分配是濱海濕地凈生態系統CO2交換(NEE)年際變化的主控因子(Chu et al. 2021, Agricultural and Forest Meterology)。這是由于春季作為植物定群萌發的關鍵階段,受到土壤鹽脅迫的影響,而春季降雨量分配通過調控土壤水鹽動態,直接調控植被萌發生長,進而影響濱海濕地植被的碳吸收能力。另外,極端降雨導致的淹水脅迫降低蘆葦濕地植被的光合作用,最終對碳吸收產生抑制作用,極端降雨年份累計CO2吸收能力比正常年份減少了56%Wei et al. 2021, Agricultural and Forest Meterology)。另外,降雨梯度野外試驗平臺(+60%、+40%、對照處理、-40%、-60%5年(2015-2019)的土壤呼吸監測數據發現,土壤呼吸速率對增減雨處理的響應是不對稱的。增雨處理下土壤呼吸增加量大于減雨處理下的減少量,主要與降雨處理下土壤鹽度的不對稱變化有關(Li et al. 2021, Agricultural and Forest Meterology)。

 


1 植被生長早期降雨變化對濱海濕地碳交換的影響機制

 

2 極端降雨及其淹水對濱海濕地年際NEE變化的影響

基于增溫野外控制試驗平臺(增溫2.4℃),發現6年的持續增溫不僅改變了濱海濕地微生物群落的多樣性,同時也改變了微生物之間的相互作用關系。真菌對增溫表現出較強的耐受能力,這種耐受能力同時穩定了真菌與其他兩類微生物之間的聯系。另外,跨域網絡模塊與土壤有機質的負相關關系在增溫條件下強化,這可能對土壤碳儲存功能造成威脅(Zhou et al. 2021, Global Change Biology)。另外,野外長期氮磷添加控制試驗平臺5年的監測數據表明,氮磷輸入通過提高土壤養分有效性刺激植物生長并改變土壤微生物群落結構,進一步導致土壤中活性有機碳組分(可溶性有機碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC))增加,而芳香DOC含量減少,這些變化共同作用影響土壤有機碳礦化作用。其中,當氮磷輸入比例為151時,土壤有機碳礦化作用最為強烈(Li et al. 2022, Catena)。

 

3 增溫改變濱海濕地土壤微生物層級互作

 

4氮磷不平衡輸入對濱海濕地土壤有機碳組分和有機碳礦化的影響

相關論文:

[1] Wei SY, Han GX*, Chu XJ, Sun BY, Song WM, He WJ, Wang XJ, Li PG, Yu DX. 2021. Prolonged impacts of extreme precipitation events weakened annual ecosystem CO2 sink strength in a coastal wetland. Agricultural and Forest Meteorology, 108655, 310.

https:// doi.org/10.1016/j.agrformet.2021.108655 

[2] Chu XJ, Han GX*, Wei SY, Xing QH, He WJ, Sun BY, Li XG, Hui DF, Wu HT, Wang XJ, Li PG, Song WM. 2021. Seasonal not annual precipitation drives 8-year variability of interannual net CO2 exchange in a salt marsh. Agricultural and Forest Meteorology, 108557, 308-309.

https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2021.108557

[3] Li XG, Han GX*, Eller F, Hui DF, Zhu LQ, Chen L, Chu XJ, Song WM, Xu JW. 2021. Acclimation of coastal wetland vegetation to salinization results in the asymmetric response of soil respiration along an experimental precipitation gradient. Agricultural and Forest Meteorology, 108626, 310. 

https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2021.108626 

[4] Zhou YQ#, Sun BY#, Xie BH, Feng K, Zhang ZJ, Zhang Z, Li SZ, Du XF, Zhang Q, Gu SS, Song W, Wang LL, Xia JY, Han GX*, Deng Y*. 2021. Warming reshaped the microbial hierarchical interactions. Global Change Biology. 

https://doi.org/10.1111/gcb.15891

[5] Li JY, Han GX*, Wang GM, Liu XL, Zhang QQ, Chen YW, Song WM, Qu WD, Chu XJ, Li PG. 2022. Imbalanced nitrogen–phosphorus input alters soil organic carbon storage and mineralisation in a salt marsh. Catena, 105720, 208. 

https://doi.org/10.1016/j.catena.2021.105720

 



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