黄河三角洲盐沼湿地碳交换过程及其对潮汐淹水的响应
魏思羽
学位类型硕士
2020-05-22
学位授予单位中国科学院研究生院
学位授予地点北京
学位名称工程硕士
关键词生态系统碳交换，潮汐淹水，小波分析，盐沼，黄河三角洲
摘要盐沼湿地作为“蓝碳”生态系统之一，其碳循环过程也是全球碳循环体系中的重要组成部分。周期性潮汐淹水作为盐沼湿地最基本的水文特征，也是盐沼湿地碳交换过程的关键性影响因素。潮汐淹水能够直接影响盐沼湿地生态系统CO2和CH4交换过程，同时也能改变碳交换对环境因子的响应。近年来，全球变暖引起的海平面上升，会直接改变盐沼湿地的潮汐水文状况，并进一步影响其碳循环过程，使得“蓝碳”生态系统的碳汇功能受到严重威胁。因此，阐明盐沼湿地碳交换过程对潮汐淹水的响应，能够为认知“蓝色碳汇”形成过程以及对未来气候变化的响应机制提供科学依据。在此背景下，本研究采用长期定位监测和原位控制实验相结合的方式，阐明黄河三角洲盐沼生态系统CO2交换动态变化规律，揭示多种时间尺度上潮汐作用对盐沼生态系统CO2交换的影响，解析盐沼生态系统CO2和CH4交换对潮汐淹水过程中不同阶段的响应。本研究的主要研究结果如下：（1）研究区域内的盐沼生态系统在2018和2019年生长季期间的日均碳吸收速率为-0.59 g C m-2 d-1，累计碳吸收量为-210 g C m-2，表现为碳汇。净生态系统CO2交换（net ecosystem CO2 exchange，NEE）具有显著的日动态和季节动态变化规律。生长季各月NEE的日动态均呈“U”型曲线，并且各月的变化幅度存在差异。研究期间，盐沼最大生态系统CO2吸收速率为-3.90 μmol m-2 s-1，盐沼夜间生态系统CO2排放最大值为0.45 μmol m-2 s-1。NEE的季节动态主要表现在生长季前中期与生长季末期之间NEE变化幅度的差异。此外，NEE的动态变化是在多种环境因子的共同影响下形成的。研究结果表明，日间NEE（NEEdaytime）主要受到光照的影响，但生长季各月的NEEdaytime光响应曲线存在差异。其中，Amax的变化范围为3.00 ± 0.14 μmol m-2 s-1到4.49 ± 0.27 μmol m-2 s-1。夜间NEE（NEEnighttime）与温度表现出统计学上极显著的回归关系（P < 0.001），但同时也受到了潮汐淹水的影响，使得NEEnighttime的温度响应曲线R2过小（R2 = 0.0282）。（2）在多时间尺度上，小波分析表明潮汐淹水在多日尺度（8-16天）和季节尺度（64-128天）上显著影响了盐沼湿地的生态系统CO2交换。此外，潮汐淹水还改变了NEE对光温条件的响应。潮汐淹水抑制了盐沼夜间CO2释放，并将夜间生态系统呼吸的温度敏感性指数（Q10）从1.37降低到了1.16，这表明潮汐淹水削弱了盐沼湿地夜间生态系统呼吸对温度的响应。盐沼湿地的日间CO2吸收对潮汐淹水的响应较为复杂，在不同的月份具有不同的表现。总体上，Amax由于受到潮汐影响而从4.76 ± 0.20 μmol m-2 s-1降低到了4.45 ± 0.19 μmol m-2 s-1。（3）在潮汐淹水过程中，盐沼生态系统CO2和CH4通量在不同的潮汐阶段出现明显波动，淹水水位和土壤盐度是控制碳通量的主要因素。在潮汐淹水期间，盐沼生态系统CO2吸收速率随着淹水深度的增加而显著降低；当潮水完全淹没植物时，盐沼生态系统的CO2吸收被完全抑制（涨潮阶段：0.54 ± 0.08 μmol m-2 s-1；潮汐淹水3 h：0.46 ± 0.10 μmol m-2 s-1；潮汐淹水22 h：0.44 ± 0.05 μmol m-2 s-1）。在涨潮前与落潮后，CO2吸收速率随着土壤盐度的升高而显著降低（P < 0.05，R2 = 0.70）。此外，盐沼生态系统CH4交换过程与土壤盐度以及淹水水位之间的关系均不显著，这可能是由于盐沼CH4交换过程对土壤氧化还原环境的改变更为敏感。在本实验中，落潮后的CH4排放速率高于涨潮前，并且这种差异在低水位和中水位处理中更为显著（低水位：0.56 ± 0.12 vs 0.38 ± 0.09 nmol m-2 s-1；中水位：0.79 ± 0.13 vs 0.40 ± 0.09 nmol m-2 s-1）。此外，随着淹水时间的延长，低水位、中水位和高水位处理的CH4排放速率均有所增加。综上，本研究证明了潮汐淹水对盐沼湿地碳交换过程的重要影响，为评估全球气候变化背景下盐沼湿地的“蓝色碳汇”功能提供了科学依据。
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.yic.ac.cnhttp://ir.yic.ac.cn/handle/133337/24232
专题中科院烟台海岸带研究所知识产出_学位论文

推荐引用方式
GB/T 7714魏思羽. 黄河三角洲盐沼湿地碳交换过程及其对潮汐淹水的响应[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2020.


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