长江口典型潮沟系统有机碳累积与横向输移

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植物、沉积物与水是滨海盐沼的三大碳库,对于评估蓝碳生态系统价值极为关键。崇明东滩湿地位于长江与东海的交汇处,潮沟密布,冲刷与侵蚀并存,植被演替不断进行,快速变化的环境为研究盐沼潮沟系统的碳收支增加了难度。本文选取崇明东滩南部发育良好且植被呈带状分布的典型潮沟系统为研究对象,根据高精度数字高程模型确定其边界,基于2013年与2017年的实测数据,借助遥感影像解译、模型反演、统计分析等方法,定量估算42 hm2潮沟系统植被、沉积物、水体的有机碳储量,尝试量化水体有机碳的横向输移过程,并探讨三大碳库中不同形态有机碳的来源,主要研究结果如下:(1)研究区潮沟系统内植被低矮且盖度低,单位面积盐沼植被固碳能力低于全球盐沼湿地平均水平;随盐沼植被陆向演替,其固碳能力将有很大提升潜力。研究区盐沼植物净初级生产力表现出显著的时空差异:时间差异主要表现为显著的季节差异,即2013年与2017年夏季植物净初级生产力(>97.70±69.31g C/m2·month)显著高于其他季节(p<0.05)。空间差异表现为芦苇群丛的净初级生产力(>1079.64±168.34 g C/m2·yr)显著高于其他覆被类型(p<0.05)。2017~2018年间,崇明东滩盐沼固碳能力进一步提高。在海平面上升背景下,盐沼植被的陆向演替,弥补了盐沼植被前缘侵蚀造成的有机碳损失,总固碳潜力每年仍可递增310.1 g C/m2~595.5 g C/m2,2017年研究区内植被总有机碳储量较2013年有所增长,可达294.2 t。而全球气温的持续升高以及河口环境的动态变化,增加了盐沼固碳能力的不确定性。(2)研究区内沉积物有机碳含量与盐生植物种类及生物量密切相关,不同覆被类型的沉积物碳储量差异显著;随研究区泥沙不断淤积,碳储量持续增大。水平方向上,表层沉积物(0~30 cm)有机碳含量在0.7~10.93 g/kg之间;垂直方向上,沉积物(0~100 cm)有机碳含量随深度增加而降低。不同覆被类型碳密度顺序为芦苇群丛(57.7 t/hm2)>混生群丛(49.2 t/hm2)>莎草科植物群丛(25.5 t/hm2)>光滩(21.5 t/hm2)。结合遥感解译获取2013年研究区内100cm沉积物及覆被植物的地上、地下生物量中总有机碳储量约为1493 t。2013-2017年间,研究区内不同覆被类型有机碳增加量为0.34 t/hm2(莎草科植物群丛)~2.06 t/hm2(混生群丛)。新增沉积物为盐沼有机碳提供新的贮存空间。(3)崇明东滩南部盐沼受潮汐作用影响,水体有机碳浓度与横向通量均表现出明显的季节变化,夏季最高,春季最低。研究区潮沟系统水体溶解态有机碳浓度与颗粒态有机碳浓度均在秋季达到最高,分别为3.54 mg/L与4.19 mg/L,在冬、春季节浓度最低,分别为1.87 mg/L与1.51 mg/L。二者通量在不同季节均呈现显著正相关,而浓度仅在秋、冬季节表现出正相关关系。不同季节研究区潮沟系统均表现为有机碳输出,潮周期内有机碳通量为-12.65 g C/m2~4.04 g C/m2。但输出强度呈现明显的季节差异,夏季最高,秋季次之,而春季最低;且在不同的季节中,大潮有机碳通量明显高于小潮。长江口独特的水文条件与研究区相对较短的盐沼发育年限,使研究区表现出强大的横向碳源功能。随盐沼不断发育成熟,有机碳输出将逐渐减弱。(4)研究区潮沟系统内,表层沉积物有机碳与溶解有机物中陆源组分占比较高,而深层沉积物有机碳中海洋自生组分占比较高;沉积物与浮游生物是颗粒态有机物的主要来源。植物群丛中的沉积物有机碳为海源与陆源的混合物,其中芦苇与混生群丛表层沉积物有机碳陆源占比超过60%,并随沉积物深度的增加而逐渐减小;莎草科植物群丛表层沉积物中陆源占比与其他两种植被类型并无显著差异,但其陆源组分并未随深度增加而明显减小。在再悬浮、孔隙水释放及潮汐作用的共同影响下,水体中溶解有机物表现为陆源类腐殖质、海源类腐殖质、类蛋白的混合,且来自高等植物或土壤有机物的陆源组分占主导地位;而浮游植物与沉积物再悬浮是颗粒态有机物的主要来源。随植被陆向演替与泥沙不断淤积,研究区内植被固碳能力增强,沉积物碳储量增加,有机碳输出逐渐减少,研究区潮沟系统碳汇能力逐渐增强。在未来的环境变化背景下,对盐沼湿地生态系统的保护将为减缓CO2排放带来正面影响。
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