1盐沼湿地植被碳汇的研究现状
滨海湿地具有非常高的初级生产力,盐沼植被作为滨海潮滩有机碳的最主要来源,其作用主要是为湿地有机物质传输氧气,植物根系的分泌物常作为湿地微生物的营养物质,从而影响着湿地碳吸收和排放过程[6]。湿地生态系统碳循环过程为:湿地植物通过光合作用将大气 CO2转化为有机碳并储存在植物体中,死亡的植物残体 (地上部分和根系)经淋溶、降解、破碎化后形成有机质,有机质经微生物分解释放CO2、CH4等气体。
因此盐沼植物的固碳能力就显得尤为重要,这与植物的种类和功能性状密切相关。所谓性状是指在个体水平上(从细胞到整个生物体)可测量的任何形态、生理或物候特征, 而功能性状是指能够通过直接影响生长、繁殖和存活而间接影响物种适合度的任何性状[7-8]。植物性状强烈影响着碳汇等生态系统功能植物性状决定碳输入的数量、形式及存留时间。植物光合能力、生长速率、寿命均影响湿地生态系统碳的输入量[9-10]、植物碳返回土壤的数量和组成及在土壤中的命运[11]。速生植物往往光合能力强,但寿命短,干物质和碳含量低[10]。速生植物通过输入大量碳以增加土壤碳库,而慢生植物的碳输入量虽低、但碳含量往往较高。在生长季短、营养贫乏的群落中,土壤碳主要来源于质量低、碳含量高的枯枝落叶, 而在高产群落中,初级生产力是土壤碳汇的主要驱动因子。植物的根系与微生物共生体能够联合作用从而增强对土壤碳的输入。最常见的共生菌是固氮菌和菌根真菌。固氮菌增强了豆科植物,以及苔藓和地衣植物[12]的生长,菌根真菌增强了植物对土壤养分的吸收,尤其是对N和P的吸收,两者均促进了植物对CO2的固定。此外,菌根真菌菌丝中固定了大量的碳,菌丝的存在延长了植物根的寿命,改善土壤团聚体,从而减少了土壤碳输出[13-14]。
通常在水淹条件下,土壤碳以CH4和CO2的形式释放到大气中,其释放速率似乎依赖于根的通气组织和碳供应类型[16];深而广的根系因能够减少土壤侵蚀而加强了土壤碳素的稳定性[17]。此外,植物冠层因影响地面反射、蒸散、风速和雪覆盖等气象因子而改变了群落微环境内的温度和湿度,从而通过影响土壤有机碳的矿化和淋溶过程而控制碳的输出[11]。植物的可燃和易燃特征同样影响碳素释放速率的快慢程度[11]。且植物性状同样决定着碳输出的数量、形式和速度。植物性状影响枯落物的物理特征和化学成份,从而影响其分解速率、碳浸出、碳存留时间等[15]。例如速生植物C/N低,其枯落物易于分解,相反,慢生和长寿植物枯落物营养低、难分解[10]。
2.盐沼湿地土壤碳汇的研究现状
盐沼湿地土壤中所积累的有机物的来源有内源输入和外源输入两种。内源输入主要指湿地植被的地上凋落物和地下根残体、浮游植物、底栖生物的初级生产和次级生产的输入,而外源输入主要指通过外界水源补给过程,如地表径流、地下水和潮汐等携带进来的颗粒态和溶解态的有机质。来自地上和地下的有机物质生产构成了湿地土壤有机碳的重要来源,由于湿地厌氧环境的限制,植物残体分解和转化的速率缓慢,通常表现为有机碳的积累[18]。在河口区的湿地,由于受径流或海洋的影响剧烈,水流和泥沙中携带的大量营养物质在涨落潮流的作用下被频繁地往返搬运,当地植被的凋落物则被潮水冲走,因此其沉积物中有机质可能主要来自于外源输入。准确判别滨海湿地沉积物中有机质的来源对于评估其碳埋藏效率及揭示其控制过程十分重要。用于判断沉积物有机质来源的主要指标有[19-21]:总有机碳(TOC)、碳氮比(C/N)、有机质稳定同位素如δ13C、15N,以及一些生物标志物如木质素、类脂化合物等。通常认为,陆源有机质的 C/N>12,而海源的为 6—9[22]但微生物活动过程中对碳和氮的降解作用会改造物质最初的碳氮比,干扰对物源的识别。同时,合成碳源的不同也会造成陆源与海源之间有机质的差别,主要表现在有机质的δ13C上。 陆地C3植物13C相对贫,典型陆源有机质的δ13C值为 -28‰—-25‰,而海源有机质偏重,为 -12‰~ -19‰ [23]。 生物标志物木质素作为一类高分子化合物[22],其化学组成和结构特征赋予其较高的化学稳定性和抗微生物降解的能力,目前尚未在海洋生物体中检测到木质素的存在,而这种来源的单一性和存在广泛性,使得木质素在指示陆源有机质时更具优势。在实际的研究中,研究者大都采用两种或是两种以上的生物标志物,且通常将反映有机质总体特征的全样分析参数与这些生物标志物结合使用,采用多参数重示踪方法(multitracer approach)来研究各沉积环境中有机碳的来源,以得到更准确的结果。
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