作为湿地生态系统碳循环研究内容之一,滨海盐沼湿地土壤全碳和有机碳动态及其分布特征倍受关注。土壤沉积物中有机碳包括动、植物及微生物的遗体,排泄物、分泌物及其分解产物和土壤腐殖质。土壤有机碳的积累是进入土壤的有机物质量与其在土壤微生物作用下分解所损失的量之间平衡的结果,其库容的大小受气候、植被、土壤理化特性以及人类活动等诸多物理、生物和人为因素的影响,这些因子间的相互作用对土壤有机碳的动态变化尤其重要。在估算湿地土壤碳库大小(特别是在有机层)中的一个明显的不确定性因素就是土壤剖面的深度。 由于湿地土壤有机层的深度限制,许多研究缺少地下2m以下的信息,而实际上不少湿地植物的根系会超过这一深度[24]。因此,盐沼湿地土壤的取样深度和分层厚度对于估算土壤碳库具有不可忽视的影响[25]。此外,由于滨海湿地植被的生长,温度所导致的微生物活动不同,与潮汐、径流量的变化,导致同一地区不同季节湿地土壤有机碳含量也不相同,季节变化也会影响到对盐沼湿地碳储量的估算。湿地植被固定的碳有一部分最终会在土壤中以有机质的形式长期沉积,最终埋藏下来。测量盐沼湿地土壤垂直增长速率和碳积累速率的方法有多种,其中,利用过剩 210Pb和人工放射核素 137Cs测沉积速率可以提供一定时间内的沉积信息[26-27]。
滨海湿地土壤碳贮存的规模、水平和垂直分布以及其组分是湿地碳循环整体研究的重要环节,但是我国目前对湿地土壤碳储存的研究大多只涉及到总碳库的测定,对于碳库中不同组分,如可溶性有机碳、微生物碳及轻、重组碳的研究很少见报道。关于潮汐对滨海湿地土壤碳库中溶解有机碳和无机碳含量的影响研究也较为薄弱,总体上对于滨海湿地碳储量的研究仍局限于小尺度范围内,没有对滨海湿地整体的碳储量大小的估算。此外,土地利用形式转化对于滨海盐沼湿地碳库的影响十分重要,如要提高我国滨海湿地固碳能力,需要对土地利用方式转化前后滨海盐沼湿地的土壤碳库变化加强研究。
3盐沼湿地二氧化碳与甲烷的输出
全球滨海盐沼湿地分布很广,较高的初级生产力与碳埋藏速率使其成为抑制大气温室效应的有效“碳汇”[28]。但由于微生物作用,滨海湿地生态系统在一定时期和条件下释放CO2、CH4,从而转化为“碳源”[29]。滨海盐沼湿地在碳的源、汇之间的转化取决于土壤碳的输入输出量和土壤碳驻留时间,其核心是土壤中有机碳的转化动态和平衡过程[30-31]。滨海湿地生态碳素输出主要考虑植被、土壤呼吸排放出的CO2与CH4。
滨海盐沼湿地土壤与植物呼吸产生CO2并向大气中释放是碳输出的重要方式,研究其CO2 收支情况及其反馈机制对于研究全球范围的碳收支情况非常重要。滨海盐沼湿地的一个重要特征就是受潮汐作用影响,水位是影响湿地土壤CO2通量的重要因素。此外,土壤温度与土壤微生物活性密切相关,于是土壤温度与土壤呼吸也有着密切关系。湿地在植物生长季与非生长季分别起到碳的汇、源作用,土壤温度对生态系统呼吸的影响有一定的局限性,仅在一定范围内发挥作用。而潮汐对土壤的呼吸作用影响较大,生态系统CO2交换与潮汐的相关性随着水位波动的幅度而增强,因此,在任何季节大潮期的 CO2释放均低于小潮期。
CH4是滨海盐沼湿地碳输出的另一种重要形式。IPCC最新报告显示,CH4的温室效应潜力是CO2的21—25倍,尽管在大气中只占很少的部分,但其在大气中浓度的持续增长对全球气候变化产生了显著的影响。湿地土壤的许多理化性质,如温度、湿度、pH值、氧化还原电位等都影响着湿地 CH4的排放。作为常年受潮汐影响的滨海湿地,积水深度的变化直接影响到湿地CH4的排放。此外,滨海湿地植被与CH4排放也有着重要关系。淹水前土壤为CH4汇,淹水期间则有大量的CH4排放,排水后CH4排放明显减少。CH4是土壤有机质厌氧分解的最终产物,土壤有机碳的供给程度和微生物的分解作用则直接影响到甲烷的产生,因此,甲烷的产生速率与土壤中有机物质的含量直接相关[32]。同时,相关学者观察到在SO2-4沉积丰富的滨海湿地比淡水湿地释放的甲烷量要少得多[28],一些研究也证明了SO2-4对甲烷的排放具有一定抑制作用[33-34]。
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