崇明东滩湿地潮沟水体溶解态和颗粒态碳季节变化特征研究

发布时间：2020-05-02 15:58

【摘要】：滨海湿地的盐沼植被资源丰富、净初级生产力高、有机质分解速率低,是重要的碳汇功能区。崇明东滩湿地位于长江与东海的交汇处,受海洋影响大,被涨潮流周期性地淹没。因此,长江口潮汐运动可能会对滨海湿地的碳循环过程产生重要影响。潮滩上的潮沟系统是滨海湿地与外界环境之间横向碳交换的重要通道,碳素通过潮沟发生的横向输送被认为是滨海湿地碳流失的主要过程,而且不同类型盐沼植被带内的潮沟系统可能具有差异化的碳输运特征。本研究主要在落潮时期研究了崇明东滩湿地典型盐沼植被群落—禾本科(Poaceae)和莎草科(Cyperaceae)群落潮沟沿高程梯度(从高潮滩潮沟至潮沟口外光滩)的水体中可溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)、可溶性无机碳(Dissolved inorganic carbon,DIC)、颗粒态有机碳(Particulate organic carbon,POC)和颗粒态无机碳(particulate inorganic carbon,PIC)的季节变化。并对比了植物生物量、土壤碳储量和潮汐变化(大、小潮)对碳组分的影响,初步分析了不同植被群落潮沟中碳组分与外界系统之间的输出/输入特征。本研究主要结果如下:(1)各季节禾本科群落潮沟附近区域都拥有较高的植被生物量,其地上生物量(包括所有活体和立枯植株)比莎草科群落潮沟平均高2.7~13.2倍,地下生物量平均高5.8~6.3倍。禾本科群落土层中有机碳(Soil organic carbon,SOC)储量显著高于莎草科群落,SOC总储量是莎草科群落的2.04倍。莎草科群落和禾本科群落潮沟附近的泥沙沉积差异显著。禾本科群落及其潮沟口外光滩区域泥沙各季节都表现为净淤积(夏季最高),而莎草科群落区域泥沙淤积速率低于禾本科群落,且在秋、冬季呈现出轻微侵蚀,莎草科群落潮沟口外光滩区域全年都呈现侵蚀态势。(2)禾本科群落潮沟和莎草科群落潮沟水体中,夏、秋季DOC平均浓度都显著高于冬、春季。禾本科群落潮沟水体中DOC全年平均浓度为莎草科群落潮沟的1.18~1.48倍。两处群落潮沟在大潮期DOC平均浓度比小潮期高18~29%。禾本科群落潮沟和莎草科群落潮沟水体中,DOC平均浓度都从高潮滩向光滩呈上升趋势。在禾本科群落潮沟和莎草科群落潮沟水体中,夏、秋季DIC平均浓度高于冬、春季。禾本科植被带各站点DIC平均浓度与莎草科群落潮沟差异并不显著。两处群落潮沟在大潮期DIC平均浓度比小潮期高7~28%。两种群落潮沟中,DIC平均浓度从高潮滩向光滩均呈轻微下降趋势。在两种群落潮沟内,夏、秋季潮沟水体中总悬浮物(Total suspended matter,TSM)和POC含量都略高于冬、春季。莎草科群落潮沟水体中TSM和POC平均含量全年均高于禾本科群落潮沟,其中TSM高38~51%,POC高46~64%。两处群落潮沟在大潮期间TSM平均含量比小潮期高10~53%,POC高15~40%。莎草科群落潮沟内TSM和POC含量从高潮滩向光滩呈增长趋势,而在禾本科群落潮沟内沿着高程出现下降趋势(除了春、秋季小潮期)。禾本科和莎草科群落潮沟中悬浮物质的δ~(13)C平均值分别为-23.75‰~-22.28‰和-24.67‰~-23.22‰,该比值与潮沟附近土壤有机碳δ~(13)C值最为接近,初步判断潮沟附近SOC是潮沟POC的主要来源。在禾本科和莎草科群落潮沟水体中,PIC平均浓度在春、夏季高于秋、冬季。PIC年平均含量在莎草科群落潮沟中比禾本科群落潮沟中高34~65%。在两处群落潮沟中,大潮和小潮时期PIC平均含量没有显著差异(夏季莎草科群落除外)。禾本科群落潮沟PIC含量表现出从高潮滩向光滩下降的趋势,而莎草科群落潮沟中PIC含量随高程的变化不显著。(3)通过对比涨潮前、落潮后的植被群落潮沟与口外光滩水体的碳组分浓度差值(?值),两种群落潮沟水体?DOC和?DIC均为正值,说明植被群落潮沟向口外净输出DOC和DIC。禾本科群落潮沟DOC净输出特征较莎草科群落潮沟更明显,且大潮期?DOC和?DIC值均高于小潮期。?DIC与植被种类和潮汐类型没有显著关系。禾本科群落潮沟中,?POC和?PIC均为负值,初步判断大量外来泥沙沉积使其成为颗粒态碳的净输入汇,尤其是在夏、秋两季。相反,莎草科群落潮沟中?POC和?PIC全年均为正值,说明其为颗粒态碳净输出源。根据本研究初步结果,滨海湿地植被群落(生物量和土壤碳储量差异)、潮汐类型以及泥沙沉积动态对潮沟水体碳组分输运可能起到协同影响的作用。
【图文】：

位置分布,莎草科,崇明东滩,潮沟

2-1 崇明东滩盐沼湿地地理及禾本科和莎草科群落潮沟中采样站点的位置分Location of the Chongming Dongtan salt marsh and the creeks (with sampling sitein the Poaceae community and Cyperaceae community for this study被分布明东滩湿地分布面积最广的植被是芦苇（Phragmites australis）、ina alterniflora）、海三棱呰草（Scirpus mariqueter），其次还散布rex scabrifolia）、呰草（Scirpus triqueter）、白茅（Imperata cylin块（黄华梅，2007）。崇明东滩湿地植被分布体现出明显的空间（PH，PM，PL）位于大潮沟至东旺沙之间，以禾本科植被群落（主，优势物种是芦苇和互花米草。南部样带（CH，，CM，CL）位以莎草科植物群落（以 C 表示）为主，潮沟附近的优势种是糙文慧，2015）。高程 2.5~3m 以上的高潮滩（吴淞基准）以禾本高程 2~2.5 m 的中潮滩主要被莎草科群落所覆盖（Ge et al.，201

示意图,潮沟,盐沼,采集方法

（12 月）在崇明东滩湿地选取了两条分别位于禾本科群落和莎草科群落中的潮沟。所选取的潮沟宽度（平均~5 m）和长度（~1500 m）相似。本研究在各季节的大潮和小潮时节的退潮期（ebb）时现场采集水样，表 2-1 说明了采样时间及潮位。采样站点沿着高程分别设置，依次为高潮滩（PH& CH）、中潮滩（PM& CM）、低潮滩（PL& CL）以及河口光滩（即植被带外的浅水区 Pout& Cout）。图 2-2 显示为潮沟采样顺序：首先在潮沟口外站点（Pout和 Cout）采集水样，时间大约为涨潮前的 0.5~1 h，以 t0时刻表示，作为涨潮前潮沟口外水体碳含量的基准值。接着在最高潮开始退潮时（tebb）按照 PH到 Pout，CH到 Cout的顺序继续采样，时间间隔为 1.5~2 h，基本涵盖整个退潮期。使用的采样设备是 5 L 的 Niskin 采样器，采集深度为水面以下 5~20 cm，每个样品进行 4 次重复采集（随机）。所有的取样工作都在白天完成（8:00~18:00 之间），样本采集后保存在冰盒内，并尽快运回实验室。
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X52

【参考文献】