长江口湿地碳氮汇能力及其生态环境效应

发布时间：2020-04-05 04:34

【摘要】：近年来全球变暖的趋势得到了广泛的关注,环境中碳氮的元素循环也成为了研究的热点。自然湿地由于面积巨大且具有显著的碳汇和脱氮作用而在全球变化研究中具有重要的地位。长江口作为世界上最重要的河口之一,在区域碳氮元素循环的控制中具有重要的作用,研究长江口的碳汇和脱氮作用以及植被对该作用的影响已经成为一个重要研究方向和研究热点。在本研究中,主要开展了以下四方面的工作。1、在长江口崇明东滩区域对沉积物进行采样,分析了不同植被类型下沉积物中有机碳(SOC)含量随深度和时间的变化规律,并与本课题组前期积累成果进行比较研究；2、在崇明岛的农田区域进行土壤采样,分析不同耕作制度下土壤中有机碳含量的变化；3、在崇明东滩的海三棱蔗草区域进行长石粉实验和埋管实验,研究该区域沉积物短期沉积速率和沉积后植被对于不同深度沉积物有机碳含量的影响,并结合13C同位素来判别该区域沉积物中有机碳的来源；4、在长江口的潮滩选择典型植被区域进行采样,研究了沉积物的反硝化脱氮作用,分析了不同植被类型下沉积物反硝化速率的时间和空间变化及环境因子对反硝化速率的影响,估算了长江口潮间带沉积物对上覆水体的脱氮能力以及对河口水源地氮负荷去除能力。取得了以下主要结论：(1)长江河口湿地潮间带的植被区域面积与年份具有一定的相关关系,主要与长江年输沙量存在显著的相关关系；采用长石粉标记法测定潮滩平均沉积速率为11.6 cm/yr。崇明东滩植被区碳存储量达到5.70×104t/yr,碳埋藏通量为1.09kgC/m2/yr,具有显著的碳汇效应。(2)在崇明岛东部地区,土壤和沉积物中有机碳的含量呈现从中部核心地区向四周地区逐渐降低的马鞍状变化趋势,特别是在东部地区中心的农田区域出现土壤有机碳含量的峰值,而在崇明东滩的光滩地带出现有机碳含量的低值；同时,水田耕作部分含量也要显著高于旱作蔬菜地,而在潮间带区域随着植被类型(芦苇/互花米草——海三棱蔗草/互花米草——光滩)的更迭,潮间带沉积物中有机碳含量逐渐降低,至光滩含量最低。(3)近年来,海三棱蔗草群落和光滩表层沉积物中有机碳年平均含量基本上呈现随年份增加含量上升的变化趋势,具有明显的累积效应。崇明东滩各不同植物群落表层沉积物中有机碳含量具有明显的差异,其中光滩最低,而互花米草最高；各植被类型沉积物中的有机碳含量呈现随深度的增加而降低,有机碳的最大值往往出现在表层0-5 cm的沉积物中；在各季节,三种植被类型下沉积物中有机碳均呈现出夏季含量较低,而秋冬春季节较高的变化趋势。(4)2011年海三棱蔗草带沉积物中有机碳平均含量要显著高于2004年该植被类型下沉积物中的含量,随时间的变化规律基本一致；0-60 cm深度沉积物中有机碳含量呈现波动变化趋势,但整体呈现随深度增加含量降低的变化趋势；崇明东滩沉积物各月柱样的有机碳含量变化在海三棱藤草的生长期变化显著。(5)埋管实验的结果很好说明了海三棱蔗草对沉积物有机碳的影响；采用同位素方法发现崇明东滩沉积物中有机碳的来源为江水携带来的颗粒物和本地植被生长,外源泥沙和悬浮物堆积埋藏是长江口潮间带湿地沉积物有机碳库的主要来源,但海三棱蔗草产生的有机碳作为内源输入也占有一定比重。在丰水期海三棱蔗草输入的有机碳为0.65 mg/g,内源贡献率为7.35%,而在枯水期海三棱蔗草输入的有机碳为2.06 mg/g,贡献率上升至31.20%。(6)长江口潮滩湿地0～10cm深度沉积物反硝化速率为043～415.8 μmol·m-2·h-1,平均值为35.5μmol·m-2·h-1,在世界范围内河口区域基本上处于中等水平。光滩沉积物平均反硝化速率为16.2μmol·m-2·h-1,植被带沉积物平均反硝化速率为45.2μmol·m-2·h-1,青草沙水源地库区总脱氮能力达到2.00×108g N每年,可以有效去除大气沉降输入的氮负荷,对控制库区水体氮累积和富营养化具有重要意义。(7)海三棱蔗草带沉积物反硝化速率与芦苇带、光滩间均存在着极显著的差异(p0.01),而芦苇和光滩间不存在显著的差异(p0.05)。虽然部分点位沉积物反硝化速率发现具有显著的季节差异(p0.05),但在长江口各点没有发现一致的沉积物反硝化速率时间变化规律；在深度上基本上呈现随深度增加反硝化速率有降低的趋势,长江口区域沉积物表层部分反硝化速率多高于较深深度的沉积物；长江口沉积物反硝化速率受区域、深度和月份等因素的综合影响显著,但反硝化速率与沉积物理化性质、温度等单一环境因素均不具有显著性相关关系。(8)本研究表明长江口潮间带湿地具有明显的碳汇和脱氮等环境效应,在相对海平面上升与长江来沙减少的背景下,建议加强河口湿地保护,降低围垦强度,建立湿地系统监测系统和基础数据的共享机制,在加强科学研究的基础上,尽快将湿地纳入中国碳排放权交易清单。同时在条件成熟时,在污染物排放总量控制实施中适时引入氮排放权交易制度。
【图文】：

1993-2013年崇明东滩植被区域变化情况

华东师范大学２０１６届博±学位论文逦第四章河日湿地演替中王壤和沉积物碳库容量的时空变化逡逑！。°４０■矿亡逦汾矿亡逦！２２６（ｒ0—亡逡逑、．＇邋－１￣￣＇＾—■＇邋＇逡逑
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X171
，

本文编号：2614548