崇明东滩湿地沉积物有机碳和总氮储量动态研究

发布时间：2017-12-17 01:08

  本文关键词：崇明东滩湿地沉积物有机碳和总氮储量动态研究

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【摘要】：工业革命以来,大气温室气体浓度上升导致的气候变化给全球环境带来了显著影响。作为陆地和海洋间的过渡地带,滨海湿地系统内物质交换频繁,是碳、氮循环过程的重要调节器,其能够通过盐沼植被高效的从大气中吸收和固定二氧化碳等温室气体,并长期固存在生物量和沉积物中。系统高生产力、低分解率和泥沙沉积的特点使滨海湿地成为高效的碳、氮汇聚地,是减缓温室气体浓度上升的有效途径。在全球气候变化背景下,近些年来一些学者针对滨海湿地提出了“蓝碳”策略,即利用滨海湿地的高固碳能力,发掘其系统潜力以减缓气候变化的影响。因此,滨海湿地碳、氮循环受到了越来越多的关注。本研究以长江口崇明东滩湿地为研究区域,通过遥感数据解译分析了近20年来崇明东滩湿地主要盐沼植被在人类活动和外来物种入侵影响下的时空动态。在此基础上结合野外调查,根据植被分布现状设定了典型样线和采样点。通过对各采样点区域沉积动态的监测和沉积物样品的采集与分析,探明了东滩湿地潮滩在2013年表层外源沉积物的冲淤动态及沉积物中有机碳和总氮储量季节动态。通过对盐沼植物生物量和0-50cm深度沉积物在春、夏、秋、冬四个季度内的样品采集和分析,测定了2013年东滩湿地主要盐沼植被生物量、生物量中有机碳和总氮储量、0-50cm深度沉积物有机碳和总氮储量的动态。在此基础上,分析了盐沼植被与沉积物间的交互作用对沉积物有机碳和总氮储量的影响。研究的主要结果如下：1.崇明东滩湿地主要盐沼植被时空动态崇明东滩湿地主要盐沼植被类型为芦苇、互花米草和海三棱蔗草,呈现沿高程梯度分布的规律。在泥沙淤积、外来物种入侵和人类活动(围垦)的综合影响下湿地盐沼植被总面积在近20年来呈先减少后增加的趋势。90年代中后期引入的互花米草具有比本地物种更广的生态位和更强的竞争优势,群落面积扩展迅速,已经对盐沼植被群落的结构产生了显著的影响。至2011年,崇明东滩湿地盐沼植被总面积为5079.2hm2,其中芦苇群落面积为1684.2hm2、互花米草群落面积为1487.3hm2、海三棱蔗草群落面积为1907.7hm2。2.崇明东滩湿地盐沼植被生物量及其有机碳和总氮储量动态芦苇、互花米草和海三棱蔗草3种主要盐沼植被生物量的季节变化呈现相似的趋势。其地上生物量春季最低,夏、秋季节快速增长,秋季达到最大值,冬季则降低。地下生物量在一年中呈不断增长的趋势,最大值出现在冬季。单位面积生物量(地上和地下)呈互花米草群落(55.1±5.7t.hm-2)芦苇群落(49.3±3.8t.hm-2)海三棱蔗草群落(11.7±0.8t.hm-2)。0-50cm沉积物深度内,3种主要盐沼植被地下生物量增量的分布模式呈先增后减,芦苇和互花米草群落地下生物量在沉积物不同深度内的增量和波动变化均大于和高于海三棱蔗草群落。2013年,研究区域崇明东滩湿地芦苇群落分布区域总生物量估算为(83.0±6.4)103 t,互花米草群落分布区域总生物量估算为(81.9±8.5)103t,海三棱蔗草群落分布区域总生物量估算为(22.3±1.5)103t。3种主要盐沼植被生物量有机碳和总氮储量、年增量、地下分布模式间的关系与生物量的变化规律相同。单位面积上,芦苇群落生物量有机碳和总氮储量分别为17.3±3.9t-hm-2和0.44±0.04t.hm-2；互花米草群落生物量有机碳和总氮储量分别为26.1±1.8t.hm-2和0.6±0.04t.hm-2；海三棱蔗草群落生物量有机碳和总氮储量分别为4.6±1.5t.hm-2和O.1±0.01t·hm-2。2013年,研究区域崇明东滩湿地芦苇群落分布区域总生物量的有机碳和总氮储量估算分别为(29.1±6.6)103 t和(6.7±0.7)102 t；互花米草群落分布区域总生物量有机碳和总氮储量估算分别为(38.8±2.7)103 t和(8.9±0.6)102 t；海三棱蔗草群落分布区域总生物量的有机碳和总氮储量估算分别为(8.8±0.3)103 t和(1.9±0.2)102 t。3.崇明东滩湿地冲淤及表层外源沉积物有机碳和总氮储量动态崇明东滩湿地潮滩北、中部区域及南部的高潮滩区域在2013年总体上呈现淤积的状况,而南部的中、低潮滩区域则为冲刷的态势。光滩和位于盐沼植被带前沿的海三棱蔗草群落区域沉积动态波动较大,而芦苇和互花米草群落区域沉积动态相对稳定。单位面积上,芦苇群落区域表层外源沉积物中有机碳和总氮储量分别为(2.4±1.9)10-2 t·hm-2和(0.r±0.4)10-2 t.hm-2；互花米草群落区域表层外源沉积物中有机碳和总氮储量分别为(6.4±3.2)10-2 t·hm-2和(0.8士0.4)10-2t·hm-2；海三棱蔗草群落只有北部区域表层外源沉积物呈有机碳和总氮的积累,储量分别为(2.5±0.8)10-2 t·hm-2和(0.4±0.1)10-2t·hma；光滩北、中区域呈表层外源沉积物有机碳和总氮积累,储量分别为(2.0±1.5)10-2 t-hm-2和(0.3±0.1)10-2 t·hm-2。4.崇明东滩湿地0-50cm深度沉积物有机碳和总氮储量动态崇明东滩湿地主要盐沼植被芦苇、互花米草和海三棱蔗草群落和光滩区域0-50cm深度沉积物有机碳储量在2013年内呈相似的季节动态：从春季至冬季均呈不断上升的趋势。而0-50cm深度沉积物总氮储量呈季节性的波动,在盐沼植被快速生长的夏季明显下降,秋、冬季节上升。单位面积上,0-50cm深度沉积物有机碳和总氮储量表现为：芦苇盐沼(有机碳：30.3±3.4t·hm-2；总氮：3.1±0.3t.hm-2)互花米草盐沼(有机碳：22.6±1.9t·hm-2；总氮：3±0.2t-hm-2)海三棱蔗草盐沼(有机碳：9.3±0.7t-hm-2；总氮：2.1±0.1t.hm-2)光滩(有机碳：2.6±0.1t.hm-2；总氮：0.9±O.1t·hm-2)。2013年,研究区域崇明东滩湿地芦苇盐沼0-50cm深度沉积物有机碳和总氮储量估算分别为(51.0士5.2)103 t和(5.2±0.5)103t；互花米草盐沼0-50cm深度沉积物有机碳和总氮储量估算分别为(33.6士2.8)103 t和(4.8±0.3)103 t;海三棱蔗草盐沼0-50cm深度沉积物有机碳和总氮储量估算分别为(17.7±1.3)103 t和(4.0±0.2)103 t。5.盐沼植被和沉积过程对沉积物有机碳和总氮储量的影响基于以上结果的分析表明,崇明东滩湿地0-50cm深度沉积物有机碳和总氮动态受盐沼植被类型和潮滩沉积过程的共同影响,尤其在0-10cm沉积物层其交互作用影响达到显著水平(p0.05)。其中,盐沼植被是0-50cm沉积物有机碳动态的主导因素,在每个沉积物层对沉积物有机碳影响均达到显著水平(p0.01),但对沉积物总氮动态的影响水平则不显著。表层外源沉积物中有机碳和总氮含量非常低,对0-50cm深度沉积物有机碳和总氮动态的影响均主要体现在0-5cm沉积物层(p0.01)。从潮滩的发育和盐沼植被的演替分析,长江携带的大量沉积物在河口区域的沉积促进了东滩湿地潮滩扩展和滩面高程升高,为盐沼植被的演替提供了合适的生存环境。而盐沼植被扩展过程中,其生物量以枯落物和分泌物的形式不断被沉积物埋存,促进了潮滩沉积物中有机碳和总氮储量的积累。
【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;Q948

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本文编号：1298154