城镇化对湿地土壤有机碳库的影响及相关驱动机理研究

Wetland soil carbon stock changes have great influences on regional, global carbon cycles and climate changes. In the past decades, urbanization has caused great loss of wetland and its ecological function degradation. However, what are the impacts of urbanization on wetland soil organic carbon stock? What is the driving mechanism that leads to the carbon stock changes during urbanization? These issues have not been studied comprehensively. This project intends to choose the different types of wetlands in northeastern obvious urbanization and severe wetland degradation of Shenyang as the research subjects. Using the method of space instead of time, we systematically study the impacts of urbanization on wetland soil organic carbon stock and associated driving mechanism based on field sampling, lab analysis, remote sensing, GIS, and model calculation. The various types of wetland soil organic carbon stock and its composition characteristics in different degree of urbanization area are calculated. The spatial and temporal variability characteristics of wetland soil organic carbon stock under urbanization are clarified. The internal connection between the changes of soil organic carbon and water quality, vegetation and microbes are analyzed. The impacts of urbanization on wetland soil organic carbon stock and associated microbial mechanism are uncovered. The project implementation can promote the study of wetland carbon cycles under urbanization, and provide scientific basis for wetland carbon management in the rapid urbanization region.

湿地土壤碳库变化影响区域及全球碳循环，对气候变化有重要影响。在过去几十年里，城镇化已导致湿地大面积流失和生态功能退化，但城镇化对湿地土壤有机碳库会产生什么样影响？其碳库变化的驱动机理是什么？目前尚缺乏系统研究。本项目拟选取东北地区城镇化最为明显且湿地退化较为剧烈的沈阳市不同类型湿地为研究对象，采用空间代替时间法，通过野外调查采样、室内实验分析、遥感影像分析、GIS技术及模型计算等，系统研究城镇化对湿地土壤有机碳库的影响及相关驱动机理。分析不同城镇化地区不同类型湿地土壤有机碳库及组成特征差异，明确城镇化驱动下湿地土壤有机碳库时空特征，阐明城镇化对湿地土壤有机碳库的影响；分析土壤有机碳变化与水质、植被及微生物变化的内在联系，从微生物角度揭示城镇化过程中湿地土壤有机碳库变化的驱动机理。本项目的实施有助于推动城镇化背景下湿地土壤碳循环研究，并为我国城镇化地区湿地碳管理提供科学依据。

湿地土壤碳库变化影响区域及全球碳循环，对气候变化有重要影响。在过去几十年里，城镇化已导致湿地大面积流失和生态功能退化，但城镇化对湿地土壤有机碳库会产生怎样影响？其碳库变化的驱动机理是什么？本项目选取东北地区城镇化最为明显且湿地退化较为剧烈的沈阳市天然湿地为研究对象，采用空间梯度代替时间顺序方法，设置从沈阳市中心到城市边缘的研究样带，沿着城镇密集区—郊区—乡村梯度样带，系统研究沈阳市城镇化对湿地土壤有机碳库的影响及相关驱动机理。研究结果表明沈阳市城镇化降低了湿地土壤有机碳密度，即远离市中心农村的卧龙湖湿地最高，0-40cm土层有机碳密度为10.34 kg/m2, 其次为四环外农村的仙子湖湿地，为9.74 kg/m2, 再次为流经四环郊区的蒲河湿地，为7.74 kg/m2, 最后为穿越三环城镇密集区的浑河湿地，为5.74 kg/m2。土壤活性碳组分轻组有机碳、颗粒有机碳含量和微生物量碳及其占比在城镇化作用下明显减低，其中，卧龙湖湿地0-20cm表层土壤轻组有机碳、颗粒有机碳和微生物量碳含量分别为221.45 g/kg、180.82 g/kg和1969.58 mg/kg，约是城镇密集区浑河湿地的1.6倍。土壤可溶性有机碳在城镇化作用下也存在降低趋势但不明显，最高值出现在流经四环郊区的蒲河湿地，为106.76g/kg，最低值为穿越三环城镇密集区的浑河湿地，为33.34 g/kg。同时，城镇化也降低了湿地土壤微生物的数量和功能微生物固碳细菌CBBL基因的数量，即卧龙湖湿地最高，微生物数量和土壤固碳细菌CBBL基因数量分别为1.468×108 cfu/g 和3.64×108个/g ，是浑河湿地土壤的1.7倍和1.9倍。城镇化增加了湿地水体总氮、总磷、硝态氮和铵态氮含量，却降低了水体总碳及DOC的含量，使DOC不利于在水体中积累。相关分析表明，湿地土壤微生物数量和固碳细菌CBBL基因与土壤总碳，轻组有机碳，微生物量碳和水体DOC存在显著正相关关系。这充分说明城镇化由于人类活动的加剧影响了湿地土壤微生物的活性和对活性碳组分的利用，进而影响湿地土壤碳库。本项目明确了城镇化对湿地土壤碳库及土壤微生物的影响，发表论文10篇，SCI论文4篇，CSCD论文6。本项目研究成果不仅可以推动城镇化背景下湿地土壤碳循环研究，并为我国城镇化地区湿地碳管理提供科学依据。