潮汐作用下黄河口盐沼湿地生态系统CO2交换过程及其影响机制研究

Blue carbon sinks of tidal salt marshes play a critical role in reducing and mitigating climate change. However, in China there has been relatively few direct measurement of the CO2 exchange between the atmosphere and tidal salt marshes using the eddy covariance (EC) technique, regardless of their importance in balancing the global carbon budget and conserving biological diversity. Moreover, the study of tidal effect on ecosystem CO2 exchange in salt marshes is not fully developed or perfected, which in turn limits the accurate assessment of the carbon sequestration of tidal salt marshes to some extent. In this project, using the eddy covariance method, we try to measure ecosystem CO2 exchange and its driving mechanisms a tidal salt marsh in the Yellow River Estuary. The objectives are (1) to analyze tidal action and tread (flood/ebb tides, flooding duration, and depth) effects on ecosystem CO2 exchange of the salt marsh; (2) to analyze the synergistic effects of environmental and biotic factors on the ecosystem CO2 exchange of the salt marsh in flooded and non-flooded period, respectively; and (3) to develop a dynamics model predicting the seasonal dynamics of ecosystem CO2 exchange in the salt marsh in order to quantitatively assess its carbon sequestration. This project would improve knowledge of effect of tidal action on CO2 exchange in a salt marsh, and aid in the assessment of carbon sequestration of tidal salt marshes and prediction of its future carbon dynamics responses to natural-induced factors change.

潮汐盐沼湿地的"蓝碳"在减缓气候变化方面扮演着重要角色。但是我国基于涡度相关技术的盐沼湿地CO2交换观测研究启动较晚且相对薄弱，而且关于潮汐作用对盐沼湿地生态系统CO2交换的影响机制研究仍有待发展和完善，这在一定程度上限制了对我国潮汐盐沼湿地碳汇功能的准确评估。本项目以黄河口盐沼湿地为研究对象，以潮汐对CO2交换过程的影响这一关键科学问题为主线，基于涡度相关法获取的生态系统碳通量观测资料，以及相应的环境因子、生物因子和潮汐水文过程等观测资料，阐明周期性潮汐水文过程(涨落潮过程、淹水时长、水深等)对盐沼湿地生态系统CO2交换的影响机制；对比分析淹水期和非淹水期盐沼湿地生态系统CO2交换特征及其环境因子和生物因子的协同控制机制；在此基础上，发展盐沼湿地生态系统CO2交换过程与主控因子的关系模型。最后，定量评估黄河口盐沼湿地的碳汇功能，评价其在我国潮汐盐沼湿地碳收支上的作用和地位。

本项目以黄河口盐沼湿地为研究对象，以潮汐对CO2交换过程的影响这一关键科学问题为主线，基于涡度相关法获取的生态系统碳通量观测资料，以及相应的环境因子、生物因子和潮汐水文过程等观测资料，（1）揭示了间歇性淹水对黄河三角洲滨海湿地净生态系统CO2交换的影响机制。间歇性淹水明显抑制了湿地净生态系统CO2交换的昼夜变幅。一方面，间歇性淹水减少了白天湿地植被光合作用的最大速率，导致湿地的碳吸收功能降低；另一方面，间歇性淹水抑制了夜间湿地CO2释放，但增加了它的温度敏感性。（2）阐明了阴天和晴天变化对滨海湿地净生态系统CO2交换的影响机制。阴天和晴天生态系统NEE的日平均动态均呈“U”型曲线，但阴天NEE的变幅较小。晴天条件下湿地生态系统NEE的日均值显著高于阴天。晴天条件下，最大光合速率显著大于阴天，同时白天生态系统呼吸也显著大于阴天。阴天和晴天昼间PAR差值以及气温差值对NEE差值的协同影响达到63%。（3）阐明了开垦对黄河三角洲湿地净生态系统CO2交换的影响机制。农业开垦在三个不同层次上改变滨海湿地生态系统CO2交换。首先，从湿地开垦为农田改变优势植被类型，从而改变了NEE的光响应参数和Reco的温度敏感性。其次，湿地开垦改变了生态系统CO2交换的日变化和季节动态。最终，农业开垦改变了滨海湿地的固碳能力。湿地中的累积的NEE（−237.4 g C m−2）明显高于农田（−202.0 g C m−2）。（4）定量评估了滨海湿地生态系统光合作用与土壤呼吸之间的联系和控制规模。研究发现，植物冠层光合作用在日尺度上对土壤呼吸的动态变化具有明显的调节作用，两者的时间间隔为1–1.5小时。（5）基于4年的连续定位观测，定量估算了湿地净生态系统碳交换量。在年尺度上，2011-2013年，黄河三角洲滨海湿地表现为较强的碳汇，且年际变化较大，3年年均值分别为-223 g C m-2 yr-1、-164 g C m-2 yr-1和-247 g C m-2 yr-1。通过项目实施，在国内外核心期刊发表论文11篇，其中SCI论文4篇（2篇TOP期刊文章）。