崇明东滩湿地不同植物群落下沉积物中CO2和N2O的释放动态研究

湿地生态系统温室气体排放与植物群落之间的关系是近年来全球气候变化研究的热点。为揭示滨海湿地不同植物群落下沉积物中温室气体的释放规律,以崇明东滩为原型区域,采集光滩(无明显植物覆被)、互花米草、互花米草-芦苇共生及芦苇等4个采样带沉积物样品,观测CO₂和N₂O的释放特征。结果表明:互花米草、互花米草-芦苇、芦苇群落的沉积物中CO₂累积释放量(1 066～1 105 mg/kg)显著高于光滩((846±22)mg/kg),但3种植物群落之间并无显著差异(P<0.05)。结合CO₂累积释放量与沉积物中全氮含量(ω(TN))之间的显著正相关关系(P<0.05),可以认为,湿地沉积物全氮含量对CO₂释放的影响可能比植物群落大。相比较而言,芦苇群落下沉积物中N₂O累积释放量为(0.41±0.01)mg/kg,明显高于互花米草-芦苇群落的(0.32±0.01)mg/kg、互花米草群落的(0.23±0.01)mg/kg和光滩的(0.21±0.00)mg/kg。这表明,芦苇群落有利于沉积物中N₂O的产生或释放。未来对滨海湿地N₂O排放进行调控与评估过程中,芦苇及其生境的作用应当给予重点关注。     

典型滨海湿地沉积物反硝化与硝态氮氨化 相对重要性研究

为揭示典型滨海湿地沉积物中硝态氮还原特征与规律,以长江入海口崇明东滩湿地为对象,采集不同季节和植被条件下(芦苇、互花米草、互花米草-芦苇混合区与光滩)沉积物,借助¹⁵N同位素稀释技术,测定反硝化(Den)与硝态氮氨化(DNRA)速率的变化,探讨两者的相对重要性特征。结果表明:①冬季,互花米草群落沉积物Den速率达31.29 μg/(kg·h),显著高于其他植物群落及光滩(P<0.05),但其在春、夏、秋季最低,仅为2.35～3.36 μg/(kg·h)。表明,冬季可能是互花米草群落沉积物氮素Den逸失高峰期。②春、冬季节光滩带沉积物DNRA速率(>120 μg/(kg·h))明显高于有植被沉积物(<80 μg/(kg·h))。然而,从不同植物群落看来,互花米草群落DNRA速率显著高于其他植物群落及光滩(P<0.05)。相比较而言,夏、秋季节光滩带沉积物DNRA速率显著低于其他植物群落,但其他3个植物群落之间并没有显著差异。表明,春、冬季节互花米草群落更有利于沉积物NO^-₃的氨化。③春、夏、秋3个季节,互花米草群落沉积物DNRA与Den速率的比值(17～29)显著高于其他植物群落(1～14),然而,其在冬季显著低于其他植物群落(P<0.05)。显然,DNRA过程主导着滨海湿地沉积物中NO^-₃的还原。就植物调控策略而言,减控互花米草有助于湿地富营养化和N₂O排放的控制。     

碳氮比改变对崇明东滩湿地反硝化与硝态氮氨化的影响

【目的】分析自然和人为活动加速影响下沿海湿地土壤碳氮比变化对硝态氮还原过程的影响。【方法】以崇明东滩典型滨海湿地为例,采集4种不同覆被类型下沉积物样品,添加C₆H₁₂O₆或KNO₃溶液,使沉积物有机碳与硝态氮比例($C/NO_3^--N$)增大30%和减小30%,借助 ¹⁵N同位素稀释技术,研究反硝化(Den)与硝态氮氨化(DNRA)的变化特征。【结果】$C/NO_3^--N$的升高或降低均引起芦苇和互花米草覆被下沉积物Den和DNRA速率的显著下降(P<0.05)。芦苇覆被下Den速率从原土的10.1 μg/(kg·h)降至1.0~3.1 μg /(kg·h),互花米草覆被下Den速率从原土的3.4 μg /(kg·h)降至0.3~0.4 μg /(kg·h)。相比较而言,芦苇植被下DNRA速率从原土的21.9 μg /(kg·h)降至12.7~14.5 μg /(kg·h),互花米草覆被下从原土的42.6 μg /(kg·h)降至3.1~5.8 μg /(kg·h)。【结论】4种覆被下沉积物DNRA/Den值均大于1,表明DNRA是湿地硝态氮还原的主要途径。与$C/NO_3^--N$减小相比,$C/NO_3^--N$增大使$NO_3^--N$的还原更趋向DNRA过程。崇明东滩湿地$C/NO_3^--N$的波动(±30%)可能并不会导致沉积物N₂O排放的显著增加。     

洪泽湖河湖交汇区典型杨树人工林碳通量月尺度变化特征

【目的】揭示洪泽湖水位夏低冬高的独特水文特点对河湖交汇区杨树人工林净生态系统碳交换(NEE,简称碳通量)产生的影响。【方法】采用涡度相关及土壤水热监测系统,对洪泽湖湿地河湖交汇区典型杨树人工林碳通量及其环境因子进行了连续3 a(2016—2018年)的观测,分析月尺度上碳通量变化及其与环境因子的关系。【结果】①洪泽湖河湖交汇区杨树人工林的NEE值具有明显“V”形变化曲线,白天表现为碳吸收,夜间表现为碳释放,日均碳汇时间为10 h;②研究期间各旬NEE值在2018年的2月上旬最高(7.117 g/m²),最低值出现在2017年的7月中旬(-212.256 g/m²);3年间年均NEE值为-1 413.403 g/m²;③在洪泽湖开闸时期(5—8月)水位低,土壤含水率和风速是影响NEE的主要因素,关闸时期(9月至翌年4月)水位高,NEE主要受空气温度和饱和水汽压差影响。【结论】夏季对洪泽湖开闸放水,有利于河湖交汇区杨树生长及碳汇增加,冬季蓄水地下水位抬高,对杨树生长产生的不利影响可以通过开沟筑垄来消除,进而有利于区域杨树人工林全年碳汇功能的提升。     

双碳目标背景下湖泊湿地的生态修复技术

湖泊湿地是我国湿地的重要组成部分,对于实现碳减排和缓解全球气候变暖具有重要作用,当前全球气候变化和人类活动干扰导致的湖泊湿地退化等限制了其碳汇功能的发挥。笔者梳理了我国湖泊湿地的退化现状与成因,分析了土地利用方式改变、生物多样性降低和环境污染对湖泊湿地碳汇功能的影响,总结了湖泊湿地的生态修复技术及增汇途径:①通过水环境修复技术去除内源和外源污染物、提升湖泊湿地水质、减缓温室气体排放等途径提高湿地植物和土壤碳储量;②生物修复可直接提高植物碳储量,进而通过植源碳的输入和微生物作用等过程提高土壤/沉积物碳储量。水文修复和生境修复技术可为生物修复营造有利的水位和生境条件。未来应强化湖泊湿地生物多样性与其碳库的协同关系及机理、水质特征对湖泊湿地碳演化规律的影响、湖泊湿地生态系统的碳汇饱和度和碳汇计量核准系统的研究等,为实现我国“双碳”目标提供科学依据。