【摘 要】
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滨海盐沼湿地是地球上生产力最高的生态系统之一,加之其具有缓慢的有机质降解速率,因此成为缓解全球变暖的有效蓝色碳汇,近年来引起国际社会的热切关注。目前对周期性潮汐如何作用于滨海盐沼湿地地气间CO_2交换的研究还很少,因此阐明潮汐过程下生态系统CO_2交换,对认识滨海盐沼湿地生态系统CO_2交换控制因素及其机理,以及对全球碳循环和气候变化的研究均具有重要意义。本研究利用涡度相关技术、生物气象辅助以及潮
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滨海盐沼湿地是地球上生产力最高的生态系统之一,加之其具有缓慢的有机质降解速率,因此成为缓解全球变暖的有效蓝色碳汇,近年来引起国际社会的热切关注。目前对周期性潮汐如何作用于滨海盐沼湿地地气间CO2交换的研究还很少,因此阐明潮汐过程下生态系统CO2交换,对认识滨海盐沼湿地生态系统CO2交换控制因素及其机理,以及对全球碳循环和气候变化的研究均具有重要意义。本研究利用涡度相关技术、生物气象辅助以及潮汐水文观测系统,获得了2018年1月至2019年12月的长江口九段沙盐沼湿地净生态系统CO2通量、气象以及潮汐水文数据。计算了研究区域内的CO2通量贡献区的大小及其分布特征,初步探究了九段沙盐沼生态系统的碳汇能力及CO2通量动态规律,定量甄别出在小时、昼夜及多天尺度上九段沙盐沼湿地—大气间CO2交换的主控因子,重点分析了潮汐过程对生态系统光合作用和呼吸作用的影响,最终阐明潮汐淹水对CO2通量的影响及其控制机理,得出的主要结论如下:(1)FSAM(Flux Source Aera Model)模型计算的通量贡献区可以很好的反映九段沙盐沼湿地芦苇生态系统下垫面的通量信息。通量贡献区日变化特征明显,夜间通量贡献区范围大于白天,夜间通量贡献区最远点距离主要分布在509.5 m-921.5 m且波动较大,白天通量贡献区最远点距离比较稳定,在440 m左右;非主风向上迎风向通量贡献区的范围大于主风向上迎风向的通量贡献区;各风向上,大气稳定状态下通量贡献区及其峰值所在位置距观测点的距离均大于大气不稳定状态下其对应的值。(2)2018-2019年九段沙盐沼生态系统均表现为强碳汇,其中累积生态系统净CO2交换(NEE)总量为-869 g C m-2y-1,-550 g C m-2y-1,累积生态系统初级生产力(GPP)分别为1790 g C m-2y-1,1377 g C m-2y-1;累积生态系统呼吸作用(Reco)分别为921 g C m-2y-1,827 g C m-2y-1。NEE的日变化特征均呈“U”型曲线,具体表现为白天吸收CO2,夜间释放CO2。日变化振幅具有明显的季节特征,生长季波动剧烈,非生长季波动较为平缓。此外,日固碳时长同样具有明显的季节变化特征,生长季日固碳时长最长,非生长季日固碳时长最短。(3)基于互信息模型计算不同时间尺度上环境因子(潮高、盐度、温湿度、风速风向、光照等)对CO2通量变化的相对控制程度发现,光合有效辐射(PAR)是净生态系统CO2交换(NEE)的主要影响因子,气温(Ta)、饱和水汽压差(VPD)是NEE在昼夜及多天尺度上的次要影响因子。潮汐与主要的气象控制因子共同驱动NEE交换,潮汐活动在滨海盐沼湿地上潮汐对净生态系统CO2交换有强烈的影响,特别是在多天尺度上。(4)潮汐过程直接、间接的影响着生态系统光合作用(GPP)和呼吸作用(Reco),进而改变着滨海盐沼生态系统生态系统CO2交换。研究发现生长期各阶段大潮期夜间净生态系统CO2交换(NEE)低于小潮期,这表明了潮汐淹水抑制了生态系统呼吸作用(Reco),这主要归因于潮汐水位高度(TWL)改变了Reco对温度(Ta)的敏感性;另外白天NEE对潮汐淹水有不同的响应,淹水期NEE在生长初期和生长中期增强,而在生长末期则相反,生态系统光合作用受到了潮汐水位高度和盐度对NEE的直接影响,同时也有潮汐活动间接作用于Ta和饱和水汽压差(VPD)的影响。
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