湿地生态系统土壤有机碳周转对不同环境因子的响应机制

来源 :夏少攀 | 被引量 : 0次 | 上传用户:HOHOHO66
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
湿地是地球上生产力最高的生态系统之一,仅占地球陆地面积的5%–8%,其碳储量约占陆地碳库的30%,具有“蓝碳”效应。随着全球气候变暖和人类活动的加剧,湿地受到不同程度的自然和人为因素的扰动,从而影响了湿地碳截获能力和碳源/汇功能,因此,湿地生物地球化学碳固存和周转成为了当前研究的热点。本文开展了不同环境因子对湿地生态系统土壤有机碳(SOC)的分布、来源、稳定性和埋藏的影响研究,这些环境因子包括土壤有效硅供给、土地利用变化、互花米草入侵、海平面上升,结合土壤学、生物地球化学和稳定同位素生态学等方向,从小区域机理到大尺度宏观观测,研究了湿地生态系统土壤有机碳周转对不同环境因子的响应机制,其主要结论如下:(1)土壤有效硅供给水平调控植物生物硅积累,生物硅可以替代结构性碳组分木质素,降低了木质素合成的能量消耗,从而提高了植物生物量;而木质素含量与凋落物分解速率呈负相关。因此,在富硅植物占主导湿地生态系统中,硅介导的植物凋落物分解速率加快和植物生物量碳增加具有“竞争拮抗”作用,在生物地球化学碳循环中发挥重要作用。(2)自然湿地转化为农田、林地和建筑用地后,有机碳含量分别降低了26.97-52.81%、8.71-45.62%和35.47-56.33%,有机碳储量分别下降了25.30-50.46%、6.98-40.76%和30.34-51.62%;碳氮比均显著降低;湿地δ13C值整体偏负于其他三种类型,且随剖面层次变化存在明显差异,在表层(0-40 cm)和底层(40-100 cm)土壤中,影响SOC和δ13C分布特征的单个变量和组别变量均存在一定差异,说明了湿地转化为其他土地类型后有机碳分解过程和保存机制有所不同,运用C:N比、δ13C和木质素单体组成评估不同土地利用变化类型下有机碳稳定性并不完全一致,这主要与凋落物(凋落物输入质量和生物量)、水文条件(干湿交替和水位变化)和土壤理化性质(容重和土壤质地)等多因素有关。(3)互花米草分别入侵3个本地种(芦苇、秋茄和白骨壤)植被群落后,SOC储量变化与本地种类型、地上部生物量和入侵时间序列均没有绝对的递变关系;C:N比和木质素单体组成(C/V,S/V,(Ad/Al)V和(Ad/Al)S)的变化趋势与SOC含量变化趋势完全一致,证实了用于稳定性评估的可靠性;在芦苇、秋茄和白骨壤群落中,互花米草来源有机碳输入贡献分别为5.55%、23.07%和12.22%,SOC储量收支分别为+3.43、–13.78和–3.94 Mg ha-1;SOC储量变化与年降雨量(1022–1871 mm)和年均温(15.3–23.4℃)呈负相关;互花米草入侵芦苇沼泽湿地后土壤属性没有明显变化,而入侵红树林湿地后EC,TN,TP,p H和Siox是SOC含量降低的主要影响因素。因此,互花米草入侵草本沼泽和红树林在气候、植被生物学特性和土壤属性方面具有不同的SOC储量影响机制。(4)盐度是河口湿地形成自然植被景观梯度的重要变量,沿着河流-河口-近海海洋连续体,有机碳含量/储量逐渐降低,其中,陆源有机碳输入(60%-35%来源于C3维管植物为主)逐渐降低,海源有机碳输入逐渐增大,被子植物的非木质组织来源逐渐减小,主要与自源输入(植物凋落物碳输入降低)和异源输入(河流径流输入减小和海平面上升引起的浮游植物输入增加)有关;微生物分解过程中的“稳定同位素动力学分馏”和“底物优先利用”分别是有氧层(0-40 cm,δ13C值随剖面深度增大)和厌氧层(40-100 cm,δ13C值随剖面深度下降)中13C组成差异的主要影响机制;在四种植被类型下,δ13C、δ15N、C:N比和木质素单体组成在反映有机质分解程度并不完全一致,这可能是由于凋落物输入、根系分布、土壤基质质量、地下水位、盐度和微生物群落组成与活性的差异造成的。(5)我国滨海湿地SOC含量/储量存在很大的空间异质性,主要体现在各沿海城市/省份的独立湿地、同一湿地不同位点、不同植被类型和湿地类型;年均温和年降水对植物净初级生产力有直接的影响,因而控制着土壤中潜在碳输入量,而亚热带地区的SOC储量整体高于热带地区,这可能与有机碳在高温下快速分解有关。SOC储量并不完全依赖于植物表观生物量,与实际凋落物碳输入数量和质量有关。SOC稳定性和储量的潜力大小由土壤属性决定的,SOC含量、土壤物理参数(即容重和质地组成)、土壤化学参数(即盐度、有机碳组分质量和土壤含水量)和植物源木质素的含量与组成共同调控有机碳空间分布。综上所述,不同的湿地生态系统类型受不同的主要环境因素的影响,包括河流湿地因极端降水或径流量改变溶解硅浓度、湖泊湿地受土地利用变化、滨海湿地受外来植物互花米草入侵、河口湿地海平面上升引起盐渍化和植被组成变化等,土壤有机碳储量受气候、土壤属性和植物生物量及生物学特性的复杂相互作用的调控,各环境影响因素对有机碳储量的影响机制不同,为研究滨海湿地“蓝碳”的稳定机制和固碳潜力提供了科学参考。
其他文献
高效的能源储存和转化技术如金属-空气电池、燃料电池、超级电容器等因其清洁、高效、可再生等优点受到了广泛的关注。目前,限制上述技术规模化的方面主要来自于成本过高的贵金属材料。因此,开发廉价、高效的电极材料对清洁的可持续能源的存储与转化利用具有重大意义。碳材料具有来源广泛、价格低廉、物化性质稳定等优点,得到广泛关注。然而碳材料本身的电化学催化性能并不理想,往往需要进行异质元素或材料的功能化修饰。鉴于此
学位
学位
大自噬/自噬是真核生物的一种保守的降解途径。通过自噬,细胞质中异常聚集或错误折叠的蛋白及受损的细胞器等物质被一种称为自噬体的双层膜结构吞噬后呈递给溶酶体(多细胞动物中)或液泡(酵母及植物中),并在相关水解酶的作用下降解。自噬在正常生理条件下水平较低,被称为基础自噬,基础自噬保证生物大分子的循环回收利用并维持细胞稳态。而在饥饿、生长因子缺乏及低氧等一些因素的诱导下,自噬水平显著上调以维持细胞在相应压
学位
学位
学位
学位
学位
学位