下垫面农林利用对崇明东滩围垦湿地CO2通量的影响

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fancylhs
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滨海湿地具有较强的碳汇功能,但由于经济发展和人口剧增,湿地被严重围垦。滨海湿地被围垦后动态的农林利用过程如何影响CO2通量目前尚不清楚。本研究以长江口崇明东滩滨海围垦湿地为例,使用涡度协方差(eddy covariance,EC)技术对其在进行农林利用前后6年过程中(20112016年)的CO2通量的变化规律进行了观测,使用斜率均质性(HOS)模型确定了CO2通量年变化的控制因素,同时对导致NEE差异的来源进行划分,包括年际气象差异、植被功能差异、季节气象差异和随机误差。使用ART足迹模型确定通量贡献区范围及不同下垫面类型对EC塔的贡献率。研究得到的主要结果如下:1.崇明东滩围垦湿地在农林利用前后CO2通量波动规律相似,日动态特征呈典型的“U”型分布且波动平稳,在白天(06:00-18:00)表现为明显的碳汇(NEE<0),在夜间(00:00-06:00,18:00-24:00)表现为碳源(NEE>0),且农林利用过程中最大NEE值整体呈降低趋势。2011年(仅109-365天)-2016年平均NEE日变化总体呈现W型曲线,崇明东滩围垦湿地在3月作用开始从大气固定CO2,最大日平均NEE分别发生在2011年的第241天(-14.14 g Cm-2)、2012年的第240天(-8.42 g Cm-2)、2013年的第234天(-4.86 g Cm-2)、2014年的第188天(-5.65 g Cm-2)、2015年的第221天(-4.90 g Cm-2)和2016年的第184天(-6.64 g Cm-2)。2.崇明东滩围垦湿地在农林利用前后年平均NEE值下降明显。年累积NEE由2011年的-655.7 g C m-2 yr-1(仅109-365天),2012年的-558.4 g C m-2 yr-1,下降到-258.1 g C m-2 yr-1(2013年),-198.1 g C m-2 yr-1(2014年),-160.8 g C m-2 yr-1(2015年)和-141.2(2016年)g C m-2 yr-1。2012-2016年年累积NEE变为负值的天数分别发生在第85天,90天,125天,152天和131天,农林复合利用后(2013-2016年),累积NEE变为负值的天数较2012年延迟1-7周。3.2013年NEE的减少主要是由于生态系统呼吸(ER)显著增加导致的,自此之后到2016年,NEE的持续减少则更多是由于总初级生产量(GPP)的减少引起的。与NEE的持续下降相比,|ER/GPP|比值从2011年的0.40和2012年的0.57上升至2013年的0.80和2014年的0.83,并在2015年和2016年持续上升,比值分别为0.85和0.89。4.HOS分析结果表明崇明东滩围垦湿地在农林利用过程中,NEE的年际变化(interannual annual variations,IAV)更多的归因于植被功能变化(19.0%),而不是年际气象变化(9.2%)。而对于气象季节变化和随机误差,则分别解释了27.2%和44.7%的NEE的变异性。5.Amax的显著减少和?的少量增加也验证了植被的功能变化,这可能与优势植物种类的改变和生长季节长度的减少有关。Q10和R10对湿地排水和农林复合利用响应的动态变化反映了CO2通量贡献区范围内下垫面组成及其呼吸特征的季节变化。6.随机误差对NEE变异性(44.7%)的显著影响可能主要是由于幼林(YF)和养殖池塘(AP)在农林复合利用(2013-2016年)后贡献区范围内面积的显著增加导致的。7.2017-2018年同一地点基于Chamber法测定的NEE、Rh和NEP结果表明,以芦苇(P.australis)为优势种的VW(湿地)较白茅(I.cylindrica)为优势种的VW在年尺度上具有更高的NPP。AP(鱼塘)和AR(人工河)均表现为净CO2源,YF(幼林)和MF(成熟林)由于NPP相对较低、Rh较高,也显示出较高的CO2排放量。以上研究结果表明,对温带滨海湿地的围垦和的农林利用会通过改变其生态系统结构和功能导致其碳汇功能持续下降,功能变化包括植被生产力下降、植被CO2通量光响应能力降低、基底呼吸和植被CO2通量对温度响应的改变。结构变化主要是其他下垫面类型的增加,这些下垫面类型对CO2吸收能力较弱,甚至表现为CO2的源。因此,在滨海围垦地区应该采用更明智的土地使用政策和管理措施,以实现区域性的低碳减排。研究结果有助于理解全球气候变化背景下,农林复合利用对滨海围垦地区碳平衡的影响规律,可为政府部门采取有效措施管理不同的农林利用模式,增加碳吸收、降低碳排放提供理论依据和数据支撑。
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