潮滩是全球固碳能力最高的生态系统之一,是缓解全球变暖的有效蓝色碳汇.针对潮滩碳汇功能,现有研究多关注生物作用下的碳输入过程,关于地貌演变,特别是潮沟曲流摆动引起的沉积物碳输出过程研究较少,因此无法准确评估潮滩碳汇功能的动态变化.研究结合野外观测、遥感反演与室内实验,探究了潮沟曲流摆动对潮滩沉积物碳输出过程的影响,从曲流摆动速率与有机碳空间分布特征两方面开展分析.研究结果表明:潮沟曲流摆动速率的空间差异可达数个量级,由粉砂滩的10-3 m/s锐减至互花米草盐沼滩的10-6 m/s;粉砂淤泥滩潮沟摆动速率存在显著的季节性差异,冬季摆动速率约为夏季的两倍;潮滩土壤有机碳含量呈海向递减趋势:互花米草盐沼滩(4.62 g/kg)＞粉砂淤泥滩(2.61 g/kg)＞粉砂滩(1.51 g/kg);综合考虑曲流摆动速率与土壤有机碳含量,发现粉砂滩沉积物碳输出速率显著高于互花米草盐沼滩,可达49.4 g C m-2 a-1,与该区域的碳埋藏速率相当.研究证实了潮沟曲流摆动对潮滩沉积物碳输出过程的重要性,为提升潮滩碳汇功能预测水平提供了重要的理论依据与数据支撑.

遗传多样性可提高种群生产力,然而遗传多样性如何综合影响植物的营养生长、有性繁殖和无性繁殖特性及分配策略缺乏充分关注,而植物生长繁殖的响应往往会决定一个种群未来的发展动态.本研究以中国滨海湿地植物海三棱藨草(Scirpus mariqueter)为材料,通过建立1、2、4和8个基因型多样性梯度的同密度实验,测定植物生物量以及营养生长、有性繁殖和无性繁殖相关特性,探究了基因型多样性对种群营养生长和繁殖策略的影响.结果表明,基因型多样性的增加显著提升了海三棱藨草种群的地上、地下生物量和株高.基因型多样性不影响有性繁殖,但显著提高了无性繁殖能力.球茎数、球茎生物量和无性系分株数均随基因型多样性的增加呈显著增加趋势.可见随着基因型多样性的增加,海三棱藨草种群将更多的能量分配给无性繁殖.据此预测,基因型多样性高的海三棱藨草种群在维持种子库规模以进行长距离扩散的同时,可形成更高大且密集的种群斑块,具备更强的原地拓殖能力,继而影响盐沼生态系统过程.本研究结果强调了植物基因型多样性在种群动态中的重要作用,尤其在盐沼湿地等以单优势物种为主的生态系统中,对生态系统的稳定性具有重要作用.

珊瑚礁作为一种典型的海洋生态系统,具有巨大的固碳和储碳潜力.然而,目前对于珊瑚礁的净碳能力(碳释放与碳吸收)仍存在争议,主要归因于珊瑚共生体碳代谢的多样性和复杂性.珊瑚礁在生物钙化、呼吸过程中向大气释放二氧化碳(CO2);但在生物合成和沉积过程中却可以将碳进行固定与埋藏;为此,珊瑚礁的碳源碳汇身份还有待明确.现有部分研究表明,共生体通过碳代谢可以促进珊瑚礁吸收大气中的CO2.此外,珊瑚礁和海岸带蓝碳生态系统通常表现出很强的连通性,珊瑚共生体碳代谢能有效提高海岸带盐沼植被、海草床、海洋浮游植物等生物的碳汇功能.为了加深对珊瑚礁碳源-碳汇功能的理解,综述了珊瑚共生体的碳代谢特征,梳理了共生体中碳的关键生态过程(有机碳的迁移、无机碳的转化、两者的赋存状态),总结了细菌-虫黄藻-病毒在共生体碳代谢中的作用,评述了珊瑚礁碳源-碳汇特征及影响因子.旨在阐明珊瑚共生体碳代谢的关键过程,并基于此寻求有效的珊瑚礁碳增汇技术,形成以碳增量为主的珊瑚保护与修复技术,提升珊瑚礁在蓝碳生态系统中的贡献.

明晰滨海盐沼湿地景观格局演化模式和驱动因素,有助于制定合理的盐沼湿地修复策略、维护区域生态系统健康和可持续发展.以黄河三角洲滨海盐沼湿地为例,基于Landsat系列卫星影像获取1973-2020年共十个时期土地利用/覆被数据,得出盐沼湿地时空变化及其与周边土地利用/覆被的相互转化;利用改进的景观格局状态与演化识别模型(SEDMS),分析盐沼湿地景观格局演化模式,并利用地理探测器探究其空间分异驱动因素.结果表明:(1)1973-2020年,盐沼湿地面积减少了252.35 km2,空间范围总体向外海迁移且趋于集中.盐沼湿地转出类型主要为草地、养殖池/盐田和耕地,转入类型主要为滩涂未利用地和水体.(2)盐沼湿地景观格局演化模式呈明显的阶段性特征:1973-1995年为动荡期,演化模式以消失和破碎为主导;1995-2010为过渡期,格局演化模式逐渐由消失和破碎为主导转变为扩张为主导;2010年后为稳定期,格局发生演化的区域较少,总体以新增和扩张为主.(3)36％的盐沼湿地出现了多次格局演变模式的转变,滩涂未利用地、耕地对于景观格局演化频数的影响最为显著,人工表面、养殖池/盐田和道路堤坝的建设导致了盐沼湿地的破碎和消失.

江苏省滨海滩涂湿地资源丰富,但由于围垦等人类活动以及外来物种生态入侵等影响,盐沼植被的面积持续下降.本文基于Landsat遥感影像,利用DSAS系统定量分析,对1985-2020年江苏滨海滩涂湿地潮滩植被带的围堰区、盐沼植被区的规模动态及相关关系、围堰规模的植被效应等进行了研究.结果表明:(1)1985-2020年,潮滩植被带向海显著推进岸段与围堰区规模显著增加岸段在空间上具对应性,变化热点区逐渐南移,期初为射阳河口至北凌河口岸段,2015年后,已南移至梁垛河口至遥望港岸段.(2)盐沼植被与围堰区面积在不同岸段间差异较大,但各岸段间围堰区与盐沼植被面积之比均快速上升,比值由1985年的0.017∶1变为2020年的5.59∶1,围堰区面积与盐沼植被面积呈极显著负相关.(3)随盐沼植被带规模逐渐下降,其与潮滩植被带向海延展速率的相关关系也由显著正相关变为不显著相关,显示盐沼植被带规模对潮滩植被带延展的促进作用具一定的规模效应.

以江苏省盐城市川东河口南侧潮滩湿地为研究对象,选取互花米草盐沼和无植被光滩两种典型滨海湿地,分别在冬夏季测定土壤有机碳(SOC)含量,探究湿地土壤有机碳的时空分布规律及其影响因素.结果表明:土壤有机碳含量在光滩区域为0.75～2.38 g·kg-1,互花米草盐沼区域为2.07～18.59 g·kg-1,且呈现海向递减趋势,互花米草盐沼区域约为光滩区域的2.5～3.5倍;垂向分布上,1 m深度范围内,光滩区域有机碳含量无明显变化,而互花米草盐沼区域呈现先增大后减小的变化规律,峰值在20～30 cm深度范围内;土壤有机碳含量具有显著的季节性差异,表现为夏季高于冬季,互花米草盐沼区域夏季较冬季高5％～10％,光滩区域夏季较冬季高43％.互花米草盐沼区域土壤有机碳含量与土壤含水率、盐度呈显著正相关,与泥沙粒径呈显著负相关;光滩区域土壤有机碳含量与土壤理化因子无明显相关性.表明滨海湿地多种土壤理化因子与SOC的相关性建立在有植被覆盖的基础之上.研究结果可为我国滨海湿地蓝碳生态系统的保护提供参考.

湿地生态系统是吸收全球大气二氧化碳(CO2)的汇,同时土壤厌氧环境造成其是大气甲烷(CH4)的源.尽管有证据表明,湿地生态系统CH4排放部分抵消其对大气CO2的净吸收,但目前未见全球尺度湿地CH4排放对其净生态系统CO2交换(NEE)抵消效应的研究.本研究分析了全球内陆湿地(泥炭湿地和非泥炭湿地)以及滨海湿地(海草床、盐沼和红树林)中同时测定湿地NEE和CH4排放通量的数据.结果表明:各类型湿地生态系统均为大气CO2的汇,NEE值排序为红树林(-2011.0 g CO2·m-2·a-1)＜盐沼(-1636.6 gCO2·m-2·a-1)＜非泥炭地(-870.8 gCO2·m-2·a-1)＜泥炭地(-510.7 g CO2·m-2·a-1)＜海草床(-61.6 gCO2·m-2·a-1).基于100年尺度CH4全球变暖潜势将CH4排放通量转换成CO2当量通量(CO2-eq flux)发现,CH4排放分别抵消海草床、盐沼、红树林、非泥炭地和泥炭地生态系统净CO2吸收的19.4％、14.0％、36.1％、64.9％和60.1％,而在未来20年尺度上,它们分别抵消CO2吸收的57.3％、41.4％、107.0％、192.0％和177.3％,部分红树林、泥炭地和非泥炭地是净CO2当量源.100年尺度各类湿地生态系统净温室气体平衡仍为负值,说明即使考虑CH4排放,在100年尺度各类湿地生态系统仍为碳汇.明晰湿地生态系统CH4排放主要调控机制并提出合理的减排对策,对于维系湿地生态系统碳汇功能,减缓气候变暖至关重要.

中国滨海盐沼湿地受损严重,人工修复策略已成为保护滨海生境的主要措施之一.本研究探讨了在长江口上海崇明东滩鸟类国家级自然保护区,互花米草控制和鸟类栖息地优化工程项目内空白生境的本土盐沼植物高效恢复技术.通过野外小试和中试试验,分析了长江口盐沼湿地建群种海三棱藨草恢复过程中繁殖体种类和移植方式对恢复效率的影响,并评估了不同恢复策略的恢复成本和效率.结果表明:1)海三棱藨草球茎苗耐淹性较强,适用于环境异质性较高的优化区;2)在4种恢复海三棱藨草群落的处理中,最经济高效的处理为无泥低密度球茎苗的移植方式,其每公顷的投入成本约为10100元.相较之下,无泥高密度、带泥低密度及带泥高密度的处理每公顷所需成本分别为41100、30000和120100元;3)经过近5年的努力,海三棱藨草群落在崇明东滩优化区C3区域覆盖度已超过60％,是相对成功的大规模野外恢复示范.本研究可为大规模滨海盐沼植物的恢复工程提供依据及支撑.

滨海盐沼、红树林和海草床蓝碳湿地生态系统具有高效的固碳-储碳能力,准确测定滨海蓝碳湿地生态系统碳汇速率,对于评估滨海湿地碳中和能力、生态恢复新增碳汇规模及碳贸易至关重要.深入思考滨海蓝碳湿地生态系统碳汇定义的内涵,提出狭义碳汇和广义碳汇的概念,介绍沉积物碳累积+植被净初级生产力法以及生态系统碳通量收支法2个目前国际上应用最多的滨海蓝碳湿地碳汇速率测定方法,特别是深入分析作为开放系统的滨海盐沼生态系统和海草床生态系统碳汇速率测定面临的诸多问题与挑战,梳理中国红树林、滨海盐沼和海草床生态系统碳汇速率的测定结果及国家尺度滨海蓝碳湿地生态系统碳汇规模,最后提出中国在滨海蓝碳湿地碳汇速率测定实践中急需加强的基础研究领域,以期为科学地计量中国滨海蓝碳湿地生态系统碳汇速率与碳汇规模提供方法参考和技术支撑.

潮汐盐沼湿地具有高的碳积累速率和低的CH4排放量,是地球上最密集的碳汇之一.同时,气候变暖和海平面上升可能使得盐沼湿地更迅速的捕获和埋藏大气中的CO2,因此盐沼湿地的“蓝碳”在减缓气候变化方面扮演着重要角色.潮汐盐沼湿地与其他湿地类型最大的区别和最显著的特征是在周期性潮汐作用下出现淹没和暴露,同时伴随盐分表聚与淋洗的干湿交替,可能是控制盐沼湿地碳交换过程和碳收支平衡的关键因素.但是,当前潮汐水动力过程及其周期性干湿交替对盐沼湿地碳交换关键过程和碳汇形成机制的影响尚不十分清楚.另外,以往相关研究通常孤立地考虑垂直方向上CO2或CH4交换或横向方向上的可溶性有机碳(DOC)、可溶性无机碳(DIC)、颗粒有机碳(POC)交换通量对盐沼湿地碳平衡进行评估,显然不够准确.因此,为了精确评估和预测盐沼湿地蓝碳的吸存能力,必须系统研究潮汐不同阶段对盐沼湿地碳交换过程的影响;深入分析潮汐作用下盐沼湿地碳交换的微生物机制;关注潮汐水动力作用对盐沼湿地DOC 、DIC和POC产生、释放以及向邻近水体输出的影响;阐明潮汐作用对盐沼湿地碳汇形成机制的影响;纳入潮汐永动力过程作为变量,建立盐沼湿地碳循环模型.