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.

森林径级结构是树木生长、竞争、死亡等过程的综合反映,也是估算森林生物量、判断森林演替阶段与健康状态以及预测森林碳汇潜力的基础依据.林学领域早期对径级结构的研究以统计描述为主,多采用常见的概率分布函数来拟合样地尺度上径级结构的动态变化,缺乏对其形成机制的阐释.随着宏观生态学的发展,最大熵原理、中心极限定理等被用于解释大尺度上发现的相对一致的森林径级结构,但这类模型侧重概率统计,对具体生态学过程的分析仍然欠缺.2000年以来,在原始成熟森林中发现的径级结构的幂律特征催生了一系列理论研究,包括代谢尺度理论、林窗演替理论等.这些理论尝试从树木个体大小和资源利用之间的关系,以及树木对资源的竞争过程来演绎径级结构达到稳态时幂律特征的形成机制.种群统计平衡理论为稳态径级结构的分析提供了一般性框架,揭示了不同的树木生长速率和死亡率如何导致径级结构特征的变化;在此基础上,种群统计最优性假设为径级结构的分析提供了新的视角.数学层面上,转移矩阵、积分投影、偏微分方程等都是径级结构动力学分析的有力工具,但由于这类数学模型的时间动态解析求解较为困难,研究中通常预先假定森林处于理想的结构平衡状态.而在实际情况下,结构非平衡往往是森林的常态,也是森林碳库变化与碳汇潜力估算的基础.为了更好预测全球变化背景下的森林动态趋势,应明确环境因子对径级相关的树木生长速率、死亡率的影响,并发展径级结构动态特征的解析方法.

净生态系统生产力(NEP)是估算生态系统碳源/汇的重要指标,分析NEP时空变化特征及其对气候因子之间的响应,对科学评估区域生态系统的固碳能力及应对气候变化具有重要意义.以桂西南作为研究对象,基于遥感数据、土地利用数据、气象数据、DEM数据等数据,运用趋势分析、相关分析和残差分析等方法研究了桂西南地区NEP时空分布特征,并探讨了不同气候因子对NEP的影响.结果表明:(1)2000-2018 年研究区NEP的均值变化趋势均呈增长趋势,NEP年增长率为 2.0384 g·m-2·a-1,非喀斯特地区的NEP增长速率为 2.7428 g·m-2·a-1,而喀斯特地区NEP增长速率为 0.6817 g·m-2·a-1.(2)19 年来研究区NEP总体在空间呈现西北高,东南低的分布格局.NEP呈极显著增加的区域(15.39%)大于呈极显著减少区域(8.13%),说明研究区整体上生态系统的碳汇能力呈现出增强趋势.(3)研究区NEP与气温和降水均呈现出正相关关系,但NEP与降水的相关系数(0.0904)强于与气温的相关系数(0.0455).(4)研究区内人类活动对NEP正负影响的贡献率分别是 50.24%和 49.76%.

全球气候变化与人类活动导致的CO2 排放息息相关.海洋是净吸收大气CO2 的重要环境,因此影响海洋碳存储能力的生物地球化学过程成为研究热点.海洋微生物的呼吸作用是调节碳"源-汇"转换的关键生物过程之一,呼吸速率是海区碳收支研究的重要参照指标.依据不同生物化学原理,海洋领域研发了多种微生物呼吸速率测定方法.依据海洋水文环境和微生物群落等不同应用场景的差异,使得采用一种或多种方法准确测定呼吸速率具有重要意义.文章着重陈述了各种呼吸速率测定的原理、优缺点和适用范围等,系统分析了常规测定方法和前沿测定技术,为碳中和背景下的海洋碳汇关键过程解析提供技术选择的理论支撑.

池塘等小型水体在全球碳循环中发挥着重要作用,是碳排放的热区,但是对池塘碳埋藏速率认识相对匮乏,限制了全面认识池塘在流域碳传输中的功能.为探究池塘沉积物有机碳埋藏速率及其影响因素,选取重庆市北碚区柳荫镇的11个池塘为研究对象,于2022年7月对池塘沉积物进行采样,分析了池塘沉积物基本理化性质,估算出池塘沉积物有机碳埋藏量和埋藏速率,并分析了池塘因素和流域因素对池塘沉积物有机碳埋藏速率的影响.结果显示:(1)沉积物总有机碳(TOC,Total Organic Carbon)含量在1.03％-3.51％之间变化,总体呈现随深度增加而逐渐降低的趋势;(2)有机碳埋藏速率均值为194.60 g m-2 a-1,范围区间为142.76-293.32 g m-2 a-1,略高于其他池塘的类似研究结果;(3)沉积物TOC含量与总氮(TN,Total Nitrogen)含量呈显著正相关(P＜0.01),与流域中林地面积占比呈显著正相关(P＜0.05),与旱地面积占比呈显著负相关(P＜0.05),而有机碳埋藏速率与流域内旱地面积占比呈显著正相关(P＜0.05).研究结果表明,池塘相对于大型水体储碳能力更强,池塘虽然单位面积小,但数量多,在生态系统的碳收支核算中是一种不可忽视的地理景观单元.

碳循环是影响气候变化的关键环节.利用改进的CASA模型对东北三省 2000-2020 年间自然碳源\汇进行了估算;通过增加真实碳排放量对估算过程的约束,改进了夜间灯光数据和碳排放拟合方法,探究了区域碳源碳汇和碳盈亏的时空分布和影响因素.结果显示:(1)净生态系统生产力在时间上呈现波动上升趋势,空间上黑龙江省自然碳汇总量最高(164.61 Tg C/a),约占东北三省的 60%;(2)能源消费碳排放总量呈现先上升,再下降,近年趋于稳定的时间变化趋势,空间上以辽宁省年均碳排放量增速最快,增速约为 6.95 Tg C/a;(3)2005 年为东北三省整体从碳盈余转变为碳亏损的转折点,近年来亏损速率有所下降;(4)东北三省碳盈亏与自然因素呈正相关,与人口规模、地区生产总值、碳排放强度、产业结构呈现负相关关系.辽宁省能源消费总量的攀升使能源结构的下降未能扭转其碳亏损的局面,并使其碳盈亏与能源结构呈现正相关关系;黑龙江省和吉林省农业人口流失较快一定程度上导致了城市化水平与碳盈亏呈现正相关关系.(5)东北三省均应降低碳排放强度,黑龙江省和吉林省应调整能源结构,辽宁省应调整产业结构.研究结果可为东北三省"双碳目标"的实现提供理论依据.

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.

以泥炭藓属(Sphagnum)植物为优势种的贫营养泥炭地是陆地生态系统重要的碳汇,其优势植物的生长与分解动态关系着贫营养泥炭地碳汇潜力,但有关氮沉降对贫营养泥炭地优势藓类植物生长与分解的影响还存在很大争议,并且氮沉降对亚热带贫营养泥炭地优势藓类植物生长与分解的研究鲜有报道.该研究以鄂西南贫营养泥炭地为研究对象,通过原位喷洒不同浓度的NH4Cl溶液,采用生物量收割法和分解袋法,探讨模拟氮沉降对泥炭藓(S.palustre)与金发藓(Polytrichum commune)生长及分解的影响.研究结果表明:(1)氮沉降对两种藓类植物生长高度与生物量均有明显的影响,且两种藓类植物生长存在一定的氮沉降阈值,约为3 g·m-2·a-1;(2)氮沉降对两种藓类植物生长影响程度不同,金发藓对氮沉降的响应灵敏度要大于泥炭藓;(3)高浓度氮沉降(6和12 g·m-2·a-1)抑制了泥炭藓分解,低浓度氮沉降(3g·m-2·a-1)对泥炭藓分解的影响取决于分解时间,而所有浓度氮沉降均抑制了金发藓凋落物的分解;(4)分解1年以后,泥炭藓的最终质量残留率平均值为105.99％,金发藓的最终质量残留率平均值为70.79％,金发藓的分解速率远大于泥炭藓;(5)氮沉降对两种藓类凋落物化学元素含量与化学计量比有显著影响,且与分解时间密切相关.

滨海湿地是高效的蓝碳碳汇系统,但气候变暖正在直接或间接地影响着滨海湿地植物的光合作用特征,从而影响湿地的碳汇功能.本研究在少雨的黄河三角洲(东营)和多雨的江苏盐城两地芦苇湿地建设增温观测站,采用Li-6800光合测量系统研究在东营和盐城两地芦苇的光合特征对模拟增温的响应机制,并对比了东营6月与8月两个生长季的差异.结果表明:与8月相比,6月芦苇光合作用能力更强,增温在2个生长季均提高了芦苇的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(gs)和胞间CO2浓度(Ci),但在8月Pn的正响应波动较小;与东营相比,盐城湿地的芦苇具有更高的Pn和水分利用率(WUE),且盐城湿地芦苇的最大净光合速率(Pn max)、光饱和点(LSP)、表观量子效率(AQY)和暗呼吸速率(Rd)对增温的正响应更为显著,其AQY、LSP和Pn max在增温样地分别提高了16.7％、53.6％和30.3％,表明在多雨湿润的条件下,增温可以提高植物的弱光利用效率、对强光的适应能力和光合作用潜力.本研究对于在气候变暖背景下准确量化滨海湿地在区域、季节尺度上的碳汇过程具有重要的参考价值.

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.