江蘇海岸潮間帶濕地土壤碳循環(huán)的研究

李垣皓

（河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院江蘇南京210098）

江蘇海岸潮間帶濕地土壤碳循環(huán)的研究

李垣皓

（河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院江蘇南京210098）

近年來(lái)，隨著公眾對(duì)環(huán)境問題的關(guān)注，氣候變化已經(jīng)成為環(huán)境科學(xué)工作者的又一個(gè)研究熱點(diǎn)。作為“地球之腎”的濕地，在溫室氣體的固定和釋放中起著至關(guān)重要的作用，對(duì)全球范圍的碳循環(huán)也有不小的影響。海岸潮間帶濕地同時(shí)扮演著碳匯和碳源的角色，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球范圍內(nèi)濱海濕地的總碳封存速率超過(guò)100Tg.a-1，因此潮間帶濕地主要有以下兩方面的作用：一是降低全球溫室效應(yīng)，二是減少溫室氣體的排放。

濕地；碳循環(huán)；海岸潮間帶

1　碳循環(huán)簡(jiǎn)介及意義

碳循環(huán)，是指碳元素在環(huán)境中的自然循環(huán)，生物圈中的碳循環(huán)主要表現(xiàn)在綠色植物利用光合作用將二氧化碳轉(zhuǎn)化為葡萄糖并放出氧氣的過(guò)程。碳的兩性循環(huán)是生物圈健康發(fā)展的重要標(biāo)志，是全球環(huán)境化學(xué)及地理研究的主要研究方向之一。大氣中CO2的體積占全球大氣總體積的比重增長(zhǎng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了65萬(wàn)年來(lái)的自然變化范圍的最大值。其帶來(lái)的諸多影響對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)，人類生存環(huán)境以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)生活產(chǎn)生了不利的影響。因此，為避免氣候變化給人類生存和發(fā)展帶來(lái)的潛在威脅，碳減排是當(dāng)前最迫切的工作，保育和修復(fù)包括濕地在內(nèi)的各種具有碳匯功能的生態(tài)系統(tǒng)是其中的重要措施之一。

2　海岸潮間帶濕地

潮間帶濕地是濱海濕地的一種，指位于大潮高潮線和低潮線之間區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)。潮間帶濕地位于淡水和咸水交界的地方動(dòng)植物群落比較復(fù)雜，對(duì)于亞熱帶和熱帶地區(qū)的潮間帶，大部分以紅樹林沼澤為主。因此，對(duì)潮間帶濕地而言，穩(wěn)定形態(tài)的碳多數(shù)儲(chǔ)存在土壤中（78%～99%），在全球至少有430Tg碳儲(chǔ)存在鹽沼表層0cm～50cm的土壤中，紅樹林沼澤同一土層碳儲(chǔ)量則可以達(dá)到（5000±400）TgC。盡管沿海潮間帶濕地的土壤密度并很不高，但在碳的積累速度方面，要遠(yuǎn)勝于泥炭濕地。相對(duì)內(nèi)陸濕地而言，潮間帶濕地土壤容重較大，其土壤碳密度相對(duì)略大。研究表明，江蘇沿海灘涂土壤中有機(jī)碳儲(chǔ)存密度約為50t～100t碳/hm2。

3　潮間帶濕地碳循環(huán)的方式

3.1垂直方向氣態(tài)碳交換

碳主要以二氧化碳的形式通過(guò)植物光合作用進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，植物所固定的碳再以凋落物，分泌物或事物的形式向生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部傳遞，進(jìn)而被其他生物利用或分解，最終以二氧化碳甲烷等形式釋放出去，或者儲(chǔ)存于土壤，植物體和其他生物體內(nèi)。

3.2水平方向碳交換

土壤中可溶性有機(jī)碳和可溶性無(wú)機(jī)碳以及顆粒態(tài)有機(jī)碳會(huì)隨著潮流遷移進(jìn)出潮間帶濕地，并在潮間帶濕地的碳收支中占據(jù)重要地位。

3.3垂直方向的碳封存

河口海岸潮流介導(dǎo)的碳沉積，這個(gè)過(guò)程會(huì)使大量碳在短時(shí)間內(nèi)離開碳循環(huán)而被掩埋在沉積物中，這種潮汐流驅(qū)動(dòng)的碳封存是潮間帶濕地與內(nèi)陸濕地碳獲取方式的區(qū)別之一。

4　濕地土壤碳循環(huán)影響因子

國(guó)內(nèi)外對(duì)海岸帶濕地的碳排放特征，生成機(jī)制及影響因素進(jìn)行了較多研究，由于潮間帶濕地漲落潮的物理特征，溫度，水位，土壤含水量以及土壤有機(jī)質(zhì)成為濕地二氧化碳排放的主要影響因子。

4.1溫度

一定溫度范圍內(nèi)，濕地土壤溫度升高會(huì)促進(jìn)土壤中微生物或根系的代謝活動(dòng)，使根的呼吸增強(qiáng)，加速微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)的分解，濕地生態(tài)系統(tǒng)二氧化碳排放通量增高；超過(guò)一定的溫度范圍，隨著土壤溫度的升高，土壤中微生物及酶的活性降低，土壤中有機(jī)質(zhì)的礦化作用和根系呼吸作用減慢，濕地CO2排放通量隨溫度的升高又呈減小趨勢(shì)。

4.2水位

當(dāng)濕地生態(tài)系統(tǒng)土壤表面呈淹水狀態(tài)時(shí)，濕地呈厭氧環(huán)境，有機(jī)物分解不徹底，濕地中二氧化碳排放通量減小。隨著水位的降低，濕地土壤中會(huì)溶解大量的氧，使得土壤微生物活力大大提升，加速了濕地中有機(jī)物質(zhì)的分解，二氧化碳排放量大量增加。

4.3土壤有機(jī)質(zhì)

生態(tài)系統(tǒng)中的土壤有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源為土壤表層植被的殘留物和土壤剖層中的根系殘留物及分泌物大量的不溶性有機(jī)物質(zhì)，會(huì)促進(jìn)微生物活動(dòng)，從而促進(jìn)土壤呼吸速率。根據(jù)韓海燕等的研究顯示土壤有機(jī)質(zhì)在一定范圍內(nèi)和土壤呼吸成正比。隨著有機(jī)質(zhì)的增加，土壤呼吸作用加強(qiáng)。

5　研究?jī)?nèi)容

5.1土壤有機(jī)碳含量對(duì)碳通量的影響

作為地形特殊的濱海濕地，周期性水淹和緩慢的微生物分解速率以及外援有機(jī)質(zhì)，導(dǎo)致土壤中有機(jī)物質(zhì)含量相對(duì)較高，其中碳含量達(dá)到45%甚至50%。而不溶性有機(jī)碳的氧化作用導(dǎo)致礦化作用（在土壤微生物作用下，土壤中有機(jī)態(tài)化合物轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)態(tài)化合物的過(guò)程），使得有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽，增加碳含量。

5.2水位對(duì)碳通量的脅迫分析

作為水動(dòng)力等物理因素占主導(dǎo)地位的河口海岸帶地區(qū)，潮位的周期性變動(dòng)等環(huán)境因素對(duì)潮間帶濕地的碳循環(huán)影響巨大。因此潮汐是影響潮間帶濕地淹水程度的重要因素。

6　應(yīng)用前景

濕地?fù)碛芯薮蟮耐寥捞純?chǔ)量，在全球變暖背景下，濕地生態(tài)系統(tǒng)很有可能向大氣釋放大量碳，加劇全球變暖。通過(guò)本項(xiàng)目的研究，了解潮間帶濕地生態(tài)土壤、水體、大氣間碳通量的時(shí)間動(dòng)態(tài)，以及碳通量的控制因子，在此基礎(chǔ)上，建立多維多相碳循環(huán)模型，為預(yù)測(cè)及評(píng)估潮間帶土壤碳循環(huán)對(duì)濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)提供技術(shù)支撐，為政府決策者在受損潮間帶濕地碳匯功能保育和修復(fù)措施的制定中提供參考資料。

［1］陸健健.中國(guó)濱海濕地的分類.

［2］沈永明，曾華，王輝，等.江蘇典型淤長(zhǎng)岸段潮灘鹽生植被及其土壤肥力特征［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，25（1）：1-6.

江蘇省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（BK20150078）。