植被演替与人类活动对盐沼物质循环的影响

论文摘要

滨海盐沼位于陆地生态系统和海洋生态系统的交互地带,是一种特殊的湿地类型,具有“源-汇”双重功能,在全球物质循环中有重要意义,同时也是受到人类活动影响的敏感区域。盐沼植被在盐沼生态系统中具有重要作用,对盐沼物质循环有重大影响。盐沼植被演替过程会导致盐沼系统结构和功能上的变化,进而对盐沼物质循环产生影响。以围垦为主的人类活动显著改变了盐沼沉积物的性质,对盐沼物质循环也产生了巨大影响。本文以杭州湾南岸盐沼作为研究对象,采用沉积学与生物地球化学的基本方法,系统探讨了植被演替和人类活动对盐沼物质循环产生的影响,为阐明植被演替过程和人类对盐沼的开发所引起的环境变化提供依据。本项研究在杭州湾南岸庵东浅滩盐沼不同的植被带（本地种和外来种）以及盐沼围垦区内、外采集了一系列柱状和表层沉积物样品,在实验室内测量沉积物粒度、沉积物总碳（TC）含量、总氮（TN）含量、有机碳（TOC）含量、含水率、210Pb活度以及地下生物量等相关参数。计算了沉积速率、TOC含量的贡献率和TOC埋藏速率等参数,在此基础上,分析了植被演替和围垦对于沉积物组分、沉积速率以及碳氮含量的影响。研究结果表明,盐沼区植被从海三棱藨草向互花米草演替时,沉积物颗粒发生细化。潮间带的颗粒物自海向陆逐渐变细,光滩沉积物最粗。围垦区沉积物颗粒发生粗化现象,表层沉积物特征与光滩类似,柱状沉积物颗粒大小则介于光滩与海三棱藨草滩沉积物之间。沉积速率大小依次为海三棱藨草滩（2.81 cm·yr-1）>互花米草滩（2.36 cm·yr1）>植被交错区（2.05cm·yr-1）>光滩（1.59 cm·yr-1）>围垦区（1.2 cm·yr-1）。其中,最靠近光滩的海三棱藨草滩由于植被分布接近低潮区,增加了水流阻力,为水体悬浮物沉降提供了可能,直接阻挡并导致水体中粒径较大颗粒物沉降,互花米草滩由于对沉积物捕获能力更强,但是受限于沉积物被海三棱藨草大量捕获,所以沉积速率次之;围垦区由于围垦导致物质来源迅速减少,沉积速率最低。表层沉积物碳氮含量具有如下规律:1)TC、TN呈现“互花米草滩>围垦区>海三棱藨草滩>植被交错区>光滩”的规律。2)TOC呈现“互花米草滩>围垦区>光滩>海三棱藨草滩>植被交错区”的规律。通过柱状样分析垂向碳氮含量规律,天然盐沼表现出了自海向陆变化的规律:随着高程的增加以及植被的演替沉积物碳氮含量显著增高;而围垦区柱状TOC含量比光滩显著降低,平均降低1.26‰,表现出了碳释放的特征。从物质来源方面来看,碳氮比（C/N）揭示表层光滩具有明显的陆源特征,而植被带内由于植物本身碳氮物质输入的影响,C/N会受到一定的影响。以光滩TOC含量作为系统的输入源估算TOC贡献率,结果发现海三棱藨草滩植被TOC贡献率为18.85%,植被交错区为27.10%,互花米草滩为45.48%。而围垦区TOC含量大幅降低,由储碳固碳向碳释放转变。利用柱状样TOC平均含量与柱状样沉积速率计算TOC埋藏速率,结果表明TOC埋藏速率具有“互花米草滩（159g·m-2.a-1）>海三棱藨草滩（140 g·m-2·a-1）>植被交错区（119 g·m-2·a-1）>光滩（63 g·m-2·a-1）”的特征,在互花米草滩与海三棱藨草滩之间形成了TOC埋藏速率的低谷,表明外来物种互花米草和本地先锋物种海三棱藨草对于TOC埋藏的方式有所区别。总体来看,在杭州湾南岸滨海盐沼的演化过程中,植被演替和人类围垦活动的影响是截然不同的。当植被从海三棱藨草演替到互花米草时,沉积物颗粒逐渐变细,碳氮含量显著增加,盐沼的碳埋藏能力增加。而围垦活动主要导致沉积物颗粒发生粗化,碳氮物质在围垦区表层沉积物中富集,在垂向上迅速减少,整体上减少了碳埋藏量。

论文目录

摘要

Abstract

1 引言

1.1 研究意义与科学问题

1.2 国内外研究进展

1.2.1 盐沼物质循环

1.2.2 植被演替对盐沼物质循环的影响

1.2.3 人类活动对盐沼物质循环的影响

1.3 论文框架

2 研究区概况

2.1 研究区域选择原因

2.2 研究区域概况

2.3 地质地貌特征

2.3.1 地质特征

2.3.2 地貌特征

2.4 气候气象特征

2.5 沉积物与水动力特征

2.5.1 水动力特征

2.5.2 水资源条件

2.5.3 沉积物特征

2.6 植被特征

2.7 人类活动概况

3 研究材料与方法

3.1 技术路线

3.2 野外样品采集

3.2.1 采样区介绍

3.2.2 表层样品采集

3.2.3 柱状样品采集

3.3 室内实验分析及数据处理

3.3.1 粒度实验与数据处理

3.3.2 碳氮实验与数据处理

210Pb实验分析'> 3.3.3²¹⁰Pb实验分析

3.3.4 相关参数分析

3.4 数据质量控制与统计方法

3.4.1 数据质量控制

3.4.2 统计学方法介绍

4 结果

4.1 粒度特征

4.1.1 表层粒度特征

4.1.2 柱状样粒度

4.2 碳氮含量特征

4.2.1 表层碳氮含量特征

4.2.2 柱状样碳氮含量

210Pb比活度特征'> 4.3²¹⁰Pb比活度特征

4.4 其他相关参数

4.4.1 含水率

4.4.2 湿密度

4.4.3 地下生物量

5 讨论

5.1 植被演替对盐沼物质循环的影响

5.1.1 植被演替对沉积物粒度的影响

5.1.2 植被演替对碳氮含量的影响

5.1.3 盐沼区碳氮含量中的沉积记录

5.1.4 盐沼区碳氮含量相关性分析

5.1.5 植被对盐沼湿地固碳能力的影响

5.2 人类活动对盐沼物质循环的影响

5.2.1 围垦对沉积物粒度的影响

5.2.2 围垦对碳氮含量的影响

5.2.3 围垦区碳氮含量中的沉积记录

5.2.4 围垦区碳氮含量相关性分析

5.2.5 围垦对储碳固碳能力的影响

5.3 滨海盐沼内植物演替与人类活动对物质循环的影响

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 创新点

6.3 存在的问题

6.4 展望

参考文献

在校期间发表论文情况

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 夏添

导师: 陈一宁,高建华

关键词: 滨海盐沼,植被演替,围垦,碳氮含量,沉积物

来源: 南京大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,环境科学与资源利用

单位: 南京大学

基金: 国家自然科学基金(41776096)

分类号: Q948;X171.1

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