模拟降雨量变化对黄河三角洲滨海湿地土壤碳排放的影响

论文摘要

滨海湿地由于具有较高的初级生产力、较高碳埋藏速率以及较低的有机质分解速率,被称为缓解全球变暖重要的“蓝色碳汇”。作为陆地生态系统碳库的重要组成部分,滨海湿地土壤碳排放（土壤CO2和CH4排放）的变化将直接影响大气中温室气体的浓度,进而加速或减缓全球气候变暖。全球气候变暖改变了全球水循环,使全球降雨年际和年内变异增大,其中主要包括降雨量、降雨强度、降雨频率、降雨的季节分配等模式的变化。尤其是降雨量变化,对陆地生态系统碳循环过程与功能产生了深刻的影响。尽管以往有较多学者在荒漠、草原、森林生态系统探究了降雨量、降雨频率、降雨强度及降雨的季节分配的改变对生态系统碳循环过程和功能的影响,却很少有人研究降雨变化对滨海湿地生态系统碳循环过程和功能的影响。降雨量变化能通过改变滨海湿地土壤水盐运移,影响滨海湿地土壤碳排放。但现阶段关于降雨量变化对滨海湿地土壤碳排放影响机制研究还具有较多不确定性。为了探究降雨量变化对湿地土壤碳循环过程与功能的影响,本研究在黄河三角洲非潮汐湿地生态系统,主要通过野外控制降雨的方法分别模拟减少降雨和增加降雨处理,来研究降雨量变化对黄河三角洲非潮汐湿地土壤温度、土壤盐度、植被生长发育、植被生物量、土壤呼吸（土壤CO2排放）、土壤CH4排放等指标的影响。试验共包括6种降雨处理:减雨60%、减雨40%、对照60%、对照40%、增雨40%、增雨60%,每种处理四个重复。通过连续两年（2017-2018年）对湿地土壤环境因子的连续监测,发现增雨显著降低了土壤温度和土壤盐度,而减雨相应地增加了土壤温度和土壤盐度。同时通过定期开展植被调查试验,发现降雨量变化显著影响湿地植被生长发育、生物量等生物因子。增雨显著提高了湿地植被物种多样性指数、物种丰富度指数和植被覆盖度;而减雨显著降低了湿地植被覆盖度。对于植被生物量,增雨显著提高了植被地下生物量,但显著降低了植被地上生物量;减雨显著降低了植被地上生物量,在2017年显著提高了植被地下生物量,但在2018年对植被地下生物量无显著影响。同时通过对湿地土壤呼吸进行周期性测定,发现增雨显著提高了湿地年平均和非淹水期土壤呼吸;减雨显著降低了湿地非淹水期土壤呼吸,且随着降雨处理年份的增加,湿地土壤呼吸对降雨处理的响应逐渐增强。在湿地淹水期,不同降雨处理下土壤呼吸无显著变化,同时地表淹水显著抑制了湿地土壤呼吸。此外,通过对湿地土壤CH4排放进行周期性测定,结果发现,在非淹水期,减雨显著降低了湿地土壤CH4排放。而在淹水期,湿地地表淹水显著提高了土壤CH4排放,同时湿地土壤CH4排放随着地表水深的升高而逐渐增加。研究结果指出,增雨通过降低湿地土壤盐度、提高植被覆盖度,显著提高了湿地土壤呼吸;减雨通过加重湿地土壤干旱和盐胁迫、降低植被覆盖度,显著降低了湿地土壤呼吸;地表淹水通过形成厌氧环境,显著抑制了湿地淹水期土壤呼吸。同时,在非淹水期,减雨通过降低土壤湿度,提高土壤盐度,降低湿地植被地下生物量和覆盖度,显著降低了湿地土壤CH4排放。而在淹水期,湿地地表淹水形成厌氧环境,提高甲烷菌活性,显著提高了湿地土壤CH4排放。我们的研究结果表明,降雨变化通过改变滨海湿地土壤水盐运移,影响植被生长发育和生物量分配策略,进而影响滨海湿地土壤碳排放过程。本研究揭示了降雨量变化通过改变土壤盐度,影响植被生长发育和生物量分配,进而影响湿地土壤碳排放的内在机制,强调了土壤盐度在滨海湿地土壤碳循环过程与功能中的重要作用,对全面认识降雨量变化对滨海湿地生态系统碳循环具有重要意义。但降雨量变化对滨海湿地生态系统碳循环的影响机制是多方面的,降雨量变化不仅能通过改变土壤理化性质、植被生长发育和生物量分配等影响湿地土壤碳排放,降雨量变化还能通过改变植被光合作用的光合产物向地下的分配,影响土壤有机碳输入,改变土壤微生物群落结构,影响湿地土壤碳排放。因而未来在全球变化背景下,进一步开展降雨量变化对湿地土壤碳排放影响的微生物机制和降雨量变化对湿地生态系统碳分配策略的影响研究,对探究滨海湿地土壤碳排放对降雨量变化响应的内在机制具有十分重要的意义。

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摘要

ABSTRACT

1 前言

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 降雨量变化对植被生长发育及生物量的影响

2 排放）的影响'> 1.2.2 降雨量变化对土壤呼吸（土壤CO₂排放）的影响

4 排放的影响'> 1.2.3 降雨造成的土壤饱和或淹水对土壤CH₄排放的影响

1.3 研究内容

1.4 技术路线

2 材料与方法

2.1 研究区概况

2.1.1 地理位置

2.1.2 气候特点

2.1.3 水文特征

2.1.4 土壤类型

2.1.5 植被分布

2.2 实验设计

2.3 研究方法

2.3.1 气温和降雨量测定

2.3.2 土壤温度、湿度、盐度测定

2.3.3 植被生长指数测定及计算

2.3.4 植被地上生物量测定

2.3.5 植被地下生物量测定

2.3.6 土壤呼吸测定

4排放测定'> 2.3.7 土壤CH₄排放测定

2.4 统计方法

3 降雨量变化对湿地环境因子及生物因子的影响

3.1 不同降雨处理下土壤温度、盐度

3.2 降雨量变化对土壤温度、盐度的影响

3.3 降雨量变化对植被生长和生物量的影响

3.4 讨论

3.4.1 降雨量变化对植被生长的影响

3.4.2 降雨量变化对植被生物量的影响

3.5 本章小结

4 降雨量变化对湿地土壤呼吸的影响

4.1 降雨量变化对土壤呼吸的影响

4.2 非淹水期降雨变化下土壤呼吸与土壤温度、盐度之间的关系

4.3 淹水期土壤呼吸与地表水深之间的关系

4.4 降雨变化下土壤呼吸与植被覆盖度及生物量之间的关系

4.5 讨论

4.5.1 非淹水期降雨量变化对土壤呼吸的影响

4.5.2 非淹水期降雨量变化对土壤呼吸温度敏感性的影响

4.5.3 淹水期地表水深对土壤呼吸的影响

4.6 本章小结

4 排放的影响'>5 降雨量变化对湿地土壤CH₄排放的影响

4 排放的影响'> 5.1 降雨量变化对土壤CH₄排放的影响

4 排放与土壤湿度、盐度之间的关系'> 5.2 非淹水期降雨变化下土壤CH₄排放与土壤湿度、盐度之间的关系

4排放与地表水深之间的关系'> 5.3 淹水期土壤CH₄排放与地表水深之间的关系

4排放与植被覆盖度及生物量之间的关系'> 5.4 降雨变化下土壤CH₄排放与植被覆盖度及生物量之间的关系

5.5 讨论

4排放的影响'> 5.5.1 非淹水期降雨量变化对土壤CH₄排放的影响

4排放的影响'> 5.5.2 淹水期地表水深对土壤CH₄排放的影响

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李新鸽

导师: 朱连奇

关键词: 降雨量变化,土壤呼吸,排放,土壤排放,植被生物量,影响机制

来源: 河南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 气象学,农业基础科学,农艺学

单位: 河南大学

分类号: S154.1;P426.62

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