| 题名 | 模拟氮输入对黄河三角洲盐沼湿地碳循环关键过程的影响 |
| 作者 | 李隽永 |
| 答辩日期 | 2021-05-15 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院烟台海岸带研究所 |
| 授予地点 | 中国科学院烟台海岸带研究所 |
| 导师 | 韩广轩 |
| 关键词 | 氮输入 净生态系统 CO2 交换 光合碳分配 有机碳流失 盐沼湿地 Nitrogen input Net ecosystem CO2 exchange Photosynthetic carbon allocation Soil organic carbon loss Salt marsh |
| 学位名称 | 工学博士 |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 英文摘要 | 盐沼湿地具有较高的初级生产力和较低的土壤有机碳（SOC）分解速率，同时因其沉积效率极高，因而在捕获和埋藏有机碳方面具有极大潜力，被认为是地球上重要的“蓝色碳汇”。然而，在化肥大量生产和施用、化石燃料燃烧及畜牧业集约化经营等因素的共同作用下，越来越多的氮素（特别是硝态氮）通过地表径流和河流输入等途径进入近海生态系统，导致近岸水体富营养化现象日益加剧。径流和潮汐作用下大量氮素输入到盐沼湿地生态系统中，对碳循环过程产生深刻影响。本研究以黄河三角洲盐沼湿地生态系统为研究对象，设置氮输入野外控制试验、室内模拟氮输入和潮汐淹水耦合试验，并结合稳定碳同位素（13C）脉冲标记示踪技术，重点探讨不同氮输入水平梯度对盐沼湿地净生态系统CO2交换（NEE）、光合碳分配、土壤CO2和CH4排放、可溶性有机碳（DOC）流失等碳循环关键过程的影响机制，同时揭示氮输入水平和潮汐淹水频率对SOC流失过程的控制作用。主要结果如下： （1）氮输入增加显著增强了盐沼湿地生态系统CO2吸收能力，使其提高84.06%-220.54%，这主要得益于生长季生态系统CO2吸收能力随氮输入升高而显著增强。氮输入提高了土壤中无机氮的含量，缓解了养分限制，进而提高了盐地碱蓬群落地上生物量、盖度、平均株高及频度，最终增强了生态系统CO2吸收能力，其中植被盖度是影响净生态系统CO2交换的最重要生物因子。生态系统CO2交换（NEE）的季节变化则主要与土壤温度密切相关，生态系统CO2吸收能力随土壤温度升高而显著增强，且氮输入强化了温度对盐沼湿地NEE的影响。 （2）氮输入增加显著提高生态系统光合碳输入量和净同化量，其中+20 g N m-2 y-1氮输入水平导致生态系统光合13C净同化量超过200%。增加的光合碳主要以植物地上生物量和SOC的形式存在于植被-土壤体系中。随着氮输入水平升高，植被总生物量不断增大，地上生物量的分配比例也不断增大，而植物地下生物量分配比例和根冠比则不断降低。植物地上、地下生物量对氮输入量的响应效率低于5 g N m-2 y-1时快速降低。氮输入通过提高植物生物量，进而显著提高了土壤中有机碳含量，特别是DOC和微生物生物量碳（MBC）等活性有机碳含量显著升高。 （3）氮输入增加提高了盐沼湿地生态系统土壤CO2和CH4的排放，其中CO2排放通量升高主要表现在生长季，而CH4排放通量升高主要表现在淹水期。氮输入主要通过提高土壤养分含量（铵态氮、硝态氮等）刺激植物生长，从而向土壤中传输更多活性有机碳，如DOC等，进而刺激微生物的代谢活性以产生和排放更多CO2和CH4。土壤CO2排放通量季节变化主要受到温度的控制，随土壤温度升高，土壤CO2排放通量呈指数升高，且氮输入显著抑制土壤CO2排放通量的温度敏感性Q10；土壤CH4的排放通量季节变化主要受到土壤含水量的控制，随土壤含水量升高，土壤CH4排放通量呈指数升高。氮输入提高了土壤CH4排放通量对水分的响应敏感性。 （4）淹水频率是控制盐沼湿地SOC流失的主要因素，而氮输入增加弱化了淹水频率对土壤CO2和CH4排放以及DOC流失的控制作用。提高淹水频率显著抑制盐沼湿地土壤CO2排放、刺激CH4排放。此外，淹水频率升高通过提高物理冲刷作用刺激土壤DOC流失。氮输入抑制了无植被生长的盐沼湿地SOC的流失，这与有植被的盐沼生态系统有所不同，主要归因于无植被输入活性有机碳。模拟月潮汐处理下SOC分解量与土壤DOC流失量呈线性正相关，而模拟半日潮处理下两者没有显著相关性，这是由于土壤DOC在不同淹水频率下的流失途径不同，低频淹水时DOC分别主要以分解形式流失，而高频淹水时DOC主要以淋溶形式流失。 综上所述，氮输入增加显著改变了盐沼湿地碳输入、碳分配和碳排放等碳循环关键过程，同时氮输入还影响了上述碳循环过程与土壤温度、水分动态的相互作用关系。因此，评估盐沼湿地生态系统碳汇功能及其未来变化趋势时，应考虑近岸水体富营养化对盐沼湿地碳循环关键过程的影响，同时还强调周期性潮汐作用与氮输入的耦合作用对碳循环关键过程的影响。这将有助于对未来全球变化过程中盐沼湿地“蓝色碳汇”功能进行预判并提出合理的管理措施。 |
| 语种 | 中文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.yic.ac.cn/handle/133337/29346]  |
| 专题 | 烟台海岸带研究所_中科院烟台海岸带研究所知识产出 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李隽永. 模拟氮输入对黄河三角洲盐沼湿地碳循环关键过程的影响[D]. 中国科学院烟台海岸带研究所. 中国科学院烟台海岸带研究所. 2021. |
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