湿地生态系统碳储存和温室气体排放研究

湿地生态系统是地球上重要的有机碳储库, 湿地植被和土壤碳储量丰富、碳密度高。湿地还是CO₂、CH₄和N₂O等温室气体的源和汇。近百年来,由于土地利用,特别是农业开发和泥炭开采,导致大面积湿地被排干,并排放大量温室气体。多项研究表明湿地保护和恢复能促进碳积累和减少温室气体排放,通过对国内外有关文献的分析,针对近年来科学界普遍关注的湿地生态系统碳储量、碳平衡和土地利用对温室气体排放的影响、湿地与全球气候变化关系等方面的问题进行了初步探讨。     

湿地生态系统碳通量研究进展

湿地碳循环在全球气候变化中起着重要作用,而湿地碳通量研究是湿地碳循环研究的关键问题。由于湿地独特的土壤、植被以及水文过程,使得湿地碳通量有别于其他类型的生态系统。湿地温室气体特别是CO2和CH2的释放水平具有明显的时空变化特征,其通量变化与许多外部因素相关,包括土壤状况、水文条件、植被类型、外源氮等。对近年来湿地生态系统碳汇功能变化以及影响碳通量相关因子的研究成果进行了系统的分析和综述。现有的研究表明,土壤状况对湿地碳通量影响较复杂,在一定范围内,表层土壤温度与气体排放密切相关,甚至呈正相关关系;土地利用／覆盖也影响湿地碳通量变化,导致湿地温室气体排放增加;水文条件特别是水位高度对湿地CO2和CH2排放的影响不同,高水位不利于CO2排出,CH2则与之相反;植被对湿地碳排放也起到正、负两方面作用,并且物种各异。还讨论了湿地碳通量研究进展的瓶颈问题,特别对植被演替较快的潮滩湿地碳通量研究做了展望。     

湖北省湿地碳汇潜力及其碳增汇措施初探

湖北地处长江中下游,其湿地类型在中国湿地中具有明显的代表性,在保障人类生存发展中发挥重要作用。湿地在全球碳循环过程中发挥重要作用,天然湿地作为大气重要的碳汇,在减缓全球气候变化、支撑中国碳中和发挥重要作用。文章根据已有研究文献,初步估算了湖北省湿地碳汇潜力,为湖北省林业碳汇发展提供重要决策支撑。结果表明：湖北省湿地碳汇能力达171.12×10⁴～281.34×10⁴t C/a,转化为二氧化碳(CO₂)吸收量达627.45×10⁴～1 031.58×10⁴ t CO₂/a,可中和2015年度湖北省化石能源燃烧CO₂排放量3.64×10⁸ t的1.7%～2.8%,表明湖北湿地具有重要的碳汇潜力。为提高和维持湖北省湿地碳汇潜力,提出以下对策：保护现有湿地面积,固持现有碳汇;修复退化湿地,增加湿地碳汇潜力;降低污染物排入淡水湿地生态系统,减少碳排放;优化湿地植被群落组成,增加碳汇潜力;适宜增加农田生态系统氮肥量,增加碳汇...     

盐土和碱土土壤无机CO2通量的分离

干旱区盐碱土无机CO₂通量是一个崭新、独特的科学现象,打破了土壤CO₂通量完全来自于有机源的假设;然而,盐碱土无机CO₂通量在土壤CO₂通量和全球碳循环中的重要性还缺乏分离和量化的依据,因而存在很大的不确定性。通过采用高压灭菌的方法,将盐土和碱土的土壤无机CO₂通量从土壤CO₂通量中分离。结果表明：高压灭菌方法并不改变土壤的理化性质,并通过土壤有机CO₂通量与温度的关系验证了分离方法的有效性,从而为盐碱土无机CO₂通量的分离、量化和评估提供了一个可靠有效的方法。盐碱土的土壤无机CO₂通量是土壤CO₂通量的重要组分,土壤无机CO₂通量的分离对精确解析干旱区盐碱土生态系统的碳循环是必要的;对盐碱土土壤无机CO₂通量的研究,将促进对干旱区盐碱土土壤CO₂通量和全球碳循环的理解。     

全球碳通量东滩野外观测站的建立

湿地作为地球上一种重要的生态系统类型,其碳循环过程与特征在全球陆地生态系统碳循环研究中具有相当重要的地位。崇明东滩湿地位于长江入海口,是陆地、海洋和淡水三大生态系统的交汇区,是具有国际重要意义的生态区,目前正遭受外来互花米草入侵和人类干扰的双重影响。2004年7月,复旦大学生物多样性与生态工程教育部重点实验室在崇明东滩建立了“全球碳通量东滩野外观测站”,这个野外观测站主要包括3座涡度通量塔和两条长期监测样带,并通过借助涡度协方差技术精确地测定生态系统能量、CO2和水汽通量,同时结合遥感、水文地质学和地面生物物理学调查,研究河口/海滨湿地生态系统结构、生物物理学过程及其他因子对二氧化碳通量的影响。本文的目的是介绍在东滩建站的根据、采用的技术以及将要开展的研究工作。     

全球主要河流流域碳酸盐岩风化碳汇评估

碳酸盐岩风化吸收的大气CO₂主要以HCO₃ ^-形式连续地经由河流从大陆输送到海洋,成为陆地生态系统的重要碳汇。目前主要河流流域的碳酸盐岩风化碳汇估算存在不确定性,分布格局尚不清晰。基于GEMS-GLORI全球河流数据库提供的全球10万km ²以上主要河流流域多年平均监测数据,利用水化学径流法估算出全球主要河流流域碳酸盐岩对CO₂的吸收速率为0.43±0.15 Pg CO₂ yr ^-1,平均CO₂吸收通量为7.93±2.8 t km ^-2 yr ^-1。CO₂吸收通量在不同气候带下差异显著,热带和暖温带CO₂年吸收速率占全球主要河流流域年吸收速率的62.95%。冷温带CO₂年吸收速率占全球主要河流流域的33.05%,仅次于热带地区。本文划分出全球CO₂吸收通量的9个关键带,关键带的交汇处CO₂吸收通量较高。喀斯特出露流域碳酸盐岩对CO₂吸收通量的均值为8.50 t km ^-2 yr ^-1,约为非喀斯特流域的3倍。全球喀斯特出露流域碳酸盐岩风化碳汇在全球碳循环、水循环及碳收支平衡估算研究方面占据重要地位。     

国外湿地生态系统碳循环研究进展

在全球变化背景下,面对湿地生态系统是否能维持其碳汇功能等问题,在以下几方面进行了讨论:当前湿地生态系统碳源与碳汇评估中存在的问题;湿地碳源与碳汇功能时空格局变异最新研究进展;影响湿地甲烷排放的因素;湿地碳循环过程对全球变暖的响应模式;湿地生态系统碳循环模拟。认为当前对湿地生态系统碳循环认识的局限性,是导致碳循环成为全球变暖互馈机制中不确定性的主要原因之一。针对中国当前湿地生态系统碳循环研究的特点,提出了中国未来湿地生态系统碳循环研究的焦点问题,即如何在气候变化及人类活动双重影响下,维持中国湿地生态系统现有碳储存库的功能,以及如何提高已退化湿地的固碳功能及潜力。     

模拟增温对生态系统碳循环影响研究进展

气候变暖影响着生态系统碳循环,碳循环的变化反馈于气候变化。这两者的相互作用影响着未来气候变化的方向和强度。野外增温试验有助于了解生态系统碳循环对气候变化的响应及其机制,因此成为近年来的研究热点。生态系统所处的地理位置及相应的气候背景影响着碳循环对增温的响应。增温后不同生态系统的碳释放和碳固定均可表现为增加、减小或者无显著变化,因而生态系统净碳收支对气候变化响应多样。增温后土壤氮矿化速率、物候、生态系统物种组成和结构的变化间接影响着生态系统净碳收支。多年冻土区储存了大量的土壤有机碳,冻土融化后冻土有机碳分解将释放大量的CO₂到大气中,正反馈于气候变暖,因而是目前野外增温试验对碳循环影响研究的焦点。     

LUCC对湿地碳储量及碳排放的影响

湿地生态系统是陆地上重要的碳库,其碳储量和排放通量的变化对全球碳循环和气候变化起着重要作用。湿地碳库的变化受到诸多因素的影响,其中土地利用/覆盖变化(LUCC)是影响湿地碳库的主要因素之一。研究表明,土地利用/覆盖变化通过影响湿地植被覆盖状况、土壤湿度、氧化还原电位、微生物活性等方面,影响着湿地的碳储存与碳排放。湿地垦殖后大量的碳被释放出来,湿地的碳汇和碳源功能发生了变化。     

湿地水文研究的若干热点问题

湿地水文研究是认识湿地生态系统的结构、过程与功能,进行湿地生态保护和恢复重建以及水资源合理配置的前提与基础。重点对湿地水文研究的几个热点问题进行了评述。这些问题包括,全球气候变化与人类活动影响下的湿地水文响应;湿地水文过程对湿地生态系统的影响机制;湿地水循环过程与水文模型。在此基础上,提出了基于水循环模拟的流域湿地水资源合理配置的基本思路,并对目前中国湿地水文亟待研究的重要议题进行了阐述。     

全球变暖与湿地生态系统的研究进展

湿地作为一种独特的生态系统是各种主要温室气体的“源”与“汇”,因而在全球气候变化中有着特殊的地位与作用。另一方面,全球气候变化又有可能对湿地生态系统的面积、分布、结构、功能等造成巨大的影响,并有可能引起温室气体的源汇转化,从而对气候系统形成反馈。本文综述了国内外这两个方面的研究进展,指出了近期全球变化与湿地生态系统研究的重点方向和领域     

湿地高等植物初级生产力对全球变化响应的研究进展

在全球环境变化的背景下,影响湿地高等植物初级生产力的生态因子也在发生着不同程度的变化,大气中CO2浓度升高、气温升高和降水格局变化等已经严重地影响了高等植物的生理生态过程,改变了湿地高等植物的初级生产力。CO2在大气中不断增加,并通过植物光合作用及其他生理代谢作用,在一定程度上影响了湿地高等植物的生长状况和物质积累;气候变暖改变了一些地区的降水格局,从而影响了这些地区湿地的水文情势,使湿地水位波动的频率和幅度不断增加,直接影响了湿地高等植物的初级生产力;温度升高严重影响了湿地土壤中氮的矿化速率以及矿质氮的转化过程,直接影响土壤的供氮能力,进而影响湿地高等植物的初级生产力。回顾了湿地高等植物初级生产力对全球变化响应的研究进程,指出近期湿地高等植物初级生产力对全球变化响应研究的重点方向和领域。     

三江平原不同土地利用方式下湿地土壤CO2通量研究

利用暗箱-气相色谱法,同步测量了三江平原几种主要生态类型湿地土壤原始的小叶章草甸白浆土、毛果苔草泥炭沼泽土、已垦旱作草甸白浆土和人工水田草甸白浆土,进行CO2排放通量的对比研究.结果表明不同土地利用方式下,旱作草甸白浆土土壤CO2排放通量最大,平均值为775.38mg/(m2@h);小叶章草甸白浆土土壤次之,平均值为439.02mg/(m2@h);人工水稻田草甸白浆土土壤CO2通量最小,平均值为128.96mg/(m2@h);毛果苔草泥炭沼泽土土壤CO2排放通量介于小叶章草甸白浆土土壤和水稻田草甸白浆土土壤之间,平均值为247.08mg/(m2@h).湿地开垦为旱田,使湿地"碳汇"功能减弱或丧失,变成"碳源";湿地开垦为水田,是比较合理的湿地农业利用方式.     

三江平原环型湿地土壤温度梯度的研究

三江平原环型湿地是低温 (碟型洼地 )和高温 (岛状林 )两种环境组合的典型区 ,为了研究三江平原环型湿地土壤温度梯度特征 ,对环型湿地 4种群落的土壤温度进行了观测。结果表明 ,由环型湿地的中心到边缘 ,土壤温度逐渐升高 ,土壤温度垂直变异由大逐渐减小。各群落深层土壤温度日变化不明显 ,而季节变化较明显 ,不同群落间深层土壤温度水平变异和垂直变异差异以 6月最大 ,8月和 10月份差异较小。这是由于环型湿地的中心到边缘 ,土壤层的厚度逐渐变薄 ,土壤水分含量逐渐降低 ,泥炭层的厚度逐渐变薄以至消失 ,冻结层融解时间逐渐推迟造成的。环型湿地中心的致冷效应有利于有机质的积累和保持环型湿地生态系统的稳定性。研究环型湿地的土壤温度梯度有助于从水热角度来进一步揭示沼泽湿地的生态环境效应 ,为湿地的保护及合理利用提供科学依据。     

不同植被类型覆盖下土壤CO2浓度对洞穴景观的影响

土壤中的CO2 通过影响土壤水对碳酸盐岩的溶蚀能力控制洞穴滴水中的Ca2 +初始含量 ,同时它进入洞穴水体后溶解度的变化也会影响洞穴景观的形成。研究表明 ,不同植被类型对土壤CO2 浓度会产生不同影响。本文通过模拟分析认为 ,在一定范围内 ,地表生态系统的改善有利于土壤中CO2 的增加和洞穴中碳酸钙沉积景观的发育 ,但是若超过一定的阈值 ,即土壤中的CO2 浓度过高 ,使喀斯特水中的CO2 不能在洞穴顶部碳酸盐岩体渗流过程中完全被消耗时 ,洞穴滴水的酸性会对碳酸钙产生溶蚀作用 ,易形成洞穴溶蚀景观。     

遥感在土壤碳储量估算中的应用

土壤碳库是陆地生态系统碳库的主体,在全球碳平衡中具有重要作用。从20世纪70年代早期Landsat-MSS数据的使用开始,各种传感器的卫星多光谱测量开始广泛应用于土壤调查中。首先,分析了利用遥感方法估算土壤碳储量的可行性。之后,系统分析总结了国内外在土壤碳储量研究中的常用遥感方法,即遥感影像直接估算法、植被指数法和光谱测定分析法。最后,对遥感在土壤碳储量估算研究中的发展趋势做出展望。     

Research progress in cold region wetlands, China

China has some of the most abundant wetland resources in the world. Cold region wetlands cover more than 60% of the total natural wetlands in China and play an indispensable role in global climate regulation, water holding, uptake and emission of greenhouse gases, and biodiversity conservation. Because cold region wetlands are sensitive to climatic and environmental changes, it is important for ecological conservation and environmental management to summarize and analyze current research progress on these specific ecosystems. This paper reviews the focus of present studies on the typical cold region wetlands in the northeast region and the Qinghai-Tibet Plateau of China from several aspects as follows: types and distribution, responses of permafrost to climatic changes, uptake and emission of greenhouse gas, eco-hydrological processes, and vegetation succession. Our conclusions are: global warming has a long-term and serious impact on cold region permafrost; emission of greenhouse gases has great temporal and spatial heterogeneity; and hygrophytes in the cold region wetlands have been generally replaced by xerophytes, although it is still unclear whether the vegetation diversity index has increased or decreased. Based on this review, some key topics for future study are recommended as follows: (1) the response of degeneration of cold region permafrost at various spatial and temporal scales; (2) prediction of wetland degeneration tendency by coupling weather, soil, and hydrological models; (3) evaluation of carbon storage; (4) the actual response mechanisms of greenhouse gases to climatic changes; and (5) development of water requirement calculation methods tailored to the unique ecosystems of cold region wetlands.     

黄土碳酸盐碳同位素环境意义讨论

黄土碳酸盐碳同位素广泛应用于第四纪气候环境变化的研究中,以往的大多数研究中无论是利用钙结核、次生碳酸盐还是成壤碳酸盐,认为其反映了C4植物的丰度。黄土高原碳酸盐碳同位素表现为黄土层高,古土壤层中低,即黄土层中C4植物丰度高于古土壤层。然而,这样的结果和黄土有机碳同位素得到的结果矛盾,有机碳同位素的结果表明温度对C4植物的分布起到了决定性作用。由于有机碳同位素对植物类型的反映更为直接而可靠,因此碳酸盐碳同位素反映C4植物丰度存在疑问。对黄土高原黄土碳酸盐碳同位素的系统概括后认为,第四纪期间黄土碳酸盐碳同位素与C4植物有直接联系,但C4植物丰度不是唯一决定性的因素,碳酸盐碳同位素的指示意义存在复杂性。在黄土高原地区,植被发育程度、与大气CO2交换程度、植被本身的碳同位素值的变化以及原生碳酸盐的影响等因素都会对碳酸盐碳同位素产生影响。由黄土碳酸盐碳同位素的讨论可延伸到不同土壤碳酸盐碳同位素揭示的环境指示意义,不同的土壤环境,其气候条件、植被类型及发育程度、大气CO2的交换情况、微生物的活动及土壤次生碳酸盐受原生碳酸盐溶解的影响等因素都会对碳同位素产生不同程度影响,哪种或哪几种因素产生主要作用,在不同区域土壤环境中是不一样的。具体研究中需确定影响的核心因素,才能确定碳同位素的环境指示意义。