天然红树林土壤碳积累调控机制及其空间尺度效应

It has been increasingly recognized that soil (sediment) carbon (C) accumulation in mangroves plays a critical role in the global C balance. However, little is known about the mechanism regulating soil C accumulation in mangroves, and even less is known about the spatial scale effect of the mechanism. In this study, the natural mangrove forests in China will be divided into three climatic regions, namely tropical mangroves, south subtropical mangroves and central subtropical mangroves. Three-spatial-scale hierarchical sampling plots will be set up in each climatic region for survey of soil C content (by depth) and factors including climatic, hydro-geomorphologic, edaphic and vegetational indexes that affecting both soil C input and C decomposition. The emerging multi-variable statistical method of structural equation model will be used for data analysis. The study aims to determine the vertical and horizontal distribution patterns of soil C content in natural mangroves across spatial scales (ecosystem scale-landscape scale-climatic zone scale-across climatic zone scale) and in different regions; and to reveal the mechanisms (regulating factors, their relative importance and regulating paths) of soil C accumulation in mangroves across spatial scales and climatic regions and along soil depth. The results will be able to provide theoretical bases and necessary parameters for building C cycling models of mangroves at different spatial scales, favor to predict the soil C sequestration potential under different environmental conditions, and further serve to develop the technology and management for increasing C sequestration in mangroves.

红树林土壤（沉积物）碳积累在全球碳平衡中的作用日益受到重视，但目前关于红树林土壤碳积累调控机制的理解很不充分，更不清楚其空间尺度效应。本研究把我国天然红树林分布区划分为热带、南亚热带、中亚热带等三个气候区域，每个区域内设计三级空间尺度嵌套样区，全国共设置360个样方分土层调查土壤碳含量以及气候、水文地形、土壤、植被等影响土壤碳输入和碳分解过程的因素及其指标，运用结构方程模型等新兴的多变量统计方法分析数据，旨在阐明我国天然红树林土壤碳含量在多区域、多级空间尺度（生态系统尺度-景观尺度-气候区域尺度-跨气候带尺度）的垂直和水平分布格局，揭示在不同空间尺度、不同区域以及不同土层深度红树林土壤碳积累的主要调控因素及其作用路径和相对重要性。研究结果将为在不同尺度上建立碳循环模型提供理论依据和必要参数，有助于预测不同环境条件下红树林土壤固碳潜力，为研发红树林固碳增汇的调控技术和手段提供理论依据。

滨海湿地生态系统的碳汇潜力在近年来备受瞩目，但对于红树林固碳机制尤其是土壤固碳机制的理解有限。本研究对我国天然红树林分布的四省区沿环境梯度共设置250个红树林样方调查土壤碳库、植被碳库以及一系列环境因子，运用多变量统计方法分析数据，阐明天然红树林土壤碳库在景观尺度和区域尺度的变异格局及其调控因素。结合卫星图像判别和实地调查计算我国现有红树林面积，并基于250个采样点的植被碳库和土壤碳库数据，采用插值法计算我国红树林植被碳库和土壤碳库。此外，在生态系统尺度通过开展凋落物和细根的生产力和分解速率实验研究，量化细根和凋落物在红树林土壤有机碳积累中的相对贡献；并运用稳定性同位素13C技术区分红树林土壤有机碳的外源碳和内源碳。在全球尺度上通过文献数据挖掘，分析天然红树林与人工红树林植被固碳速率的环境和生物影响因子。研究结果显示，在生态系统尺度上红树林主要通过植物残体输入而不是通过促进外源悬浮物沉积促进土壤碳积累，其中细根周转是红树林向土壤输入有机碳的主要途径；在景观尺度上红树林土壤有机碳变异格局主要受与土壤有机碳分解有关的土壤理化性质（如机械组成、含水量等）调控；红树林土壤无机碳也存在很大的空间变异，主要来源于珊瑚礁；在全国区域尺度上红树林土壤和植被的碳密度都主要受气候和地理环境类型调控；在全球尺度上天然红树林植被固碳速率主要受气候调控，而人工红树林植被固碳速率主要取决于树种组成和栽植密度。项目研究结果为建立不同尺度红树林碳循环模型提供理论依据和必要参数，同时有助于预测环境变化下红树林碳库动态和固碳潜力，也为研发红树林固碳增汇的技术手段和管理措施提供理论指导。