海平面上升情景下闽江口半咸水湿地土壤有机碳库保持机制

The sequestration and retention of soil carbon in estuarine wetlands have strong implications to the maintenance of primary productivity and mitigation of global warming. Numerous studies have reported the impacts of sea level rise on the carbon sink-source function of estuarine wetland ecosystems, but little has been done regarding soil carbon pool retention and its mechanisms. Through in situ field simulation and laboratory incubation experiments, as well as the use of 13C-NMR, molecular biology and other related techniques, this project attempts to characterize the influence of increasing salinity and flooding as a result of rising sea level on soil carbon retention of different soil layers in the brackish wetland of Min River estuary in the southeastern of China, and the associated mechanisms, and differentiate the relative contributions of physical carbon sequestration by aggregates, chemical carbon sequestration by iron/aluminum minerals, structural transformation and stabilization of organic carbon molecules, and microbial activities to the overall soil carbon pool retention in different soil layers over multiple time scales. The results of this research will help improve our mechanistic understanding of the influence of sea level rise on soil carbon sequestration in estuarine wetlands, support the development and refinement of carbon cycle theories in Chinese wetland soils, and optimize the management and conservation of wetland ecosystems for maintaining regional ecological security.

河口湿地土壤碳固定与保持在维持湿地初级生产力与减缓全球气候变暖中具有重要意义。近年来，海平面上升对河口湿地生态系统碳源汇功能的影响已有一些报道，但对土壤碳库保持及其机制的影响研究仍十分薄弱。本项目以我国东南沿海闽江口半咸水湿地为研究对象，通过野外原位模拟与室内培养实验，借助13C-NMR技术、分子生物学技术等多种技术手段和分析方法，揭示海平面上升引起的盐度和淹水程度增加对河口湿地不同土层碳保持的影响与机制，辨析不同时间轴上团聚体物理固碳、铁/铝矿物化学固碳、有机碳分子结构转化与稳定以及微生物作用在不同土层碳保持中的贡献，以期从过程和机理上阐明海平面上升对河口湿地土壤碳汇功能的影响。为科学预测海平面上升情景下河口湿地碳汇功能的演变趋势，为发展和完善我国湿地碳循环理论奠定科学积累，并进一步为实现湿地生态系统的优化管理和合理保护以及维护区域生态安全等国家和区域重大需求提供科学依据。

河口湿地土壤碳固持在维持湿地初级生产力与减缓全球气候变暖中具有重要意义。本项目以我国东南沿海闽江河口湿地为研究对象，通过野外模拟与室内实验，借助多种技术手段与分析方法，揭示海平面上升引起的盐度和淹水程度增加对河口湿地土壤碳保持的影响与机制。研究结果表明：（1）海平面上升背景下，盐度增加提高了SOC含量，不同土层SOC含量表现为从表层向深层递减，春夏季节高于秋冬季节；SOCS与SOC含量变化特征较一致。土壤DOC含量的时空变化表现为春夏季节高于秋冬季节，且由表层向深层递减，盐度增加降低了土壤DOC含量。土壤MBC含量变化表现为秋冬季高于春夏季节，不同土层土壤MBC含量差异不大。土壤LOC含量变化表现为从表层向深层递减，海平面上升引起的盐度和淹水增加整体上提高了土壤LOC含量，不同季节间无显著差异。（2）海平面上升背景下，土壤团聚体均以粉+黏团聚体（＜0.053mm）为主，其次为微团聚体（0.053-0.25mm），大团聚体（＞0.25mm）占比最小。土壤团聚体固碳量变化与团聚体不同粒级分布特征变化规律基本一致，不同处理土壤固碳量均以粉+黏团聚体为主，固碳量占比在65.85~83.95%，其次为微团聚体，固碳量占比在8.59~25.4%，大团聚体固碳量占比为6.47~12.01%；海平面上升降低了土壤团聚体稳定性。土壤Ca-SOC与Fe(Al)-SOC含量变化规律较为一致，海平面上升降低了二者的含量，且由表层向深层递减。土壤残渣碳含量同样为表层向深层递减，不同处理SOC与残渣碳SOC的拟合程度最高，其次为Fe(Al)-SOC。海平面上升提高了土壤细菌和真菌群落的多样性和丰富度，但细菌与真菌群落结构具有相似性，不同深度间差异显著；土壤理化特征及养分特征与土壤微生物的相对丰度均具有相关性，彼此互相影响，海平面上升不同程度的改变了土壤环境特征，相应的改变了土壤微生物菌属的丰度。以上成果为科学预测海平面上升情景下河口湿地碳汇功能的演变趋势，进一步实现湿地生态系统的合理保护以及维护区域生态安全等国家和区域重大需求提供科学依据。