煙臺海岸帶所在降雨變化對濱海濕地碳循環影響機制研究方面獲進展

濱海濕地富含土壤有機碳，被認為是全球重要的碳匯，也是全球藍碳資源的重要貢獻者。全球氣候變化模型預測，全球變暖導致水文循環加強，降雨變異如降雨量、降雨頻率和季節性等變異概率增加。濱海濕地具有咸且淺的地下水位特征。濱海濕地干濕交替的水文條件使得濕地植被對土壤水鹽動態較為敏感。而降雨變異通過改變土壤水鹽條件，調控植被生長、土壤微生物活性和碳分解速率，進而影響濱海濕地的藍碳功能。

近日，依托中國科學院黃河三角洲濱海濕地生態試驗站，中國科學院煙臺海岸帶研究所濱海濕地研究團隊基于長期野外控制和模擬試驗，在濱海濕地植物群落組成、生態系統碳水交換以及土壤有機碳穩定性對降雨變化響應研究中取得進展。相關研究成果發表在《環境管理雜志》（Journal of Environmental?Management）、《功能生態學》（Functional Ecology）、《土壤生物學與生物化學》（Soil Biology and Biochemistry）上。

該研究基于降雨量變化控制試驗平臺連續五年的觀測發現，降雨量通過改變土壤鹽分進而影響植物的優勢物種和功能群分布。研究顯示，降水增加促進植物群落高度，但對群落密度有負面影響，并在年際變化中波動較大。同時，結果顯示，降水變化的物種組成差異由濕地優勢物種變化驅動。濕地物種的優勢度存在年際變化：隨著時間推移，一些物種如蘆葦保持穩定，但先鋒植物優勢種堿蓬逐漸減少甚至消失。進而，降水變化主要通過影響土壤鹽分來改變優勢物種組成和功能群。降水減少引起的鹽分脅迫使物種組成從株高較高的多年生植物和禾本科植物為主轉變為矮小的一年生植物和雜草，且物種豐富度下降。相反，降水量增加所致的土壤脫鹽增加了物種豐富度，且多年生植物和禾本科植物有所增加。這為預測植被動態變化狀況以及制定適應未來降水變化的生態管理策略提供了理論依據。

該研究基于降雨季節分配控制試驗平臺連續四年的觀測發現，季節降雨分配通過調節春季土壤水鹽動態驅動年尺度上鹽沼濕地生態系統CO₂-H₂O交換。在這一過程中，年尺度上的生態系統凈CO₂交換、蒸發散、碳利用效率和水分利用效率，對春季降雨分配減少與夏秋季降雨分配增加更敏感。分析發現，春季干旱通過加劇土壤鹽堿化，抑制植被定植和生長，而夏季淹水因增加植被的淹水脅迫抑制植被的光合固碳能力，從而削弱年尺度上鹽沼濕地生態系統CO₂-H₂O交換能力。因此，在全球氣候變化背景下，未來春季干旱誘發的土壤水鹽條件將對鹽沼濕地CO₂-H₂O交換產生重要影響。

該團隊基于降雨改變模擬控制實驗平臺，模擬黃河三角洲干旱季和濕潤季的降雨頻率即高頻率降雨、中頻率降雨和低頻率降雨對土壤碳礦化CO₂和CH₄排放的影響。在干旱季，降雨頻率減少降低了土壤CO₂和CH₄通量，這可能與微生物活性和多樣性以及土壤水分和鹽分等理化性質的變化相關。在濕潤季，降雨頻率處理對土壤碳礦化無顯著影響，這可能是由于降雨前較高的土壤水分減弱了降雨處理對這些指標的影響。因此，該河口鹽沼土壤碳礦化損失對降雨頻率變化的響應具有季節依賴性。在未來氣候變化的背景下，降雨頻率向大降雨事件增加的趨勢轉變將放大表層土壤水鹽變化，這對濱海濕地土壤碳穩定性和碳收支具有重要影響。

研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金和中國科學院國際科學伙伴計劃等的支持。

論文鏈接：1、2、3