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(huán)加強，降雨變異如降雨量、降雨頻率和季節(jié)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(tài)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(tài)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(tài)系統(tǒng)碳水交換以及土壤有機碳穩(wěn)定性對降雨變化響應研究中取得進展。相關研究成果發(fā)表在《環(huán)境管理雜志》（Journal of Environmental?Management）、《功能生態(tài)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(xù)五年的觀測發(fā)現(xiàn)，降雨量通過改變土壤鹽分進而影響植物的優(yōu)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(yōu)勢物種變化驅動。濕地物種的優(yōu)勢度存在年際變化：隨著時間推移，一些物種如蘆葦保持穩(wěn)定，但先鋒植物優(yōu)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(yōu)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?yōu)榘〉囊荒晟参锖碗s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(tài)變化狀況以及制定適應未來降水變化的生態(tài)管理策略提供了理論依據。
該研究基于降雨季節(jié)分配控制試驗平臺連續(xù)四年的觀測發(fā)現(xiàn)，季節(jié)降雨分配通過調節(jié)春季土壤水鹽動態(tài)驅動年尺度上鹽沼濕地生態(tài)系統(tǒng)CO2-H2O交換。在這一過程中，年尺度上的生態(tài)系統(tǒng)凈CO2交換、蒸發(fā)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(fā)現(xiàn)，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(tài)系統(tǒng)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(fā)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(jié)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(wěn)定性和碳收支具有重要影響。
研究工作得到國家重點研發(fā)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。
干旱季和濕潤季降雨頻率對土壤碳礦化的影響機制
