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《中国科学院烟台海岸带研究所揭示湿地碳汇功能的水位响应阈值及其调控机制》

  • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者： 熊萍
  • 发布时间：2025-07-07

  • 湿地生态系统是重要的陆地碳汇，其独特的水文和生物过程在缓解气候变化中发挥着不可替代的作用。然而，受气候变化与人类干扰影响，湿地水文过程发生显著变化，水位波动对碳汇功能的影响机制亟待深入研究。近日，中国科学院烟台海岸带研究所滨海湿地演变机制与生态修复研究组（韩广轩研究团队）依托中国科学院黄河三角洲滨海湿地生态试验站，构建了连续水位梯度的野外原位控制实验平台，系统开展了生态系统CO?交换、土壤理化性质与植被功能性状的长期观测研究，识别出湿地碳汇功能对水位变化的响应阈值位于土壤-空气界面（-20 cm至0 cm之间），并揭示了该阈值的形成机制源于水位诱导的土壤-植被反馈过程。

    该研究设计包括地下100 cm至地表以上40 cm的六个水位梯度（-100 cm、-60 cm、-20 cm、0 cm、+20 cm、+40 cm），全面模拟湿地不同水文条件下的生态响应。长期监测发现，生态系统净CO?交换（NEE）对水位变化呈非线性响应，并在-20 cm至0 cm之间出现明显阈值。水位升高至地表以上时，生态系统碳汇功能显著增强。

    此外，研究通过结构方程模型与随机森林进一步分析，明确了水位调控碳汇功能的双路径机制：水位低于地表阶段，土壤盐分和含水量等因素主导植被生长和碳汇过程；水位高于地表阶段，植株高度和覆盖度等植被性状成为驱动碳汇的核心变量。研究同时指出，水位变化引发植被群落优势种发生转换，由耐旱性强的一年生低冠层植物（如Suaeda glauca）向多年生高冠层植物（如Phragmites australis）演替，从而驱动生态系统总初级生产力（GPP）、生态系统呼吸（Reco）及生态系统净CO?交换（NEE）的整体跃迁。

    该研究通过野外原位控制实验，证实了湿地碳汇功能存在水位阈值，并深入阐释了其生态调控机制，有效填补了以往依赖模型模拟或全球综述分析的实证空白。研究成果不仅深化了对湿地生态-水文耦合机制的理解，也为未来湿地碳汇功能的模拟预测与水位管理策略提供了理论依据与实证支撑。

    相关成果以“Thresholds of wetland carbon sink regulation by water level”为题发表于国际期刊《Environmental Science & Technology》。文章第一作者为烟台海岸带所2021级硕士研究生王炼京，共同通讯作者为烟台海岸带所韩广轩研究员和复旦大学聂明教授。该研究得到了国家自然科学基金项目、国家重点研发计划、中国科学院国际大科学计划项目以及山东省青年基金的资助。

    成果信息：

    Wang Lianjing,Zhao Mingliang,Nie Ming*,Adina Paytan,Isaac R. Santos,Wang Xiaojie,Cao Qixue,Song Weimin,Chu Xiaojing,Han Guangxuan*. 2025. Thresholds of Wetland Carbon Sink Regulation by Water Level. Environmental Science & Technology. https://doi.org/10.1021/acs.est.5c03410


  • 原文来源：https://yic.cas.cn/xwzx/kydt/202507/t20250701_7877732.html
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  • 《烟台海岸带所揭示降雨对滨海湿地碳交换影响的新机制》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
    • 发布时间：2018-04-08
    • 滨海湿地富含土壤有机碳，同时其土壤有机质分解率和甲烷生成率较低，并且能够捕获和掩埋大量有机碳。因此，滨海湿地被认为是全球重要的碳汇，也是全球“蓝碳”资源的重要贡献者。在全球变暖背景下，降雨分配导致的干旱或者季节性积水会通过改变土壤及大气湿度环境，调控植被生理代谢过程，最终影响滨海湿地的蓝碳功能。另外，由于受浅层地下水位的影响，即使没有降水，滨海湿地土壤水分也相对较高。当降水发生时，土壤可能会迅速饱和，导致缺氧条件，减少土壤有机碳分解。因此，准确量化湿地碳交换过程对降水事件的响应，对于理解其碳平衡动态和碳汇功能至关重要。 　　近日，依托中国科学院黄河三角洲滨海湿地生态试验站，基于连续4年的土壤呼吸自动化监测数据，中国科学院烟台海岸带研究所韩广轩研究组揭示了降雨脉冲对滨海湿地土壤碳排放的影响机制。研究表明，即使小的降雨事件也会通过增加土壤水分而迅速降低土壤呼吸。降雨发生后，土壤呼吸与土壤水分呈显著负相关；降水后土壤呼吸的变化量与土壤水分的变化量有关。此外，即使在缺氧条件下，大量硫酸盐和高盐度的存在抑制了滨海湿地CH4的产生和排放。因此，降水事件可通过增加滨海湿地土壤水分和诱发土壤缺氧条件，限制根系和微生物的氧利用度和生物活性，抑制土壤有机碳分解。当前黄河三角洲降水减少和气温上升的暖干化趋势，可能会加速土壤有机碳分解，从而降低滨海湿地的蓝碳功能。相关研究成果以Precipitation events reduce soil respiration in a coastal wetland based on four-year continuous field measurements为题，在线发表在Agricultural and Forest Meteorology上。 　　另外，基于涡度相关连续观测数据，韩广轩研究组还探究了降雨季节性分配对滨海湿地净生态系统CO2交换（NEE）的影响机制。研究发现，在植被快速生长期，由于降雨少，蒸发量大，干旱导致的盐胁迫降低植被的光合强度，对NEE产生抑制作用；在植被生长中期，受降雨以及浅地下水位影响，强降雨导致的淹水胁迫降低植被光合作用和自养呼吸，最终对NEE产生抑制作用。该研究揭示了降雨分配对黄河三角洲滨海湿地碳源汇功能的双重影响机制，并为预测未来极端降雨事件对湿地碳收支的影响及其反馈机制提供数据支持和理论依据。相关研究成果发表以Dual effect of precipitation redistribution on net ecosystem CO2 exchange of a coastal wetland in the Yellow River Delta为题，发表在Agricultural and Forest Meteorology上。 　　该研究得到了国家自然科学基金项目、中国科学院科技服务网络计划（STS）项目和研究所自主部署项目的资助。 　　论文链接： 　　1：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168192318301011 2：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168192317303635
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  • 《中国科学院烟台海岸带研究所在滨海湿地土壤碳库对气候变化响应研究方面取得新进展》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
    • 发布时间：2023-02-13
    • 滨海湿地的蓝碳功能和增碳潜力已成为缓解全球气候变化的长期解决方案之一，也是我国实现“双碳”目标的基于自然的重要解决方案。同时，滨海湿地也是气候变化的敏感区，气温升高、降水变异、大气氮沉降等环境变化决定着滨海湿地的蓝碳功能及其变化趋势。近期，中国科学院烟台海岸带研究所韩广轩团队依托中国科学院黄河三角洲滨海湿地生态试验站，基于长期野外定位观测和原位控制试验，在滨海湿地土壤碳库对气候变化响应研究方面取得系列进展。 基于6年（2016-2021）的降雨量梯度变化控制实验平台发现，土壤呼吸年均值随着降雨梯度呈指数增加，同时土壤呼吸对降雨处理的敏感性（以降雨处理下每100毫米的降雨变化为标准）表现出显著的年际变化。在气温、净辐射和环境降雨等所有的环境气候中，土壤呼吸对降雨处理敏感性的年际变化只与环境降雨的年际变化有联系，两者呈显著的负相关关系。此外，环境降雨量决定了滨海湿地对降雨处理的敏感性，未来放大的降雨年际变化可能会调节土壤呼吸对气候变化的敏感性。这些发现表明随着野外控制实验处理年份的增加，环境气候的变化可能会对实验梯度处理效应产生影响（Li et al. 2023, Global Change Biology），因此长期野外控制试验平台要关注环境气候的变化对控制实验处理效应的调节作用。 依托野外原位淹水深度控制试验平台（0、5、10、20、30和40cm淹水深度），通过滨海湿地土壤CH4排放、总生态系统CH4排放、净生态系统CO2交换和植物性状等长期定位监测，揭示了淹水深度对植物介导的CH4排放的影响。研究发现淹水深度减少了土壤CH4排放，但增加了总生态系统CH4排放。在不同淹水深度条件下，植物介导的CH4排放占总生态系统CH4排放的99%。另外，淹水深度（0至20cm）强烈的刺激了植物介导的CH4排放。一方面，增加的净生态系统CO2交换促进了植物介导的CH4产生，这可能是因为来自光合输入的碳为产甲烷菌提供了能量和碳源。另一方面，植物高度与植物介导的CH4排放显著相关，这表明植物性状在CH4传输过程中起着重要作用（Zhao et al. 2023, Functional Ecology）。该研究强调了水文状况和植物性状在未来预测湿地生态系统CH4排放中的重要性。 依托建于2012年的大气氮沉降野外控制试验平台，基于土壤异养呼吸和自养呼吸、土壤性质、微生物活性和植物生长等指标测定，发现长期的氮输入使土壤呼吸速率提高了26.6±1.2%。土壤微生物生物量碳增加了4倍，使得异养呼吸速率提高了26.9±1.2%。此外，氮输入促进了植物生长，使地上部生物量增加了28.7±6.9%，同时产生了冷却效应（cooling effect），部分抵消了自养呼吸的增加。研究表明，结合土壤环境条件和植物生长之间的相互作用，氮输入通过增加土壤微生物量碳来促进滨海湿地的土壤呼吸（Qu et al. 2023, Soil Biology and Biochemistry）。 在深入分析蓝碳增汇（特别是土壤碳汇）技术和途径国际发展态势的基础上，结合长期定位监测和技术研发工作，提出了海岸带生态系统蓝碳增汇理念（韩广轩等. 2023, 中国科学院院刊），重点围绕土壤碳减排技术、植物固碳增汇技术、土壤微生物固碳技术、碳沉积埋藏技术这4个关键技术，探索海岸带蓝碳增汇技术体系与途径。建议未来应从研发海岸带蓝碳增汇技术、实现生态保护修复与固碳增汇协同增效、加强固碳增汇技术的监测与评估、建立海岸带蓝碳碳汇发展的长效管理机制等方面，加快前瞻布局和系统研究，为制定海岸带蓝碳增汇途径和提升碳汇功能提供理论和技术支持，在增加生态碳汇能力和实现碳达峰碳中和目标中发挥积极作用。 相关成果发表在Global Change Biology、Functional Ecology、Soil Biology and Biochemistry、《中国科学院院刊》上。研究得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项、中国科学院国际大科学计划培育专项的资助。 论文信息： 1. Li, X., Hou, Y., Chu, X., Zhao, M., Wei, S., Song, W., Li, P., Wang, X., Han, G.* (2023). Ambient precipitation determines the sensitivity of soil respiration to precipitation treatments in a marsh. Global Change Biology, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.16581 2. Zhao, M., Li, P., Song, W., Chu, X., Eller, F., Wang, X., Liu, J.*, Xiao, L., Wei, S., Li, X., & Han, G. *(2023). Inundation depth stimulates plant-mediated CH4 emissions by increasing ecosystem carbon uptake and plant height in an estuarine wetland. Functional Ecology, 00, 1–15. https://doi.org/10.1111/1365-2435.14258 3. Qu, W., Xie, B., Hua, H., Bohrer, G., Penuelas, J., Wu, C.*, & Han, G.* (2023). Long-term nitrogen enrichment accelerates soil respiration by boosting microbial biomass in coastal wetlands. Soil Biology and Biochemistry, 175, 108864. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2022.108864 4. 韩广轩*, 宋维民, 李远, 肖雷雷, 赵明亮, 初小静, 谢宝华. 海岸带蓝碳增汇：理念、技术与未来建议. 中国科学院院刊, 2022, doi: 10.16418/j.issn.1000-3045. 20220619001.
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