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《中国科学院烟台海岸带所“海岸带生态修复与蓝碳增汇”研究组群在滨海湿地蓝碳关键过程和机制中取得系列进展》

  • 来源专题：深海资源开发
  • 编译者： 徐冰烨
  • 发布时间：2025-02-24

  • 海岸带生态系统保护修复与固碳增汇协同增效是缓解气候变化的长期解决方案和全球战略之一。然而，我国海岸带蓝碳研究尚处于初级阶段，缺乏经济有效的增汇技术及效果评估手段，难以满足国家碳中和重大战略和相关领域发展的需要。结合研究所“十四五”规划布局，中国科学院烟台海岸带研究所自主部署“海岸带生态修复与蓝碳增汇”研究组群，旨在通过学科交叉融合，凝练关键科学问题，以期在海岸带生态系统修复技术和碳汇理论上形成系统性和标志性成果，目前在滨海湿地蓝碳研究方面已取得以下系列进展。

    1.?揭示植被类型对海岸带碳汇能力的影响机制

    依托中国科学院黄河三角洲滨海湿地生态试验站，基于陆海过渡区典型植被(潮汐湿地、非潮汐湿地和农田)12年连续监测数据，解析了植被类型对海岸带地区年际碳汇强度的影响程度及其机制。基于长期NEE监测数据对最大净碳吸收率(MCU)、最大净碳释放率(MCR)、碳吸收期(CUP)、碳吸收系数(α)和碳释放系数(β)等五个生物因子的计算，探究了植被类型对海岸带地区碳汇能力的影响，研究了影响海岸带地区碳汇强度的生物调控机制。基于包含三种植被类型的全球涡度数据库对五个生物因子的计算，进一步验证了生物控制因素对三种植被类型年际NEE影响的全球一致性。

    2.?揭示降雨变化对滨海湿地碳循环的影响机制

    依托中国科学院黄河三角洲滨海湿地生态试验站，研究人员基于长期野外控制和模拟试验，在滨海湿地植物群落组成、生态系统碳水交换和土壤有机碳稳定性对降雨变化响应研究中取得了重要进展。发现，降雨量通过改变土壤盐分进而影响植物的优势物种和功能群分布，季节降雨分配通过调节春季土壤水盐动态驱动年尺度上盐沼湿地生态系统CO2-H2O交换，通过模拟黄河三角洲两个季节(干旱季和湿润季)降雨频率(高频率降雨、中频率降雨和低频率降雨)对土壤碳矿化CO2和CH4排放的影响，认为未来气候变化背景下，降雨频率向大降雨事件增加的趋势转变将会放大表层土壤水盐变化。

    3.?揭示中国海岸带土壤蓝碳分子组成特征及影响因素

    基于中国大陆海岸带蓝碳生态系统样品库，核磁共振(NMR)光谱和分子混合模型分析表明，脂质在蓝碳生态系统中的丰度最高，分别占红树林、盐沼和海草土壤有机碳(SOC)的38.9 ± 2.6%、34.0 ± 2.4%和33.4 ± 8.9%。作为来自植物源的SOC的重要贡献者，木质素似乎被选择性地保留在颗粒态有机碳(POC)组分中，表现出与POC和内源碳之间的正相关性。这种选择性保存可能源于木质素生物聚合体的难降解性。相比之下，脂类主要存在于矿物结合态有机碳(MAOC)组分，表现出与POC的负相关关系，并且在盐度升高以及陆地影响减弱时具有增加的趋势。脂类与矿物结合及其在向海输送下的降解抑制性可能有助于脂类的保存。

    4.?揭示海岸带底栖生物扰动增强温室气体排放

    选取中国海岸带光滩、盐沼、红树林和潮沟4种典型的招潮蟹栖息地，设置了53对采样点，对超过1000个招潮蟹洞穴沉积物和临近沉积物基质展开比对调查。发现，招潮蟹洞穴沉积物的重组分有机碳(HFOC)相比轻组分有机碳(LFOC)具有更高富集比例，而招潮蟹穴居对腐殖质成分的影响相对复杂，在盐沼和潮沟，洞穴沉积物的胡敏素含量高于基质，在光滩和红树林中相反。相较于沉积物基质，招潮蟹洞穴沉积物CO2、CH4和N2O排放速率率分别提高23%、120%和30%，其中CO2排放量增加了17%-30%，CH4增加了49%-141%。

    5.?新建碳汇科研平台

    为探究海平面上升对盐沼湿地植物生长以及生态系统碳循环过程影响机制，中国科学院黄河三角洲滨海湿地生态试验站新建成大型海平面上升模拟控制试验平台。本平台可综合环境要素观测、土壤理化性质分析、微生物群落结构分析、原位模拟示踪、实验室培养、碳组分和来源解析、模型模拟构建等方法手段，将大尺度环境过程与微观尺度微生物过程合理结合，深入解析海平面上升对土壤有机碳物理和化学组分的影响，同时揭示海平面上升对滨海湿地碳汇稳定性调控的关键因素。

    6.?研发蓝碳增汇技术并开展示范

    在黄河三角洲选取典型区域开展了滨海盐沼湿地生态修复与增汇技术的研发与示范，示范区面积约500亩。滨海盐沼生态修复包括生境修复和植物修复。生境修复包括潮滩疏浚与滩面抬升等，旨在提升盐沼湿地水文连通性，改善土壤水盐状况，使其适用于乡土植物生长。植物修复选择了乡土植物盐地碱蓬，主要开展不同播种技术的研发与示范，抑制潮水对种子的冲刷，提升种子在潮滩留存的比例。示范区开展网格式调查，总共设置56个调查点，定期调查盐地碱蓬幼苗密度、芽长、株高等指标。生长季初期，修复区最大盐地碱蓬幼苗密度为1144株/m2，平均密度为157株/m2。整个生长季，修复区最大盐地碱蓬幼苗密度为424株/m2，平均密度为105株/m2，平均株高19.11 cm，平均叶片数55，平均冠幅8 cm。目前已完成碱蓬生长周期的密度监测与评估。

    7.?牵头制定了山东省地方标准《滨海湿地互花米草物理治理技术规范》

    2024年9月3日，山东省海洋局组织实施、中国科学院烟台海岸带研究所牵头编制的《滨海湿地互花米草物理治理技术规范》由山东省市场监督管理局正式发布。该标准规定了互花米草物理治理的技术要求，包括治理目标与原则、治理工作流程、现状调查、分区治理、效果评估和巡查防范等。这是我国正式发布的第二个互花米草治理技术标准。该标准是编制单位多年来针对互花米草生物学特征、生境特征、入侵机制、治理技术和工程实践的研究成果结晶，建立了适宜不同生境的互花米草治理关键技术体系，技术措施适用于滩涂、河口、沟渠等滨海湿地互花米草的治理，并已在山东、天津、福建、浙江等省市得到大面积推广应用，为我国互花米草防治工作提供了强有力的技术支撑。


  • 原文来源：http://www.hycfw.com/Article/237063
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    • 编译者：熊萍
    • 发布时间：2025-02-07
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    • 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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