辽河三角洲河口湿地生态系统净初级生产力特征及植被固碳潜力

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湿地生态系统固碳潜力是全球碳循环研究的重要内容,然而对河口湿地的固碳潜力因素仍缺乏共识,对不同因素潜力大小缺乏定量的评估。因此,研究河口湿地净初级生产力形成过程及影响因素,评估河口湿地的固碳潜力,对研究湿地生态系统碳循环,为发挥和提高湿地生态系统的固碳能力具有重要的参考意义。鉴于此,本文以辽河三角洲河口湿地为研究区,采用基于遥感的光能利用率CASA模型估算了湿地的净初级生产力;分析了净初级生产力的空间分布特征及影响因素;探讨了气候及人工灌溉对湿地净初级生产力的影响;估算了未来气候变化情景下湿地植被的固碳潜力,得到了以下主要结论:  (1)辽河三角洲河口湿地净初级生产力大致呈现以芦苇沼泽为中心,向外围降低的半环形空间分布格局,这是由水分和盐度条件所形成的植被格局决定的。不同植被间的净初级生产力的差异是由植被对光合有效辐射的吸收效率和叶绿素对辐射能的转化率共同决定的,以光能转化率的贡献占主导。  土壤水分和盐度对芦苇沼泽净初级生产力有重要影响,净初级生产力与土壤含水量呈指数关系,而且在高盐度的环境中,含水量对净初级生产力的影响要小于低盐度环境。净初级生产力与盐度呈抛物线变化关系。  (2)湿地净初级生产力呈现单峰曲线季节变化模式。7月和8月净初级生产力最高,两月碳固定量占全年的一半以上。气温和降水量对生产力季节变化都具有重要的影响,以芦苇沼泽与气温和降水量的关系最为密切。草甸、林地和芦苇净初级生产力与温度的关系要强于降水量,水田与降水量的关系要强于温度,而降水量和温度与旱地的关系相当,差异不明显。  近10余年来辽河三角洲河口湿地净初级生产力总体上在波动中呈不显著的下降趋势。气候变化通过影响植被光合生理参数影响净初级初级生产力的年际变化。4月和5月气温和降水量主要通过影响光能转化率来影响生产力的年际波动,并且降水量的影响要大于气温的影响。6月和7月生产力受气温的影响较小,但7月受降水量的影响却较明显。8月生产力的年际变化主要受光能转化率和总辐射的影响,而9月则主要是由光能转化率和光合有效辐射吸收分量的共同影响,降水量也是通过影响光能转化率影响净初级生产力的年际波动,而气温的影响较小。  (3)人工灌溉提高了芦苇沼泽的净初级生产力,净初级生产力与灌溉深度呈对数关系,与耗水量呈抛物线变化关系,最适耗水量约为900mm,对应的最佳灌溉深度约为650mm。  (4)在未来气候情景下,随着湿地的演替,通过人工灌溉,芦苇群落的固碳能力将会大大增强。其中,潮滩面积扩大使翅碱蓬群落扩张每年可递增净初级生产力53.18~70.91MgC,由滩涂转变为芦苇沼泽每年可递增净初级生产力70.32 MgC,通过芦苇、獐毛草甸演替为芦苇沼泽每年可增加净初级生产力17.2GgC,通过人工灌溉,四大苇场的净初级生产力每年可增加0.47~0.54TgC。到2030年,芦苇群落的净初级生产力可达到1.33~1.49TgCy-1,新增净初级生产力0.58~0.66TgCy-1。到2050年,芦苇群落的净初级生产力可达到1.36~1.51TgCy-1,新增净初级生产力0.61~0.68TgCy-1。到2100年,芦苇群落的净初级生产力可达到1.43~1.6TgCy-1,新增净初级生产力0.68~0.77TgCy-1,在新增潜力中,人工灌溉苇田可提高芦苇湿地固碳潜力70%以上,占新增潜力的80%以上。
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