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由于滨海湿地具有显著的碳(C)汇功能,同时储藏着大量的氮(N)素,因此,在调节全球气候变化中起重要的作用。然而,随着经济的发展、人口的增多以及粮食需求不断增长。近一个世纪以来,土地利用/覆被变化(Land-use/landcover Change,LULCC)使得大量的滨海湿地被围垦开发成建设用地和农业用地,造成滨海湿地的面积及其生态功能的大幅丧失。一般来说,土地利用/覆被变化会造成原来生态系统的碳和氮损失,并以含碳和含氮温室气体(GHG)的形式排放释放到大气当中,目前土地利用/覆被变化已成为全球第二大人为温室气体排放源。因此,滨海湿地的土地利用/覆被变化势必会对滨海湿地碳和氮组分产生深刻的影响。土地利用/覆被变化后,会显著改变原来的环境条件,并且由于各土地类型之间的田间管理措施存在差异,生态系统中碳和氮组分动态对不同土地类型转化的响应也存在差异。因此,本研究以滨海湿地及其转化的土地类型(如:围垦/恢复湿地、农田、养殖塘和牧场等)作为研究对象,结合野外观测和Meta分析等实验方法,研究了土地利用/覆被变化对土壤碳、氮组分的含量和储量、地表水碳、氮组分浓度和温室气体排放通量的影响,并且分析土地利用/覆被变化后各环境因子对生态系统碳和氮组分的相对影响力及潜在机制。本研究的主要结果如下:(1)通过对全球的178个观测点的Meta分析,对比分析了滨海湿地及其转化的围垦/恢复湿地(主要为围垦湿地和恢复湿地)、农田、牧场和养殖塘的土壤总碳(STC)、土壤有机碳(SOC)和土壤总氮(STN)含量和储量(0~30 cm深度),以及相关的环境因子。结果表明,滨海湿地转化为农田和养殖塘后,STC含量、SOC储量和STN储量减少了20.0%~69.5%,表明土地利用/覆被变化会导致土壤碳和氮损失。而转化为牧场和围垦/恢复湿地对土壤碳和氮储量影响并不显著。根据0~30 cm土壤深度SOC储量的变化量估算出农田、养殖塘和围垦/恢复湿地的年均潜在CO2排放量分别为15.04±1.40、9.21±0.36和-3.52±0.55 Mg CO2e ha-1 yr-1(Mean±SE),表明滨海湿地转化为农田和养殖塘会促进二氧化碳(CO2)的排放。滨海湿地的土地利用/覆被变化过程中,NH4+-N含量、容重、含水率和电导率是影响土壤碳和氮动态的主要影响因子,结果表明土壤矿化作用是影响土壤碳、氮动态的主要因素。(2)进一步的,在我国海岸带中选取了9个研究样点进行野外观测,对比分析了滨海湿地及其转化的围垦湿地、水田、旱田和养殖塘土壤有机、无机和活性碳和氮组分含量和储量(0~30 cm深度)以及生态系统碳和氮储量。结果表明,滨海湿地的土地利用/覆被变化会显著降低植物生物量和土壤电导率,但显著增加容重、粒径和土壤磷含量。土地利用/覆被变化后,土壤STC含量、SOC含量与储量、STN含量和储量、生态系统碳和氮储量和易氧化有机碳/土壤有机碳比值(EOC/SOC)显著减少了3.0%~41.2%,但土壤无机碳(SIC)含量与储量、NO3--N含量和土壤中活性有机碳和氮比值(微生物量碳/土壤有机碳[MBC/SOC]、溶解性有机碳/土壤有机碳[DOC/SOC]、微生物量氮/土壤总氮[MBN/STN]、溶解性有机氮/土壤总氮[DON/STN])显著增加了0.9~80.3%。本研究发现,土地利用/覆被变化会增加0~30 cm土壤深度活性有机碳和氮的比重,从而增加生态系统碳和氮的损失潜力。土壤粒径、土壤含水率和土壤电导率、总磷含量和围垦时间是影响土壤碳和氮组分动态的主要环境因子。整体上,土地利用/覆被变化主要通过减少植物生物量、增加土壤碳、氮的矿化作用和周转速率来改变滨海湿地土壤碳、氮组分。此外,水田和养殖塘的生态系统碳储量与围垦时间呈显著性负相关,而旱田与水田的生态系统N储量则与围垦时间呈显著性正相关。(3)对比分析了自然潮沟和围堰潮沟水体溶解性碳组分(DOC、溶解性无机碳[DIC]、CO2、甲烷[CH4])、颗粒性碳组分(颗粒性有机碳[POC]、颗粒性无机碳[PIC])、溶解性氮组分(NH4+-N、NO2--N、NO3--N、溶解性有机氮[DON]、氧化亚氮[N2O])、颗粒性氮组分(PN)浓度以及溶解性温室气体(CO2、CH4和N2O)扩散通量,并同步观测了相关环境因子。相比于自然潮沟,围堰潮沟水体中DOC、DIC、CO2、CH4和POC浓度显著增加了60.15%~288.25%,而NH4+-N、NO2--N和PN的浓度显著增加了121.5%~274.9%。此外,围堰后会显著增加水体中有机碳和有机氮组分的比重。由于围堰潮沟的CO2和CH4扩散通量显著高于自然潮沟,其综合全球增温潜势显著增加了11.22倍。流速、水体盐度、Chla、水体p H以及土壤碳和氮含量是影响潮沟水体碳和氮组分浓度以及温室气体排放的主要因素,并且藻类的生长具有较大影响力。由于潮汐作用被阻隔,围堰潮沟的横向碳和氮通量分别显著减少了75.1%和99.9%。(4)结合全球的Meta分析和野外观测数据,对比分析了滨海湿地及其转化的围垦/恢复湿地、农田和养殖塘的CO2、CH4和N2O通量以及相关的环境因子。全球数据的统计结果表明,滨海湿地是大气中CO2的汇,是CH4和N2O的排放源,其综合全球增温潜势(GWP)为-0.86±3.92 t CO2-eq ha-1 yr-1,具有缓和全球温室效应的作用。而土地利用/覆被变化后,由于农田和养殖塘的呼吸作用(ER)的大幅增加而初级生产总值(GPP)小幅变化,CO2排放量显著增加了242.2%和69.7%,而围垦/恢复湿地(主要为围垦湿地和恢复湿地)增强了CO2吸收能力。此外,与滨海湿地相比,围垦/恢复湿地和养殖塘的CH4排放通量以及农田的N2O排放通量显著增加。转化后,各土地类型综合全球增温潜势分别增长了7.8~29.5倍,增强了区域的温室效应。相关因子分析结果表明,土壤含水率、水位、土壤盐度、土壤N含量、土壤p H和容重是影响温室气体通量的主要因子,表明土地利用/覆被变化会增强土壤碳和氮的矿化分解能力,并以温室气体形式释放到大气中。总的来说,滨海湿地的土地利用/覆被变化通过改变各土地类型的水文条件、植被生长、土壤理化性质和土壤中微生物活动等环境条件,造成土壤STC、SOC和STN含量和储量以及生态系统碳和氮储量显著减少,从而促进了CO2、CH4和N2O排放和增强了温室效应。此外,土地利用/覆被变化中的围堰活动虽然会显著减少滨海湿地地表水横向碳和氮输出通量,但是显著增加水体中溶解性和颗粒性碳和氮组分的浓度和温室气体扩散通量。因此,土地利用/覆被变化削弱了滨海湿地的碳汇功能,导致生态系统的碳和氮损失,使其成为显著的温室气体排放热点。