【摘 要】
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海岸带湿地有巨大的碳埋藏潜力,其面积仅占海洋总面积的0.5%,却贡献了全球海洋沉积物碳埋藏量的50%~71%。在各海岸带生态系统中,不同沉积区域本地源和外源输入有机碳贡献比例差异较大,这些不同来源的有机碳具有不同的化学结构特性和与沉积物颗粒间的不同结构关系,导致沉积物碳库的含量和稳定性不同。因此,探究河口潮间带有机碳来源及降解机制对于评估海岸带区域碳汇能力具有重要意义。而长江口地区潮间带受到海水和
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海岸带湿地有巨大的碳埋藏潜力,其面积仅占海洋总面积的0.5%,却贡献了全球海洋沉积物碳埋藏量的50%~71%。在各海岸带生态系统中,不同沉积区域本地源和外源输入有机碳贡献比例差异较大,这些不同来源的有机碳具有不同的化学结构特性和与沉积物颗粒间的不同结构关系,导致沉积物碳库的含量和稳定性不同。因此,探究河口潮间带有机碳来源及降解机制对于评估海岸带区域碳汇能力具有重要意义。而长江口地区潮间带受到海水和河流的共同影响,沉积物有机碳来源更为复杂。基于此,本研究以长江口潮间带湿地为主要研究区域,通过空间布点和季节采样,结合沉积物典型生物标志物的组分和含量特征,以及木质素酚单体稳定同位素数据,量化了长江河口湿地有机碳陆源、本地源和海源的比例,探讨有机碳的埋藏和降解方式,更加准确辨识了长江口潮间带湿地碳库贡献来源。主要研究结果如下:长江口潮间带表层沉积物正构烷烃含量(n-ΣAlk)平均7.348±5.927μg/g,沿长江冲淡水方向自内陆至河口地区大致呈降低趋势。短链部分具有明显的偶碳优势,长链部分具有明显的奇碳优势,结合碳优势指数(CPI)、平均碳链长度(ACL)、海陆比(TAR)、1/Pmar-aq和烷烃指数(AI)等指标,沉积物有机碳为陆源高等植物与海源混合输入,其中以陆源为主。表层沉积物木质素酚类含量Λ8平均6.04±1.73mg/100mg OC,是影响区域内有机碳含量的重要因素,春季含量最高,夏季最低。S/V和C/V表明研究区域内木质素主要来源于被子草本植物,混合少量被子木本植物。(Ad/Al)v、(Ad/Al)s、P/(V+S)等结果表明,木质素在表层已存在较为广泛的降解,且存在季节性变化,夏季与秋季降解以新鲜植物输入为主,降解程度显著低于冬季与春季。通过基于蒙特卡洛模拟的三端元混合模型进一步判定表层沉积物有机碳来源,陆地颗粒物来源贡献为55.0%±13.4%,海洋浮游生物源38.8%±13.7%,本地植物源5.7%±2.2%。本地植物源输入在表层沉积物中占比较小,长江径流所携带的颗粒物输入对陆源贡献较大,已存在一定程度的降解,海源输入比例的高值位于受到海水潮汐冲刷影响较大的长江口北岸。结合木质素酚类单体同位素数据,长江口湿地植物源有机碳中C3植物来源贡献比例为81.7%±8.1%,C4植物来源贡献比例为18.2%±8.1%。由长江径流输送的有机碳来源以被子植物草本组织为主,存在少量被子植物木本组织。在本地植被生物量较大的区域,有机碳多为本地植被的输入。在来源于长江径流输入的木质素中,有部分经过了较长时间的搬运和沉积,降解程度较高。其中来源于被子植物木质素相对较为新鲜,来源于草本组织的有机碳可能只经过了短距离的搬运或来自本地植被内源输入。正构烷烃和木质素在沉积物有机碳埋藏中相对较为稳定。n-ΣAlk在表层较低,一般在10~25cm处有高值。随着沉积物深度的增加,短链部分奇偶性降低,微生物活动以及脂肪酸还原过程变弱,成熟度增加。TAR、ACL、1/Pmar-aq、AI等指标表明,陆源有机碳相对较为稳定,草本组织输入的有机碳较为新鲜,相对更易分解。来自陆源植被的木质素酚类含量随深度的增加大体呈现为先增大后减小的趋势,具有较明显内源植物输入特征。随着埋藏时间的推移,主要以微生物活动分解木质素为主,木质素含量有所下降。(Ad/Al)v、(Ad/Al)s、P/(V+S)、3,5-Bd/V等指标变化显示,随埋藏深度的增加,存在一定的降解趋势,但总体程度不高。基于三端元混合模型计算,在垂向上大体表现为海源贡献先减小后略增大,由于陆源有机碳本身具有相对较高的稳定性和成熟度,贡献比例变化不大,本地源有机碳贡献比例较小,在10-15cm处由于植被残体、根系等分解转化为有机碳,贡献比例有较为显著的上升。综合来看,长江口湿地的有机碳库以陆源输入为主(平均55.0%±13.4%),一是以长江为主的河流从中上游携带大量泥沙在河口处推积,形成河口湿地有机碳的主要组成部分;二是受潮汐的影响,在口门以及河口北岸地区,海洋来源(平均38.8%±13.7%)也为表层沉积物贡献了部分有机碳;三是湿地植被产生有机碳的内源输入,作为湿地沉积物有机碳的补充来源(平均5.7%±2.2%)。对于长江河口湿地的埋藏特征,陆源输入贡献较大,且在输入初期已存在广泛的降解,随着在河口湿地的沉积埋藏,存在一定的降解趋势。
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