江蘇海岸潮間帶濕地土壤碳循環的研究

李垣皓

（河海大學環境學院江蘇南京210098）

江蘇海岸潮間帶濕地土壤碳循環的研究

李垣皓

（河海大學環境學院江蘇南京210098）

近年來，隨著公眾對環境問題的關注，氣候變化已經成為環境科學工作者的又一個研究熱點。作為“地球之腎”的濕地，在溫室氣體的固定和釋放中起著至關重要的作用，對全球范圍的碳循環也有不小的影響。海岸潮間帶濕地同時扮演著碳匯和碳源的角色，據統計，全球范圍內濱海濕地的總碳封存速率超過100Tg.a-1，因此潮間帶濕地主要有以下兩方面的作用：一是降低全球溫室效應，二是減少溫室氣體的排放。

濕地；碳循環；海岸潮間帶

1　碳循環簡介及意義

碳循環，是指碳元素在環境中的自然循環，生物圈中的碳循環主要表現在綠色植物利用光合作用將二氧化碳轉化為葡萄糖并放出氧氣的過程。碳的兩性循環是生物圈健康發展的重要標志，是全球環境化學及地理研究的主要研究方向之一。大氣中CO2的體積占全球大氣總體積的比重增長已經遠遠超出了65萬年來的自然變化范圍的最大值。其帶來的諸多影響對自然生態系統，人類生存環境以及經濟社會生活產生了不利的影響。因此，為避免氣候變化給人類生存和發展帶來的潛在威脅，碳減排是當前最迫切的工作，保育和修復包括濕地在內的各種具有碳匯功能的生態系統是其中的重要措施之一。

2　海岸潮間帶濕地

潮間帶濕地是濱海濕地的一種，指位于大潮高潮線和低潮線之間區域的生態系統。潮間帶濕地位于淡水和咸水交界的地方動植物群落比較復雜，對于亞熱帶和熱帶地區的潮間帶，大部分以紅樹林沼澤為主。因此，對潮間帶濕地而言，穩定形態的碳多數儲存在土壤中（78%～99%），在全球至少有430Tg碳儲存在鹽沼表層0cm～50cm的土壤中，紅樹林沼澤同一土層碳儲量則可以達到（5000±400）TgC。盡管沿海潮間帶濕地的土壤密度并很不高，但在碳的積累速度方面，要遠勝于泥炭濕地。相對內陸濕地而言，潮間帶濕地土壤容重較大，其土壤碳密度相對略大。研究表明，江蘇沿海灘涂土壤中有機碳儲存密度約為50t～100t碳/hm2。

3　潮間帶濕地碳循環的方式

3.1垂直方向氣態碳交換

碳主要以二氧化碳的形式通過植物光合作用進入生態系統，植物所固定的碳再以凋落物，分泌物或事物的形式向生態系統內部傳遞，進而被其他生物利用或分解，最終以二氧化碳甲烷等形式釋放出去，或者儲存于土壤，植物體和其他生物體內。

3.2水平方向碳交換

土壤中可溶性有機碳和可溶性無機碳以及顆粒態有機碳會隨著潮流遷移進出潮間帶濕地，并在潮間帶濕地的碳收支中占據重要地位。

3.3垂直方向的碳封存

河口海岸潮流介導的碳沉積，這個過程會使大量碳在短時間內離開碳循環而被掩埋在沉積物中，這種潮汐流驅動的碳封存是潮間帶濕地與內陸濕地碳獲取方式的區別之一。

4　濕地土壤碳循環影響因子

國內外對海岸帶濕地的碳排放特征，生成機制及影響因素進行了較多研究，由于潮間帶濕地漲落潮的物理特征，溫度，水位，土壤含水量以及土壤有機質成為濕地二氧化碳排放的主要影響因子。

4.1溫度

一定溫度范圍內，濕地土壤溫度升高會促進土壤中微生物或根系的代謝活動，使根的呼吸增強，加速微生物對有機質的分解，濕地生態系統二氧化碳排放通量增高；超過一定的溫度范圍，隨著土壤溫度的升高，土壤中微生物及酶的活性降低，土壤中有機質的礦化作用和根系呼吸作用減慢，濕地CO2排放通量隨溫度的升高又呈減小趨勢。

4.2水位

當濕地生態系統土壤表面呈淹水狀態時，濕地呈厭氧環境，有機物分解不徹底，濕地中二氧化碳排放通量減小。隨著水位的降低，濕地土壤中會溶解大量的氧，使得土壤微生物活力大大提升，加速了濕地中有機物質的分解，二氧化碳排放量大量增加。

4.3土壤有機質

生態系統中的土壤有機質主要來源為土壤表層植被的殘留物和土壤剖層中的根系殘留物及分泌物大量的不溶性有機物質，會促進微生物活動，從而促進土壤呼吸速率。根據韓海燕等的研究顯示土壤有機質在一定范圍內和土壤呼吸成正比。隨著有機質的增加，土壤呼吸作用加強。

5　研究內容

5.1土壤有機碳含量對碳通量的影響

作為地形特殊的濱海濕地，周期性水淹和緩慢的微生物分解速率以及外援有機質，導致土壤中有機物質含量相對較高，其中碳含量達到45%甚至50%。而不溶性有機碳的氧化作用導致礦化作用（在土壤微生物作用下，土壤中有機態化合物轉化為無機態化合物的過程），使得有機物質轉化為無機營養鹽，增加碳含量。

5.2水位對碳通量的脅迫分析

作為水動力等物理因素占主導地位的河口海岸帶地區，潮位的周期性變動等環境因素對潮間帶濕地的碳循環影響巨大。因此潮汐是影響潮間帶濕地淹水程度的重要因素。

6　應用前景

濕地擁有巨大的土壤碳儲量，在全球變暖背景下，濕地生態系統很有可能向大氣釋放大量碳，加劇全球變暖。通過本項目的研究，了解潮間帶濕地生態土壤、水體、大氣間碳通量的時間動態，以及碳通量的控制因子，在此基礎上，建立多維多相碳循環模型，為預測及評估潮間帶土壤碳循環對濱海濕地生態系統的響應提供技術支撐，為政府決策者在受損潮間帶濕地碳匯功能保育和修復措施的制定中提供參考資料。

［1］陸健健.中國濱海濕地的分類.

［2］沈永明，曾華，王輝，等.江蘇典型淤長岸段潮灘鹽生植被及其土壤肥力特征［J］.生態學報，2005，25（1）：1-6.

江蘇省自然科學基金資助項目（BK20150078）。