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长期生态研究揭示海陆相互作用对红树林碳通量的调控机制

2021/05/01点击次数:

202149日厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室朱旭东副教授以论文第一作者和通讯作者,在AGU旗下期刊Journal of Geophysical Research: Atmospheres上发表题为How land-sea interaction of tidal and sea breeze activity affect mangrove net ecosystem exchange?的研究成果。

海岸带红树林湿地具备重要的碳汇功能,是典型的“蓝碳”系统,对“碳中和”有着积极的贡献。海岸带湿地具有独特的海陆相互作用,包括周期性的潮汐和海风活动,但其对红树林湿地与大气间的生态系统净二氧化碳交换(Net Ecosystem Exchange, NEE)的影响尚未得到充分研究。从过程机理上看(图1):(1)周期性的潮汐淹水导致的缺氧生境抑制了生态系统呼吸作用,同时潮汐引起的横向碳传输也进一步降低了垂向的生态系统呼吸通量;(2)潮汐水体与周围空气/土壤的温差也影响着呼吸通量,但如何影响及其程度取决于温差的方向与大小;(3)凉爽的海风(多发生于午后)缓解了红树林的高温胁迫(降温效应),从而降低呼吸通量;(4)湿润的海风也缓解了红树林因高饱和水汽压差(Vapor Pressure Deficit, VPD)引起的大气水分亏缺胁迫(增湿效应),从而提高红树林生产力。

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1 潮汐与海风活动对红树林湿地生态系统碳通量的影响概念图(底图摄于漳江口红树林国家级自然保护区)

为验证上述过程机理,实验室朱旭东副教授等团队基于台湾海峡海洋生态系统野外科学观测研究站漳江口红树林涡度通量塔的碳通量及其辅助要素长期连续观测(图2),分析了亚热带红树林湿地NEE的时间变异及其环境控制。在3年的观测期内,红树林湿地表现出长期、持续的碳汇能力,其中NEE季节性较弱,春季碳汇较强。红树林湿地NEE的环境主控因子随时间尺度发生改变:(1)在半小时尺度上,特别是夏季和秋季,高温和高VPD抑制了白天的碳吸收,而潮汐淹水比例和降雨量抑制了夜间的碳释放;(2)环境影响对日尺度NEE的重要性从大到小依次为光合有效辐射、气温、海风、VPD、潮汐盐度和淹水比例;(3)月碳吸收量与淹水比例呈负相关,而与降雨量呈正相关。研究表明,周期性潮汐淹水对红树林湿地NEE既有直接影响,也有间接影响,但其相对重要性随时间尺度的变化而变化;同时,海风的降温增湿效应缓解了午后大气温湿度胁迫,是促进红树林湿地碳吸收的重要间接效应。研究证实了以前被忽视的海陆相互作用(潮汐和海风活动)对红树林湿地NEE存在重要的间接影响。

2 台湾海峡海洋生态系统野外科学观测研究站漳江口红树林涡度通量塔

该研究由厦门大学环境与生态学院、中山大学大气科学学院、中国科学院城市环境研究所合作完成。研究获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、近海海洋环境科学国家重点实验室/滨海湿地生态系统教育部重点实验室自主课题、南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)创新团队建设科研经费等资助。


论文来源:

Xudong Zhu*, Zhangcai Qin and Lulu Song* (2021). How land-sea interaction of tidal and sea breeze activity affect mangrove net ecosystem exchange? Journal of Geophysical Research: Atmospheres, doi: 10.1029/2020JD034047.

全文链接:
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020JD034047
作者简介:

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朱旭东,厦门大学副教授。主要从事海岸带生态遥感、湿地碳循环、气候变化等研究领域,主持国家自然科学基金等多个科研项目,担任Remote SensingWater、遥感学报、遥感技术与应用等国内外期刊编委,已在ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote SensingGlobal Biogeochemical CyclesBiogeosciencesJournal of Geophysical Research: Atmospheres等地学领域高水平刊物发表论文30余篇(其中第一或通讯作者论文12篇)。2021年3月,朱旭东副教授加盟近海海洋环境科学国家重点实验室。