模拟海平面上升对秋茄红树林生态系统主要有机碳过程影响的现场研究

摘要

本研究以厦门曾营海岸三个不同高程样地的秋茄红树林为研究对象，在模拟海平面上升80 cm红树林(SLR80 cm)、模拟海平面上升40 cm红树林(SLR40cm)以及对照红树林（SLR0 cm，大约相当于福建九龙江口红树林的滩面高程），探讨海平面上升对秋茄（Kandelia obovata，以前学名为Kandelia candel）红树林生态系统主要有机碳过程的影响。
　　SLR80 cm样地的植株矮小、林相稀疏，生长状况明显不如SLR40 cm和SLR0 cm样地。各样地植株的生物量以及年增量总体均呈现出SLR0 cm＞SLR40cm＞SLR80 cm的规律，且SLR80 cm样地与SLR40 cm和SLR0 cm样地有显著差异。三个样地植被有机碳的积累也表现出同生物量一致的规律，这表明随着海平面的上升，秋茄红树林植被的碳积累会随之降低。
　　各样地植被均体现出秋茄树种正常的物候节律，并遵循一致的季相变化。受台风影响，落叶、落枝、落花以及总凋落量都在7、8月份达到较大值，落果则受物种生物学特性的影响，在4月份达到最大值。在不同样地间，除落花在SLR40 cm样地为最大值外，落叶、落枝、落果以及总凋落量都表现为SLR0 cm＞SLR40 cm＞SLR80 cm，且差异显著。三个样地凋落物C、N、P年积累量也表现出同生产量一致的规律，这表明随着海平面的上升，秋茄红树林凋落物生产量和养分归还量明显降低。
　　各季节各样地凋落叶的分解失重率都在分解的12～40天达到50％，季节动态表现为夏季＞秋季＞春季＞冬季。凋落枝的分解周期较长，各样地凋落枝分解50周后的失重率都仅在30％～40％。各季节SLR0 cm样地凋落叶的分解速率总体高于SLR40 cm和80 cm样地，主要是由于底质差异导致。但三个样地凋落叶分解的差异仅在分解前期表现显著，随着分解时间的延长，差距逐渐缩小。不同样地条件下凋落枝的分解动态与凋落叶的结论类似。在分解过程中，各季节各样地凋落叶的有机碳含量变化趋势不明显;总氮含量总体呈现出先上升后下降的趋势，但总体高于初始含量;总磷含量总体呈现出先下降后上升的趋势，但总体低于初始含量。各季节不同样地凋落叶的有机碳、总氮和总磷含量总体上都表现为SLR0 cm样地高于SLR40 cm和80 cm样地，而凋落枝未表现出明显差异。总之，海平面上升不利于秋茄凋落物的分解以及养分的释放循环。
　　秋茄凋落叶的林地现存量和蟹类摄食率在不同样地间表现出相似的季节规律，即春夏季高于秋冬季;在不同季节间都表现出SLR0 cm＞SLR40 cm＞SLR80cm的趋势，且SLR80 cm样地明显低于SLR40 cm和SLR0 cm样地。各样地全年的林地现存凋落叶碳和蟹类摄食碳都呈现出SLR0 cm＞SLR40 cm＞SLR80cm的规律，且差异显著。三个样地秋茄凋落叶蟹类摄食碳占总凋落碳的比重相近;SLR80 cm和SLR0 cm样地秋茄凋落叶林地现存碳占总凋落碳的比重相近，而SLR40 cm样地由于林内废弃物的滞留导致比重偏高。总的来说，海平面上升导致凋落叶各归宿量降低，但并未对各归宿量占总凋落量的比重有明显影响。
　　各样地三种温室气体N2O、CH4和CO2的土壤-大气通量表现出相似的季节规律，即春夏季高于秋冬季。总CO2当量通量的季节动态与CO2通量的变化规律基本一致，这表明CO2通量在总CO2当量通量中占主导地位。不同样地间，N2O的年通量表现为SLR0 cm＞SLR80 cm＞SLR40 cm，SLR40 cm和SLR0 cm样地间有显著差异;CH4的年通量表现为SLR80 cm＞SLR40 cm＞SLR0 cm，SLR80 cm样地显著高于SLR40 cm和SLR0 cm样地;CO2的年通量表现为SLR0cm＞SLR40 cm＞SLR80 cm，SLR40 cm和SLR0 cm样地显著高于SLR80 cm样地。三种温室气体的总年通量则表现为SLR40 cm＞SLR0 cm＞SLR80 cm，SLR40cm和SLR0 cm样地显著高于SLR80 cm样地。随样地和季节的变化，秋茄红树林土壤有机碳、总氮、总磷以及碳氮比都表现出相似的规律。在不同季节间，土壤各养分含量总体上都表现为春夏季高于秋冬季;在不同样地间，土壤各养分含量全年大体上都呈现出SLR80 cm样地低于SLR40 cm和SLR0 cm样地的趋势。三种温室气体通量与土壤养分含量的相关分析结果表明，CH4通量与土壤有机碳和总氮含量呈显著正相关，CO2通量与土壤有机碳、总氮以及总磷含量呈显著正相关。
　　各样地秋茄红树林生态系统的碳预算显示，三个样地秋茄红树林生态系统的净碳固定值表现为SLR0 cm＞SLR40 cm＞SLR80 cm，即随着海平面的上升，秋茄红树林生态系统的净碳固定值降低。总的来说，海平面上升对秋茄红树林生态系统的主要有机碳过程有显著的影响，会明显削弱红树林生态系统的固碳能力。

目录

声明

摘要

表索引

图索引

第1章 前言

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 海平面上升对红树林影响的研究概况

1．2．2 红树林有机碳过程的研究进展

1．3 研究意义和内容

第2章 样地概况

2．1 地理位置

2．2 样地改造

2．3 红树植被种植

第3章 模拟海平面上升对秋茄红树林植被有机碳库的影响

3．1 材料与方法

3．1．1 植被生长指标测定

3．1．2 植被生物量估算

3．1．3 植被有机碳含量测定

3．1．4 数据统计与分析

3．2 结果

3．2．1 海平面上升对植被生长的影响

3．2．2 海平面上升对植被生物量的影响

3．2．3 海平面上升对植被有机碳积累的影响

3．3 讨论

第4章 模拟海平面上升对秋茄红树林凋落物生产的影响

4．1 材料与方法

4．1．1 植被凋落物生产量测定

4．1．2 凋落物组分的养分含量测定

4．1．3 数据统计与分析

4．2 结果

4．2．1 海平面上升对凋落物生产量季节变化的影响

4．2．2 海平面上升对凋落物养分含量的影响

4．3 讨论

第5章 模拟海平面上升对秋茄红树林凋落物分解的影响

5．1 材料与方法

5．1．1 凋落叶分解及其养分含量测定

5．1．2 凋落枝分解及其养分含量测定

5．1．3 凋落物分解测定指标

5．1．4 数据统计与分析

5．2 结果

5．2．1 海平面上升对凋落叶分解季节变化的影响

5．2．2 海平面上升对凋落叶养分分解季节动态的影响

5．2．3 海平面上升对凋落枝分解季节变化的影响

5．2．4 海平面上升对凋落枝养分分解季节动态的影响

5．3 讨论

第6章 模拟海平面上升对秋茄红树林凋落叶归宿的影响

6．1 材料与方法

6．1．1 凋落叶林地现存量和蟹类摄食率测定

6．1．2 凋落叶有机碳含量测定

6．1．3 数据统计与分析

6．2 结果

6．2．1 海平面上升对凋落叶林地现存量和蟹类摄食率季节变化的影响

6．2．2 海平面上升对凋落叶归宿的影响

6．3 讨论

第7章 模拟海平面上升对秋茄红树林土壤-大气碳通量的影响

7．1 材料与方法

7．1．1 气样采集

7．1．2 气样分析

7．1．3 二氧化碳当量通量

7．1．4 土样采集和处理

7．1．5 数据统计与分析

7．2 结果

7．2．1 海平面上升对土壤温室气体通量季节变化的影响

7．2．2 海平面上升对土壤养分含量季节变化的影响

7．3 讨论

第8章 总结

8．1 主要结论

8．2 创新点

8．3 不足与展望

参考文献

在校期间参加的研究课题

研究生期间已发表论文

致谢