滨海湿地由于具有较高初级生产力，较低的有机碳分解速率和甲烷生成率，是全球“蓝碳”资源的重要贡献者，在全球碳循环中发挥重要作用。然而，全球气候变化改变了滨海湿地的潮汐水文过程，比如海平面上升导致滨海湿地地下水位的上升，增加了干湿交替和极端淹水的频率，这些水文过程的改变会进一步影响滨海湿地碳循环。另外，潮汐输入和大气氮沉降引起的氮添加也影响滨海湿地碳储存能力。

   依托黄河三角洲滨海湿地生态试验站，通过野外长期定位观测和原位控制实验，揭示了滨海湿地生态系统碳交换对水文过程和氮输入的响应机制。研究发现，潮汐过程在多日尺度（8-16天）和季节尺度（64-128天）上显著影响了盐沼湿地的净生态系统CO2交换（Estuarine, Coastal and Shelf Science, 238, 106727）。同时，滨海湿地生态系统CO2和CH4交换随着潮汐淹水不同阶段的交替进行而发生变化（Estuarine, Coastal and Shelf Science, 232, 106512）。另外，地表淹水深度在一定程度上可以促进了植物生长和生物量增加，进而增强滨海湿地的碳汇功能（Plant and Soil, 2020,接收）。研究还发现，地下水位波动影响土壤碳排放过程。地下水位上升会导致土壤CO2排放减少，土壤CH4排放则与之相反，其中土壤表层盐分和水分共同影响了土壤碳排放过程（Journal of Cleaner Production, 2020, 122316）。

   海平面升高导致干湿交替频率增加改变了土壤有机碳流失的模式。其中CO2排放随干湿交替频率增加而降低，CH4排放则与之相反；同时，干湿频率增加也促进了土壤可溶性有机碳的流失（Wetlands, 2020）。连续6年的氮添加实验发现，氮添加显著提高了植物生物量，增强了土壤碳输入；但是，氮添加同时也提高了土壤微生物量，促进了土壤的有机碳分解速率。其中，与氨氮和硝氨氮相比，硝氮对土壤有机碳分解的促进作用最为显著（Catena, 2020, 104672）。干湿交替和氮添加耦合对土壤有机碳流失具有较强的交互作用，氮输入降低了干湿交替过程对土壤有机碳流失的控制力，氮素输入水平升高后，不同干湿频率间土壤有机碳流失量差异大大缩小（Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2020, 106878）。

   以上研究得到了中国科学院战略性先导科技专项（XDA23050202），国家自然科学基金项目（41671089）和山东省林业科技创新项目（2019LY006）的资助。

图1 盐沼湿地生态系统CO2和CH4交换对不同潮汐淹水阶段的响应

图2 地下水位对滨海湿地土壤CO2和CH4通量的影响

图3 干湿交替频率和氮输入对潮汐盐沼湿地有机碳流失的影响

论文链接:

[1]Li JY, Qu WD, Han GX*, Lu F, Zhou YF, Song WM, Xie BH, Eller F, 2020. Effects of drying-rewetting frequency on vertical and lateral loss of soil organic carbon in a tidal salt marsh. Wetlands. https://doi.org/10.1007/s13157-020-01286-5

[2]Li JY, Han GX*, Zhao ML, Qu WD, Nie M, Song WM, Xie BH, Eller F, 2020. Nitrogen input weakens the control of inundation frequency on soil organic carbon loss in a tidal salt marsh. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 106878. https://doi.org/10.1016/j.ecss.2020.106878

[3] Qu WD, Han GX*,Eller F, Xie BH, Wang J, Wu HT, Li JY, Zhao ML, 2020. Nitrogen input in different chemical forms and levels stimulates soil organic carbon decomposition in a coastal wetland. Catena, 104672. https://doi.org/10.1016/j.catena.2020.104672

[4] Wei SY, Han GX*, Jia X, Song WM, Chu XJ, He WJ, Xia JY, Wu HT, 2020. Tidal effects on ecosystem CO2exchange at multiple timescales in a salt marsh in the Yellow River Delta. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 238, 106727.https://doi.org/10.1016/j.ecss.2020.106727

[5] Wei SY, Han GX*, Chu XJ, Song WM, He WJ, Xia JY, Wu HT, 2020.Effect of tidal flooding on ecosystem CO2and CH4fluxes in a salt marsh in the Yellow River Delta. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 232, 106512. https://doi.org/10.1016/j.ecss.2019.106512

[6] Zhao ML, Han GX*, Li JY, Song WM, Qu WD, Eller F, Wang JP, Jiang CS*, 2020. Responses of soil CO2 and CH4 emissions to changing water table level in a coastal wetland. Journal of Cleaner Production, 122316. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.122316 

[7] Zhao ML, Han GX*, Wu HT, Song WM, Chu XJ, Li JY, Qu WD, Li XG, Wei SY, Eller F, Jiang CS*, 2020. Inundation depth affects ecosystem CO2and CH4exchange by changing plant productivity in a freshwater wetland in the Yellow River Estuary. Plant and Soil.接收