咸化背景下天津滨海湿地有机碳格局及其对环境变化的响应

摘要

当前全球变化和区域环境演变背景下，探讨湿地有机碳格局及对环境变化的响应机制具有重要意义，然而针对咸化湿地的研究比较薄弱。本论文以天津咸化湿地为研究对象，在盐渍化递减样带上，选取潮间带、北大港、七里海和大黄堡4个典型自然湿地，通过野外样带调查、室内控制实验并结合稳定碳同位素(δ13C)示踪技术，探讨了湿地土壤/沉积物盐分空间演变特征、盐分梯度下植被与土壤的有机碳格局、土壤有机碳对长期垦殖的响应、植物枯落物分解对盐分和物种组成变化的响应，初步阐明了咸化背景下天津湿地有机碳格局及其对典型环境变化的响应机制。主要研究结果如下:
　　1)自潮间带至大黄堡湿地样带上，土壤/沉积物的含盐量和电导率呈显著指数递减趋势，并在垂直剖面上呈表层(0-5 cm)积聚特征。潮间带、七里海、大黄堡土壤/沉积物的阳离子均以Na+为主，而北大港以Na+和Ca2+占绝对优势。潮间带沉积物表层0-5 cm和中间层20-50 cm呈弱碱化，次表层5-20 cm和深层50-100cm为中度碱化;北大港、大黄堡0-100 cm均为弱碱化;而七里海为中度碱化。
　　2)盐度递减梯度下，植被地上生物量无显著变化，而地下根生物量显著增加，大黄堡根生物量为七里海和北大港的1.8-2.3倍。大黄堡根冠比最高，为6.1∶1，显著高于七里海和北大港。相关分析表明，根生物量与土壤盐度呈显著负相关、与土壤含水量呈显著正相关。北大港、七里海和大黄堡湿地植被均表现出较强的固碳能力，随土壤盐度的降低，植被固碳能力逐渐增强。
　　3)天津咸化湿地土壤/沉积物有机碳(SOC)含量排序如下:潮间带湿地(7.3g·kg-1)＜七里海湿地（14.6 g·kg-1）＜大黄堡湿地（20.4 g·kg-1）＜北大港湿地(21.3g·kg-1)。在垂直剖面上，沼泽湿地（北大港、七里海和大黄堡）SOC含量表层(0-10cm)积聚明显、下层较少，层化比率(Stratification Ratio)高;而潮间带在整个0-100cm剖面上呈均一分布。
　　4)长期垦殖显著降低了七里海表层（0-30 cm）、大黄堡表层(0-20 cm)的SOC含量、层化比率。基于δ13C示踪技术，得出七里海垦殖农田表层(0-30 cm)现存SOC中，约75％为残存原芦苇（C3植物）湿地SOC，其余约25％为玉米等C4作物新生SOC。
　　5)盐分(NaCl)添加抑制了芦苇、香蒲及二者组合牯落物的矿化分解及最终产物排放（CO2和CH4）。物种组合（芦苇+香蒲）物种组合显著降低0.5 g·L-1和35 g·L-1盐度下枯落物矿化分解率，但对于5 g·L-1和15 g·L-1盐度下香蒲枯落物分解率无显著影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 滨海湿地碳循环基本过程

1．2．2 滨海湿地有机碳

1．3 论文研究思路与框架

1．3．1 研究内容与目标

1．3．2 技术路线

第二章 研究区域概况

2．1 区域概况

2．2 气候特征

2．3 地质和地貌特征

2．4 水系特征

2．5 土壤和植被类型

2．6 湿地资源现状

第三章 天津咸化湿地土壤／沉积物盐分空间演变规律

3．1 材料与方法

3．1．1 研究样地概况

3．1．2 实验设计与样品采集

3．1．3 样品分析与测试

3．1．4 数据分析

3．2 结果与讨论

3．2．1 土壤含盐量和电导率变化

3．2．2 土壤盐渍化类型分析

3．2．3 主要离子组成的变化特征

3．2．4 土壤碱化特征分析

3．3 本章小结

第四章 咸化沼泽湿地植被有机碳格局

4．1 材料与方法

4．1．1 实验设计与样品采集

4．1．2 样品分析与测定

4．1．3 数据统计与分析

4．2 结果与讨论

4．2．1 咸化湿地植物群落生物量

4．2．2 咸化湿地地下生物量分布情况

4．2．3 湿地植物群落根冠比及其固碳能力比较

4．2．4 植被生物量的环境因素相关性分析

4．3 本章小结

第五章 咸化湿地土壤／沉积物有机碳格局

5．1 材料与方法

5．1．1 实验设计与样品采集

5．1．2 样品分析与测定

5．1．2 数据统计与分析

5．2 结果与讨论

5．2．1 天津典型湿地沉积物有机碳含量及垂直分布特征

5．2．2 天津典型湿地沉积物有机碳含量水平分布特征

5．2．3 天津典型湿地沉积物有机碳含量与土壤理化性质的相关性分析

5．3 本章小结

第六章 咸化沼泽土壤有机碳对长期垦殖的响应

6．1 材料与方法

6．1．1 实验设计与样品采集

6．1．2 样品分析与测定

6．1．3 数据统计与分析

6．2 结果与讨论

6．2．1 垦殖对湿地土壤有机碳含量垂直分布的影响

6．2．2 湿地和农田土壤有机碳层化比率分析

6．2．3 七里海湿地垦殖前后土壤剖面δ13C变化

6．3 本章小结

第七章 湿地植物枯落物分解对盐分和物种组成变化的响应

7．1 材料与方法

7．1．1 样品采集与处理

7．1．2 实验装置

7．1．3 实验过程

7．1．4 样品分析与测试

7．1．5 数据统计与分析

7．2 结果与讨论

7．2．1 盐度对物种枯落物分解速率的影响

7．2．2 同一盐度下不同物种组成的枯落物分解率变化

7．2．3 不同盐度条件下单一物种枯落物CH4和CO2排放通量变化动态

7．2．4 不同盐度条件下混合物种枯落物CO2和CH4排放通量变化动态

7．3 本章小结

第八章 结论与展望

8．1 主要研究结论

8．2 存在问题及展望

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文情况

致谢