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- m6 L3 q- O/ R( Q$ q 导语：盐沼湿地作为“蓝碳”生态系统之一，其碳循环过程也是全球碳循环体系中的重要组成部分。周期性潮汐淹水作为盐沼湿地最基本的水文特征，也是盐沼湿地碳交换过程的关键性影响因素。潮汐淹水能够直接影响盐沼湿地生态系统CO2和CH4交换过程，同时也能改变碳交换对环境因子的响应。 : H4 {0 f! A( I& [. l, s
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/ O- x6 T6 u3 L$ w: _- s# V 01潮汐具有独特的周期性，其会一定程度上影响盐沼湿地碳循环的过程
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1、概述
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, x4 y) a* e5 U+ e5 x, M+ P 盐沼位于陆地与海洋的过渡地带，其碳循环过程包括了各种碳库之间的碳储存、迁移和转换。近年来，全球变暖引起的海平面上升，会直接改变盐沼湿地的潮汐水文状况，并进一步影响其碳循环过程，使得“蓝碳”生态系统的碳汇功能受到严重威胁。此外，盐沼的碳循环还受到一种特殊的环境因子——潮汐作用的影响。
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: Q, ^$ ~2 \6 r6 N) d( f 周期性潮汐作用作为盐沼最基本的水文特征，也是其碳交换过程的重要影响因素。不同的淹水水位会影响植物的有效光合面积和气体扩散速率，从而进一步影响盐沼植物的光合作用和呼吸作用。 0 ], R; s. B. P
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9 H* Z- }! K' J/ ^, u 因此，阐明盐沼湿地碳交换过程对潮汐淹水的响应，能够为认知“蓝色碳汇”形成过程以及对未来气候变化的响应机制提供科学依据。潮汐淹水在盐沼等滨海地区是周期性发生的，因此在不同的时间尺度上也会对盐沼生态系统碳交换过程产生影响。 e4 h# ] b9 z, j
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例如，半月尺度上的大-小潮循环会影响盐沼的净生态系统二氧化碳交换（NEE）和CH4交换过程。在更短的时间尺度上，潮汐作用会直接影响NEE的昼夜变化。例如，盐沼夜间生态系统CO2排放会受到潮汐淹水的抑制，而日间的CO2吸收对潮汐作用的响应则较为复杂。
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2、盐沼湿地碳交换过程
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6 n2 b/ ]) {4 T+ M# L 近年来，全球“蓝碳”生态系统已成为国内外生态研究的热点。盐沼湿地位于陆地与海洋的过渡地带，在潮汐作用下，其碳循环过程连接了陆地碳库和海洋碳库并成为全球碳循环体系中的重要部分。
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* Y! B- h7 a: n8 `+ h, y3 ~3 \3 ?5 b, Q 盐沼的生态系统碳交换过程可以分为垂直方向上与大气间的CO2和CH4交换以及横向上与近岸水体之间的可溶性有机碳、可溶性无机碳、和颗粒有机碳的交换。在植物吸收CO2的同时，植物地上部分和土壤中的植物根系以及微生物也通过自养呼吸或异养呼吸来释放CO2，生态系统中所有组分二氧化碳排放总和就是生态系统呼吸。
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对于盐沼湿地而言，潮汐引起的水文条件改变是影响其CH4排放通量的决定因素。潮汐还会影响盐沼土壤的温度、盐度、氧化还原电位、含水量和pH等理化性质，改变土壤中产甲烷菌和甲烷氧化菌的活性，从而影响盐沼湿地的甲烷排放。 7 U- T; J# w7 L: u1 x/ y
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在横向方向上，受到潮汐作用以及地表径流的影响，盐沼中的碳主要以DOC、DIC和POC的形式与近海的碳库之间发生交换。其中，DOC是盐沼土壤中一种相对活跃的碳库，易被微生物分解。POC则主要包括盐沼土壤表层的腐烂植株、微粒有机质和潮水带来的悬浮颗粒。横向方向上的碳交换过程是盐沼向近岸水体实现土壤碳输出的重要途径，也是盐沼碳循环的重要组成部分。 $ e5 o D# ~. {, K7 g/ l! t
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3、盐沼湿地碳通量观测方法 ) A v T" s7 ^
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0 A& P4 [# {& b j, B( R 目前，盐沼生态系统垂直方向上的碳通量观测以涡度协方差法和箱法为主，横向上多采用野外采样和室内分析法测定盐沼DOC、DIC和POC的浓度和迁移通量。涡度协方差法通过测算垂直风速脉动和待测气体浓度脉动之间的协方差来确定大气和植物冠层之间的碳通量，该技术可以在长时间尺度上实现对生态系统碳通量的连续监测，并量化生态系统的碳源、汇功能。 5 K( n- @; s2 v& U
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对于盐沼生态系统而言，涡度协方差技术可以实现对潮间带碳通量的实时测量；同时，该方法也能够提供长时间尺度上的盐沼碳通量数据。涡度协方差测量系统又可分为开路式涡度系统和闭路式涡度系统，两种系统根据工作原理的差异而各有优劣。 8 ]. Z$ g; c: Z- {5 h
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6 z1 R9 J; l$ L4 h# X; p 例如，开路式涡度系统频谱响应能力优秀，但是由于野外干扰因素较多，开路式涡度协方差系统会由于降雨、沙尘和鸟类结垢等因素导致信号值较低，进而缺失数据。闭路式涡度系统虽然在一定程度上不受上述因素的干扰，但也存在功耗较高和成本过高的问题。目前，长期定位监测研究仍以开路式涡度系统为主。 ' L# m$ R% u$ c' N( K2 Y% b
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涡度协方差法已被广泛应用于包括盐沼生态系统在内的陆地生态系统碳通量研究，并形成了全球的观测网络，长期的涡度监测已经彻底改变了研究者对于全球气候变化背景下的生态系统碳交换过程的研究和测量方式。 3 K9 `# A! S- I( S& O$ k
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箱法也是研究生态系统碳交换过程的常用方法。与涡度协方差法相比，箱法更加灵活、简便，并且在一定程度上避免了由于仪器故障而造成的数据缺失问题。例如，在闽江河口的研究中，研究者就采用了箱法来研究不同潮汐阶段的碳通量变化。 ( b. e/ S# r9 Q3 g
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然而，箱法也具有一定的局限性：箱法无法保证长时间尺度上的连续测量，也无法研究整个盐沼生态系统的碳交换过程；此外，箱法会对测量对象产生扰动，进而可能会使测得的待测气体通量值产生偏差。 6 } J5 d# f& O( V+ d; b8 q8 i3 d
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02了解盐沼湿地碳交换过程动态变化规律，碳交换存在显著的季节特征 3 Y* e6 z7 U3 `
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目前，已有较多的研究关注了盐沼湿地的生态系统CO2和CH4交换的动态变化规律，这些研究揭示了盐沼湿地碳交换过程中可能存在的日动态、季节动态和年际变化特征。首先，盐沼湿地的生态系统CO2交换具有显著的日动态变化特征。 0 f3 S, ]1 ~+ H, ?6 t
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较多研究表明，盐沼湿地NEE的日动态曲线表现为“U”型，即白天吸收CO2（负值），夜晚释放CO2（正值）。例如，在美国弗吉尼亚的盐沼湿地所进行的研究中，研究人员就发现了当地的CO2日动态呈“U”型变化，吸收峰值出现在9:00-12:00之间，与当地的最高气温、最高光照水平和大气湍流条件相对应。 , G% d8 |2 [5 q" K
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# L2 E% `% Z7 @2 C5 x, Q 而在傍晚，生态系统CO2吸收速率会出现快速的降低趋势。NEE的日动态变化规律主要是由光照条件的昼夜变化引起的。在白天，光照较强，光合作用强于呼吸作用，生态系统表现为碳汇；到了夜晚，光照减弱直至消失，生态系统呼吸占据主导地位，整个生态系统转变为碳源。 0 R6 n. B$ Z) F3 y+ c% E& ]" f
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' ?* V2 K9 p7 @+ M; ~ 湿地CH4交换的日动态则较为复杂，其日动态变化受到光照、温度（土壤温度、水体温度）和摩擦风速等因素的共同影响。此外，湿地CH4的动态变化与其影响因素之间的关系可能是非线性和异步性的。例如，已有研究表明昼夜尺度上的碳吸收过程促进了CH4的产生，但存在1-1.5小时的时间滞后。 / s! h9 x% j) l8 y7 c# g) ?5 m
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由于不同月份之间光照、气温等环境因素的差异，NEE日动态变化幅度往往也存在差异。这种差异的累积也造成了盐沼湿地生态系统CO2交换的季节动态规律。盐沼湿地碳交换过程的季节动态主要源于生长季和非生长季之间环境因素的差异。 % c1 D- W- q) ]
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在生长季，随着光照增强、气温增高，植物从幼苗逐渐生长到旺盛期，生态系统CO2吸收速率也随之增加。然而，在非生长季，随着温度降低、光照减弱和植株的枯萎，生态系统碳汇能力逐渐减弱，甚至会转变为微弱的碳源。此外，已有研究表明，生态系统CH4交换过程同样也存在显著的季节特征。
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& {8 N! f# P8 ?" I" _; i, Q 例如，研究人发现中国闽江河口盐沼湿地的CH4排放峰值出现在6-8月，且受到了潮汐淹水的显著影响。盐沼湿地CH4交换过程的季节差异可能主要由温度以及植被生长状况的差异造成的。在生长季，温度较高，土壤中CH4产生和排放较多；此外，湿地CH4的排放主要由植物介导，生长季较为旺盛的植物将介导更多的CH4传输到大气中。 ' Z: z3 `, o, G- x& L* Q; f
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在非生长季，随着气温降低、植株衰落，CH4排放通量也随之降低。年际间，由于气候条件（光照、气温以及降雨格局）、水文状况和人类活动的影响，植被生长情况可能会产生显著差异；因此，盐沼生态系统CO2和CH4交换也具有显著的年际动态变化。 ' V; n" l+ v; q' x
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结语：综上，研究者已经关注了不同时间尺度上潮汐淹水的影响以及潮汐淹水过程中不同阶段对盐沼碳交换过程的影响。然而，周期性潮汐淹水对盐沼碳循环的影响机制尚不清楚。当前，全球气候变化正严重威胁着包括盐沼在内的全球“蓝碳”生态系统。海平面上升会直接引起潮汐潮差和潮汐浸淹频率的改变，并进一步影响盐沼的碳循环过程。
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