煙臺海岸帶研究所在藍碳生境土壤碳庫研究方面取得新進展
海岸帶藍碳生境具有獨特的內源和外源雙碳匯特征,目前研究更多地關注內源型(高碳密度、低沉積速率)藍碳生境土壤碳儲量評估,對外源型(低碳密度、高沉積速率)藍碳生境土壤固碳潛力認識不足,尤其是高外源輸入藍碳生境的土壤有機碳(OC)、氮(N)、磷(P)的計量關系、來源與組成尚無系統研究。另外,對于鹽沼、紅樹林和海草床之外地海岸帶生態系統碳庫挖掘尚不充分。為此,中國科學院煙臺海岸帶研究所李遠副研究員、駱永明研究員團隊基于全球和全國尺度海岸帶生態系統數據整理和實測并結合模型解析開展了相應研究。
通過對比全球797個點位藍碳生境土壤OC、N和P密度得出,中國藍碳生境屬低OC含量礦物型生境(圖1),其土壤C:P低于全球均值4-8倍,N:P低于全球均值4-5倍,植物C:P、N:P和C:N均相對偏低,說明外源型低OC含量藍碳生境存在土壤N限制。全球范圍內,土壤N含量隨OC含量增加而增加,但土壤P含量相對穩定且低于1.5 g kg–1。
外源OC(陸源+海源)占中國紅樹林表層土壤OC的50%,占中國鹽沼和海草床表層土壤OC的75%,其中77%、70%和60%的紅樹林、鹽沼和海草床外源OC來自陸源(河流)輸入。通過KOBr氧化法,區分土壤有機氮(Norg)、固定態銨(Nfix)的比例,同時評估氧化態OC(OCKOBr)和P(PKOBr)與殘渣態OC(OCres)和P(Pres)的比例。土壤OCKOBr、Norg和PKOBr的比例非常接近,分別占總量的77%、71%和80%,并且氧化態與總量存在很好的線性關系。Nfix占紅樹林、鹽沼和海草床表層土壤N的25%、37%和26%。年平均氣溫(MAT)和內源/外源OC(OCauto/OCallo)間存在正相關,與亞熱帶和熱帶區域紅樹林較高的內源OC一致。人類活動因子對Norg/Nfix存在負相關影響,可能說明了富營養藍碳生境有機質降解的反硝化效應。這一效應雖然可提高N的去除,但會減少有機質儲存并且會釋放氮氧化物溫室氣體。黏粒和Fe/Al氧化物對Norg/Nfix和PKOBr/Pres存在負相關影響,但與土壤OC密度正相關,說明礦物是控制外源型藍碳生境土壤C、N、P循環的重要因素(圖2)。
圖1 全球藍碳生境土壤N:P摩爾比空間分布(a),不同國家土壤N:P摩爾比對比(b)和土壤OC與N(c)、P(d)含量相關性
圖2 中國藍碳生境土壤碳、氮、磷組分及影響因素
通過對中國海防林44個點位1 m深度土壤OC儲量估算得出,單位面積土壤OC儲量范圍為7.44–79.7 MgC ha–1,總儲量為4.53 ± 0.71 TgC(圖3)。海防林土壤OC單位面積埋藏速率范圍為6.90–194.1 gC m–2 yr–1,總埋藏速率為99.5 ± 44.9 GgC yr–1。通過與中國鹽沼、紅樹林和海草床典型藍碳生境對比,雖然海防林單位面積土壤OC儲量和埋藏速率低于典型藍碳生境4-9倍和2-3倍,但海防林面積高于其2-8倍(表1)。在計算面積后,海防林總儲量和埋藏速率與典型藍碳生境接近。這說明,在典型藍碳生境之外,海防林是另一個可通過人為管理的高效藍碳生境碳匯。另外,沙灘土壤的OC儲量與海草床相當,也是一個重要的海岸帶碳匯。根據計劃,至2025年還將有84,250 ha海防林種植,相當于還有額外的1.72 ± 0.27 TgC的土壤OC以62.7 ± 23.4 GgC yr–1的速率埋藏至海防林。
圖3 中國海防林土壤碳儲量
表1 海防林和其他藍碳生境土壤OC儲量和速率
相關成果發表在Environmental Science & Technology和Science of The Total Environment上。研究得到了國家自然科學基金、中國博士后科學基金的資助。
論文信息:
Li, Y., Fu, C.C., Hu, J., Zeng, L., Tu C., Luo, Y.M.* Soil Carbon, Nitrogen, and Phosphorus Stoichiometry and Fractions in Blue Carbon Ecosystems: Implications for Carbon Accumulation in Allochthonous-Dominated Habitats. Environmental Science & Technology, 2023, doi: 10.1021/acs.est.3c00012. https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.est.3c00012.
Li, Y., Fu, C.C., Wang, W.Q., Zeng, L., Tu C., Luo, Y.M.* An overlooked soil carbon pool in vegetated coastal ecosystems: National-scale assessment of soil organic carbon stocks in coastal shelter forests of China. Science of The Total Environment, 2023, 876, 162823. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969723014390.