盐沼植物生活型如何在降水变化下左右生态系统净 CO2交换？探寻碳汇奥秘的关键

在全球气候变化背景下，降水变化对盐沼生态系统碳汇功能影响不明。研究人员开展 “降水变化对盐沼植物生活型及净生态系统 CO2交换（NEE）影响” 研究，发现降水影响土壤盐分改变植物生活型进而影响 NEE，为生态管理提供参考。

　　在大自然的舞台上，盐沼就像陆地和海洋之间的神秘使者，对全球碳循环起着至关重要的作用。别看盐沼的面积只占海洋表面的不到 0.5%，但它却能储存大约 50% 埋在海洋沉积物中的有机碳，妥妥的 “碳汇小能手”。净生态系统 CO₂交换（NEE）是衡量生态系统碳汇能力的关键指标，它就像是生态系统的 “碳账本”，记录着碳的收支情况。NEE 由总初级生产力（GPP，植物光合作用吸收大气 CO₂的量）和生态系统呼吸（ER，植物和土壤呼吸释放 CO₂的量）组成，负值代表碳汇占优，正值则表示碳源占优。

然而，气候变幻莫测，降水变化对盐沼生态系统的影响让科学家们困惑不已。一方面，降水变化会改变土壤的水分和盐分条件，而盐沼植物对这些变化十分敏感，这可能导致植物群落的物种组成发生改变，进而影响 NEE。另一方面，植物的生活型（比如一年生植物和多年生植物）差异也会对环境变化有不同反应，可目前我们并不清楚沿着降水梯度，植物生活型变化与 NEE 变化之间的具体关系。为了揭开这些谜团，来自中国科学院的研究人员决定开展一项长期研究。

研究人员选择了黄河三角洲的盐沼作为研究场地，从 2014 年开始，他们在这里进行了一场模拟降水变化的实验。设置了 5 种降水处理：降水量减少 60%、减少 40%、保持环境本底降水量、增加 40% 和增加 60%，每种处理设置 4 个重复。经过 6 年的模拟降水变化，在 2020 - 2022 年这 3 年时间里，研究人员对植物生活型、生物量、NEE、ER、GPP 以及土壤水分 - 盐分含量进行了实地监测。

研究人员主要采用了实地监测技术，在实验区域内长期、定点对各项指标进行观测记录。同时，结合实验设置不同降水处理的方法，对比不同处理下各项指标的差异，从而分析降水变化带来的影响。实验中的样本均来自黄河三角洲盐沼这一特定研究区域。

季节性动态研究

研究人员发现，每年的气温和降水动态变化呈现单峰模式。在 2020 - 2022 年期间，气温在 - 13.6°C 到 35.4°C 之间波动，年平均气温有所差异；这三年的总降水量分别为 619mm、732mm 和 662mm。10cm 土层的土壤温度（ST）变化趋势和气温相似，在 - 0.83°C 到 27.9°C 之间变动 。这表明该地区的气候条件在研究期间存在一定的规律性变化，为后续分析降水变化对其他因素的影响提供了基础环境背景数据。

降水梯度对植物生活型的影响

研究表明，一年生植物和多年生植物对降水变化的反应不同。当降水量减少时，土壤表面的盐分增加，耐盐但生物量较低的一年生植物会取代多年生植物成为优势物种。这是因为多年生植物虽然有更发达的主根，在干旱时有一定优势，但盐分增加带来的盐胁迫对它们影响较大。而一年生植物在面对不利环境时，可以以种子形式存活，受影响相对较小。相反，降水量增加会降低土壤盐分，有利于生物量较高的多年生植物生长，多年生植物的优势得以体现。这说明降水变化通过调节土壤盐分，改变了植物生活型的组成和优势物种。

植物生活型变化对 NEE 的影响

降水量减少导致一年生植物成为优势种，这抑制了 GPP，从而降低了 NEE。因为一年生植物生产力相对较低，吸收的 CO₂量少。而降水量增加时，多年生植物增多，它们较高的生产力刺激了 NEE，使得盐沼生态系统的碳汇能力增强。在整个实验中，随着降水梯度的增加，NEE 呈现上升趋势，多年生植物的存在对于维持较高的 NEE 水平至关重要。不过，持续增加的降水量也带来了一些问题，比如物种简化，而且植物地上部分与地下部分生物量比值增大，意味着需要消耗更多养分来支持植物生长，这可能会降低生态系统的抵抗力，对未来盐沼的 CO₂吸收产生负面影响。

研究人员通过多年的实验研究发现，植物生活型是影响 NEE 的关键因素，而土壤盐分是盐沼中植物生活型和 NEE 变化的决定因素。这项研究成果发表在《Agricultural and Forest Meteorology》上，为理解盐沼生态系统在气候变化下的碳循环提供了重要依据，也为生态管理提供了科学参考。它让我们认识到，在进行生态保护和管理时，需要充分考虑降水变化对植物生活型和碳汇功能的影响，合理规划和保护盐沼生态系统，以维持其重要的生态服务功能，在全球气候变化的大背景下，更好地应对碳循环相关的挑战。