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湿地土壤作为湿地生态系统的主体,是陆地上重要的有机碳储存库,目前我国湿地土壤碳库的定量评估工作尚处在起步阶段,很多问题亟待解决。泥炭沼泽土壤中碳累积速率是评估区域土壤碳库的重要参数,是碳计量的基础,探讨泥炭沼泽土壤碳累积的近现代过程对评估湿地土壤碳库具有重要意义。东北地区是我国沼泽湿地的重要分布区,本文基于野外调研分析数据、历史文献资料整理及遥感解译数据,梳理了东北地区泥炭沼泽的类型、分布及动态变化,分析了东北地区泥炭沼泽土壤的理化性质特征;估算了典型沼泽分布区三江平原沼泽表层土壤碳库现状年储量及碳库动态变化;基于210Pb及137Cs定年技术,估算了东北典型沼泽土壤的固碳速率,评估了不同类型泥炭沼泽固碳能力的差异,以此为依托评价典型泥炭沼泽土壤的固碳潜力。总结本文主要结论如下: 1)东北地区泥炭沼泽主要分布在大小兴安岭山地和长白山地和三江平原,松嫩平原是泥炭沼泽发育的贫乏区。泥炭沼泽的造炭植物以草本为主,地貌上主要发育在沟谷、河漫滩、沟缘洼地、废河道及构造湖盆等地区。30年来东北地区沼泽湿地面积下降,景观趋于破碎化,面临退化威胁,主要原因是由人口增长、城镇化进程及政策原因引起的沼泽湿地农田化、水利工程及地下水开采造成的湿地缺水退化,森林砍伐造成的沼泽湿地退化以及石油开采等工业三废、农药化肥等造成的湿地水体和土壤污染。 2)东北地区不同地理单元泥炭主要性质有显著差异。大小兴安岭和长白山地区泥炭有机质含量较高;松嫩平原有机质和腐殖质含量较低,灰分含量较高。不同的地貌特征和造炭植物条件下,泥炭中含水率、灰分及有机质之间存在显著差异。从空间分布来看,具有高含量SOM的泥炭沼泽主要出现在长白山、大兴安岭北部高纬度和三江平原地区;N的空间分布与有机质具有一致性,而P的空间分布则呈相反的特征。从典型泥炭沼泽土壤剖面特征来看,有机质与总氮含量在大多数剖面表现出随深度下降的总体趋势,容重总体上则随深度下降而升高。而总磷含量在剖面上的分布较为复杂,各个剖面之间差异较大,反映了各个剖面沉积物来源的差异。东北地区泥炭沼泽土壤中碳氮之间极显著的正相关关系表明泥炭土壤中碳氮的同源性。C∶P和N∶P比显著高于中国总体的湿地平均值,说明东北地区泥炭中P的供应是非常重要的限制性因素。东北泥炭沼泽土壤中有机质的变化主要受到水分的变化的支配,低的年平均气温与高的降水量有利于泥炭沼泽中SOM与TN的累积。 3)东北地区泥炭沼泽土壤碳库损失严重。根据估算结果,东北地区典型沼泽土壤剖面中碳密度在0.831-1.569g/cm2之间变化,平均值为1.162g/cm2,低于前人研究结果,可能与采样点泥炭层普遍较薄有关。大小兴安岭地区泥炭沼泽土壤有机碳密度相对较高,三江平原兴凯湖次之。氮磷密度在泥炭沼泽土壤中的空间分布差异性很大。2010年三江平原沼泽湿地表层土壤碳储量为71.26(52.63-99.38)万t,泥炭沼泽表层土壤碳储量25.29万t。大小兴安岭地区因湿地退化、泥炭损失造成的表层土壤有机碳储量损失了47.84%。湿地垦殖导致湿地面积丧失、湿地土壤有机碳含量下降是导致本地区湿地碳储量减少的最直接因素。 4)210Pb计年方法是东北地区泥炭沼泽近现代沉积年代确定的有效手段,137Cs定年结果可用来对210Pb计年结果进行检验。12个典型剖面的沉积时间介于74-152a之间,沉积速率介于1.36-4.65mm/yr之间。有地表水的剖面中沉积速率高于无地表水剖面。年际变化上大部分剖面都存在沉积速率先增加后降低的规律,也有剖面还存在先升后降再升的现象。这可能与剖面的水文状况有关。12个剖面累积通量介于0.040-0.048g cm2yr-1之间,与沉积速率之间并未表现出一致的规律,主要显示了土壤质地的差异。 5)东北地区典型泥炭沼泽土壤平均固碳速率在50.20-196.65g m-2yr-1之间,平均为107.44g m-2yr-。结合剖面沉积年代,剖面固碳速率与有机碳密度之间有良好的对应关系,说明本文固碳速率估算结果较为可靠。从年代代际变化来看,大部分地点的泥炭沼泽土壤固碳速率呈增加趋势,在1980s以后,除了CB、KL剖面之外,在其余的剖面中往往出现固碳速率峰值。泥炭沼泽土壤固碳潜力高于潜育沼泽,有泥炭藓发育的贫营养泥炭沼泽固碳速率高于草本泥炭沼泽。草本沼泽中,塔头与毛苔草泥炭沼泽土壤高于建群种为小叶章的潜育草本沼泽。说明不同植被状况下泥炭沼泽中的碳累积速率差异较大。植被的有无和植被类型对于沼泽湿地碳氮磷的累积具有重要意义。 6)与全球温带地区湿地土壤固碳速率相比,东北地区泥炭沼泽土壤中碳累积速率处于文献所报道的范围内,其良好的可比性说明本研究结果对于本地区湿地碳库研究是有效的补充。 7)P的累积速率变化范围为0.006(XK-T)-0.030(YC)g m-2yr-1,平均为0.017g m-2yr-1,在不同年际间变化不大,或者呈减少趋势。N的累积速率在0.018(XK-X)-0.105g m-2yr-1(TW)之间,平均为0.053g m-2yr-1,不同剖面中波动较大。 8)沼泽面积丧失导致研究区沼泽土壤固碳潜力大幅下降。估算三江平原地区1980s沼泽固碳潜力约为2.75×106t/yr,至2010年,仅为0.44×106t/yr,下降了81.93%。其中,泥炭沼泽土壤固碳潜力为3056×108g/yr,约为0.31×106t/yr,下降了67.30%,估算现状年长白山地区泥炭藓沼泽土壤固碳潜力约为0.49×106t/yr,虽然三江平原地区沼泽面积高于长白山地区泥炭藓沼泽面积,但因泥炭藓沼泽土壤固碳速率较高,因此固碳潜力较大。 9)碳固定速率与总氮含量及N∶P比之间存在显著的正相关关系。近几十年来东北地区大范围的沼泽耕地化,导致氮的输入增加,是20世纪80年代以来典型剖面固碳速率出现上升的原因;东北地区泥炭沼泽土壤中P元素的匮乏将促进氮对湿地生态碳固定速率的提升作用。