从汇到源：年度间盐度和水位的变化导致温带盐沼中二氧化碳交换量的显著差异

《Journal of Geophysical Research: Biogeosciences》：From Sink to Source: Salinity and Water Level Fluctuations Between Years Drive Large Differences in CO2 Exchange in a Temperate Salt Marsh

　　盐沼从碳汇转为碳源，主要受盐度升高和水表下降影响，随机森林模型显示降水、盐度和水位是关键驱动因素。

　　这项研究揭示了加拿大不列颠哥伦比亚省边界湾湿地生态系统在两年间碳平衡显著变化的现象，为理解盐沼生态系统在气候变化背景下的碳动态提供了重要线索。研究发现，2022年，该盐沼是大气中的碳汇，每年吸收约237.2克碳每平方米，而到了2023年，却转变为碳源，释放了约124.4克碳每平方米。这种转变主要是由于光合作用（GPP）的大幅下降，而生态系统呼吸（RECO）仅略有减少。通过使用涡度协方差（EC）技术进行连续监测，并结合随机森林（RF）模型分析不同环境因子对碳通量的影响，研究揭示了盐沼生态系统的碳动态如何受到水位和盐度变化的显著影响。

研究区域位于边界湾野生动物管理区，是加拿大最大的盐沼之一。该盐沼生态系统以盐草（Distichlis spicata）为主，这是一种适应高盐环境的C4植物，其叶片具有排盐机制。研究人员在2021年9月安装了一座涡度协方差塔，用于监测整个盐沼的碳通量变化。数据采集频率为每秒20次，每半小时进行一次平均，并通过一系列数据处理步骤，包括坐标旋转、湍流修正、数据质量评估和缺失值填补，确保数据的准确性与完整性。研究中还应用了多种统计方法，如Wilcoxon符号秩检验和Shapiro-Wilk检验，用于分析数据的分布特征和年度变化。

通过比较2022年和2023年的环境因子，研究发现降水、水位和盐度的变化是导致碳通量逆转的主要原因。2023年的降水量较2022年减少了约17%，且在生长季初期的降水显著减少，这对植物的生长和碳吸收产生了不利影响。此外，2023年的水位普遍低于2022年，导致土壤湿润度下降，而盐度则在生长季后期显著上升，进一步加剧了植物的胁迫状态。这些环境因子的变化共同导致了植物生长能力的下降，从而影响了整个生态系统的碳吸收能力。

在RF模型分析中，研究发现不同环境因子对碳通量的影响在两年间有所变化。例如，在2022年，水位（WTD）和温度（TS）是影响GPP的主要因子，而在2023年，盐度的影响显著增强。这表明，随着环境条件的变化，不同因子在碳循环中的相对重要性也会发生改变。同时，模型还显示，盐度和水位的改变对碳通量产生了强烈的负向影响，尤其是在生长季后期，这种影响尤为明显。

研究进一步分析了单一环境因子变化对碳通量的影响。结果显示，2023年的盐度升高对GPP的影响最为显著，降低了约3.6%的碳吸收能力。水位的下降也对GPP产生了一定的抑制作用，但影响程度低于盐度。相比之下，温度（TA）和光合有效辐射（PPFD_IN）对GPP的正向影响在2023年有所减弱，这可能与植物生长受到的多重压力有关。同时，研究还发现，2023年的盐度变化对生态系统呼吸（RECO）产生了显著的抑制作用，特别是在生长季后期，盐度升高导致呼吸速率下降，进一步加剧了碳通量的逆转。

此外，研究还探讨了不同盐沼生态系统之间的碳通量差异。例如，该盐沼在2022年的GPP值高于中国黄河三角洲、美国马萨诸塞州和加利福尼亚州的盐沼，但低于长江流域的盐沼。这表明，尽管盐沼生态系统在碳储存方面具有一定的普遍性，但具体区域的环境条件，如降水模式、盐度水平和水位变化，对其碳通量和碳平衡具有重要影响。研究还指出，该盐沼在2022年的碳通量值略高于全球盐沼土壤碳储存的平均水平，这可能意味着部分碳被保留在土壤中，而没有通过大气交换被释放。

通过比较不同盐沼的碳通量数据，研究强调了环境因子对盐沼碳动态的调控作用。例如，盐度的升高会限制植物的光合作用效率，而降水的减少则会影响植物的生长和土壤水分状况。这些因素的综合作用导致了碳通量的逆转。同时，研究还发现，水位的变化对碳通量的影响具有非线性特征，较高的水位可以维持植物的生长，而较低的水位则可能引发土壤的氧化过程，从而增加碳的释放。

研究的结论表明，盐沼生态系统的碳动态对年际环境变化极为敏感，特别是水位和盐度的变化。这种敏感性使得盐沼在面对气候变化时，可能表现出显著的碳平衡波动。因此，为了准确评估盐沼在碳储存和碳释放方面的功能，需要进行长期的多年度监测。这种监测不仅有助于理解盐沼碳通量的年际变化，还能为碳核算框架和湿地恢复策略提供科学依据。

同时，研究也指出了当前盐沼碳通量研究的一些局限性。例如，缺乏对横向碳通量的直接测量可能会影响对盐沼整体碳平衡的准确评估。此外，虽然盐沼通常被认为是碳汇，但其碳平衡可能会因环境条件的变化而发生显著波动。因此，在制定碳减排政策和湿地保护策略时，必须考虑到这种年际变化，以确保政策的有效性和科学性。

这项研究的意义在于，它为理解盐沼生态系统在气候变化背景下的碳动态提供了新的视角。通过结合涡度协方差技术和随机森林模型，研究不仅揭示了碳通量变化的驱动因素，还提供了量化分析的方法。这种方法可以应用于其他盐沼生态系统，以评估不同环境条件下的碳平衡变化。研究结果还强调了多年度监测的重要性，因为单一年度的数据可能无法全面反映盐沼生态系统的碳动态特征。

此外，研究还指出了未来研究的方向。例如，需要进一步量化盐沼生态系统的横向碳通量，并纳入甲烷（CH4）排放数据，以更全面地评估碳通量的平衡。虽然盐沼的甲烷排放通常较低，但其全球变暖潜力较高，因此即使少量的甲烷排放也可能对温室气体平衡产生重要影响。因此，未来的监测工作应包括对CH4排放的测量，以更准确地评估盐沼在碳循环中的作用。

总之，这项研究揭示了盐沼生态系统在年际环境变化下的碳动态变化，强调了水位和盐度变化对碳通量的显著影响。这些发现不仅加深了我们对盐沼碳循环机制的理解，也为全球碳核算和湿地保护策略提供了重要的科学依据。同时，研究也指出了当前盐沼碳通量研究的不足之处，为未来的研究方向提供了指导。