研究揭示 “塔頭”苔草泥炭沼澤的生態(tài)功能維持機制
密叢型苔草為適應地表過濕或積水環(huán)境的變化密集生長和根系迭生而產(chǎn)生地表起伏，形成草丘微地貌（又稱“塔頭”）。苔草草丘作為一種獨特的濕地景觀和珍貴的自然資源，廣泛分布于北方泥炭地，具有生物多樣性維持、碳固存、凈化水質(zhì)、提供生物棲息地等生態(tài)功能。近幾十年來，由于人類大規(guī)模的開發(fā)利用，密叢型苔草沼澤面積急劇減少，功能退化。然而，目前關(guān)于密叢型苔草沼澤生態(tài)功能維持機制的認識仍較為有限，制約了對密叢型苔草沼澤保護和恢復的技術(shù)研發(fā)和科學決策。為解決上述問題，中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所姜明研究員團隊與東北師范大學王升忠教授團隊以長白山區(qū)泥炭地為研究區(qū)，聯(lián)合開展了密叢型苔草泥炭沼澤生物多樣性和碳庫功能維持及其穩(wěn)定性機制研究。
在生物多樣性維持方面，發(fā)現(xiàn)密叢型苔草沼澤的物種多樣性顯著高于梳叢型苔草沼澤。一方面，密叢性苔草草丘的物種豐富度與草丘的表面積顯著正相關(guān)。相比梳叢型苔草沼澤，草丘的存在可使地表表面積增加40%，為植物生長提供更多的生存空間，增加了生物多樣性。另一方面，草丘微地貌形成了丘上和丘間兩種微生境，積水狀況、土壤溫濕度和養(yǎng)分狀況等呈現(xiàn)顯著差異，為不同水分和養(yǎng)分適應型植物提供了適宜的生存環(huán)境，增加了生物多樣性（Wang et al., 2018）。泥炭地開墾后，密叢型苔草優(yōu)勢物種在土壤種子庫中基本消失，但殘存土壤種子庫可使地上植被自然恢復成新生的濕地植物群落。因此，恢復過程中，需要通過塔頭移栽等手段，結(jié)合水文、地貌等環(huán)境條件的改造，支撐泥炭地生物多樣性的恢復與保護（Wang et al., 2020）。
在土壤碳庫功能維持及其穩(wěn)定性方面，精確計算了密叢型苔草沼澤的碳儲量，為科學評估泥炭沼澤的碳庫功能提供科學支撐。草丘微地貌使泥炭地土壤有機碳儲量和活性有機碳組分呈現(xiàn)明顯的空間異質(zhì)性。其中，丘上土壤有機碳濃度和活性有機碳含量（LFOC、EOC、MBC、DOC）顯著高于丘下和丘間位置。平均而言，草丘占泥炭地地表單位面積的30%，卻儲存了表層30cm范圍內(nèi)有機碳總量的56%。因此，草丘具有更高的有機質(zhì)積累和碳儲存能力，而傳統(tǒng)的研究和估算方法因忽略草丘而使該類泥炭地土壤有機碳含量普遍被低估37%（Wang et al., 2021）。其中，土壤微生物酶活性在有機碳分解過程中起著關(guān)鍵作用。草丘微地貌引起的水文條件、土壤溫度和養(yǎng)分異質(zhì)性，使土壤酶活性具有顯著的空間和季節(jié)異質(zhì)性。丘上土壤的水解酶（βG、NAG、AP）的活性顯著高于丘間，而氧化酶（PER）活性顯著低于丘間，進而影響泥炭地碳循環(huán)和碳庫穩(wěn)定性（Wang et al., 2021）。同時，草丘更高的活性有機碳含量，使其更易礦化和周轉(zhuǎn)。因此，密叢型苔草沼澤作為巨大的泥炭地碳庫，與其他濕地生態(tài)系統(tǒng)相比，對未來氣候和環(huán)境變化將表現(xiàn)出更高的敏感性和不穩(wěn)定性。
本研究揭示了草丘微地貌在泥炭沼澤生物多樣性和碳庫功能維持中的作用，強調(diào)了密叢型苔草作為泥炭地“超級植物”，發(fā)揮著“生態(tài)系統(tǒng)工程師”的作用。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際期刊《Catena》、《Ecological Indicators》、《Marine and Freshwater Research》、《Wetlands》上。東北師范大學王銘副教授為第一作者，東北地理所王國棟副研究員和東北師范大學王升忠教授為共同通訊作者。研究得到國家自然科學基金區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金、面上項目、國家重點研發(fā)計劃和中科院青年創(chuàng)新促進會項目等共同資助。
論文信息：
1.Wang, M, Wang, SZ, Cao, YW*, Jiang, M, Wang, GD*, Dong, YM. 2021. The effects of hummock-hollow microtopography on soil organic carbon stocks and soil labile organic carbon fractions in a sedge peatland in Changbai Mountain, China. Catena, 201: 105204. https://doi.org/10.1016/j.catena.2021.105204
2.Wang, M, Han, YY, Xu, ZW, Wang, SZ*, Jiang, M, Wang, GD*. 2021. Hummock-hollow microtopography affects soil enzyme activity by creating environmental heterogeneity in the sedge-dominated peatlands of the Changbai Mountains, China. Ecological Indicators, 121: 107187. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2020.107187
3.Wang, M, Wang SZ, Wang, GD*, Jiang, M. 2020. Soil seed banks and restoration potential of tussock sedge meadows after farming in Changbai Mountain, China. Marine and Freshwater Research, 71: 1099-1106. https://doi.org/10.1071/MF19025
4.Wang, M, Wang, GD*, Wang SZ*, Jiang, M. 2018. Structure and richness of Carex meyeriana tussocks in peatlands of northeastern China. Wetlands, 38(1): 15-23. https://doi.org/10.1007/s13157-017-0952-y
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