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涡度通量连续观测研究揭示海水养殖塘温室气体通量源汇特征

发布时间:2022-01-07

实验室朱旭东团队依托漳江口滨海湿地涡度通量观测平台(图1),开展海水养殖塘水气界面CO2和CH4通量的长期连续观测,在海水养殖塘温室气体通量源汇特征及环境控制方面取得了重要进展。相关成果以“Carbon dioxide uptake overrides methane emission at the air-water interface of algae-shellfish mariculture ponds: Evidence from eddy covariance observations”为题,2022年1月4日在线发表于国际期刊Science of the Total Environment。本研究首次采用涡度相关法开展了养殖塘水气界面CO2和CH4通量长期连续观测,较为完整地揭示了海水养殖塘水气界面温室气体通量的源汇特征,为进一步开展海水养殖碳收支与气候效应综合评估奠定了基础。

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图1 台海站漳江口滨海湿地涡度通量观测平台


研究背景

我国水产养殖规模位列世界第一,围塘养殖是水产养殖的重要类型之一,研究养殖塘温室气体通量源汇特征具有重要意义。尽管已有很多研究报道养殖塘是温室气体的重要排放源,但多以淡水养殖塘为研究对象,对海水养殖塘的研究较为缺乏。受多种环境因子与人为管理活动的复合影响,海水养殖塘水气界面CO2和CH4通量存在很强的时间变化(如昼夜、季节、年际变化)和空间变异(如不同养殖塘之间、同一养殖塘内不同区域),这给准确评估温室气体通量源汇特征带来了很大挑战。以往的研究通常采用漂浮箱法测定水气界面的温室气体通量,但该方法难以实现时间上的连续测定,也难以刻画通量的空间异质性。为降低养殖塘温室气体通量评估的不确定性,亟需引入新技术开展温室气体通量的长期连续观测,从而更好地揭示养殖塘温室气体通量的时空变异特征。

基于涡度相关法的温室气体通量观测具有非破坏性、稳定性高、连续观测等优点,同时观测数据可以表征较大空间范围内的平均通量,该方法已在很多生态系统类型得到较为广泛的应用,但目前还未有关于海水养殖塘温室气体涡度通量观测的文献报道。

研究成果

本研究对我国东南沿海亚热带河口海水养殖塘(缢蛏养殖:养蛏塘与养藻塘成对分布)水气界面CO2、CH4通量及环境因子开展涡度相关长期连续观测,基于2020年全年半小时通量观测数据的分析表明(图2):

(1)海水养殖塘水气界面表现为CO2的强汇(-227.7 g C m-2)和CH4的弱源(1.44 g C m-2),由CH4源引起的辐射增温效应在20年(100年)时间尺度上可以抵消由CO2汇引起的辐射冷却效应的25.9%(12.1%);

(2)CO2和CH4通量表现出不同的昼夜和季节变化规律,但两者在夏季均表现出最强的源汇通量,冬季通量强度小且波动大;

(3)CO2和CH4通量分别受控于光合有效辐射和潮汐盐度,但两者的通量大小也受到养殖塘水温和通量风浪区养藻塘占比变化的影响。

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图2 海水养殖塘温室气体通量源汇特征

研究团队

文章的第一作者为我院2020级硕士研究生张一萍,通讯作者为我院朱旭东副教授,共同作者包括中山大学覃章才教授和中国科学院大气物理研究所李婷婷副研究员。研究得到了国家科技基础资源调查专项(2021FY100704)、福建省自然科学基金项目(2020J01112079)、厦门市青年创新基金项目(3502Z20206038)和中央高校基本科研业务费专项(20720210075)的资助,并得到了漳江口红树林国家级自然保护区的大力支持。

原文链接:https://authors.elsevier.com/sd/article/S0048-9697(21)07946-8

延伸阅读

依托漳江口滨海湿地涡度通量观测平台,朱旭东副教授团队近五年来持续开展红树林、盐沼、养殖塘等滨海湿地温室气体通量与遥感光谱长期连续观测,旨在阐明滨海湿地碳循环过程与通量的时空变异特征,揭示滨海湿地碳源汇格局及其控制机制。相关研究成果可查阅以下文章:

1. Zhang, Y., Z. Qin, T. Li and X. Zhu* (2022). Carbon dioxide uptake overrides methane emission at the air-water interface of algae-shellfish mariculture ponds: Evidence from eddy covariance observations. Science of the Total Environment,doi: 10.1016/j.scitotenv.2021.152867.

2. Lu, Y. and X. Zhu* (2021). Response of mangrove carbon fluxes to drought stress detected by photochemical reflectance index. Remote Sensing,doi: 10.3390/rs13204053.

3. Zhu, X.*, C. Sun and Z. Qin (2021). Drought-induced salinity enhancement weakens mangrove greenhouse gas cycling. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences,doi: 10.1029/2021JG006416.

4. Zhu, X.*, Z. Qin and L. Song* (2021). How land-sea interaction of tidal and sea breeze activity affect mangrove net ecosystem exchange? Journal of Geophysical Research: Atmospheres,doi: 10.1029/2020JD034047.

5. Zhu, X.*, Y. Hou, Y. Zhang, X. Lu, Z. Liu and Q. Weng (2021). Potential of sun-induced chlorophyll fluorescence for indicating mangrove canopy photosynthesis. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences,doi: 10.1029/2020JG006159.

6. Zhu, X.*, L. Song, Q. Weng and G. Huang (2019). Linking in-situ photochemical reflectance index measurements with mangrove carbon dynamics in a subtropical coastal wetland. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences,doi: 10.1029/2019jg005022.


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