Bão ảnh hưởng đáng kể nhưng không đồng nhất đến quá trình trao đổi carbon của hệ sinh thái rừng ngập mặn cận nhiệt đới tại Trung Quốc
Tóm tắt
Tóm tắt. Bão là những hiện tượng thiên nhiên rất khó lường đối với các khu rừng ngập mặn cận nhiệt đới ở các quốc gia châu Á, nhưng vẫn còn ít thông tin về cách mà những hiện tượng này ảnh hưởng đến quá trình trao đổi carbon dioxide (CO2) ở mức hệ sinh thái của các vùng đất ngập mặn. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã xem xét ảnh hưởng ngắn hạn của những cơn bão mạnh và thường xuyên đến việc rụng lá và quá trình trao đổi CO2 của hệ sinh thái (NEE) của các rừng ngập mặn cận nhiệt đới, đồng thời tổng hợp 19 cơn bão trong khoảng thời gian 4 năm từ 2009 đến 2012 để tìm hiểu thêm về cơ chế điều tiết của bão đến các dòng carbon và nước của hệ sinh thái sau khi có hiện tượng bão. Gió mạnh và mưa lớn đã gây ra hiện tượng rụng lá và hiệu ứng làm mát cục bộ trong mùa bão. Giá trị tổng NEE hàng ngày giảm từ 26 đến 50% sau một số cơn bão (ví dụ: W28-Nockten, W35-Molave và W35-Lio-Fan), nhưng lại tăng đáng kể (43 đến 131%) sau bão W23-Babj và W38-Megi. Cường độ và xu hướng phản ứng NEE hàng ngày rất đa dạng tùy thuộc vào từng cơn bão khác nhau, điều này được xác định bởi sự cân bằng giữa biên độ của sản xuất sinh thái tổng (GEP) và hô hấp sinh thái (RE). Hơn nữa, kết quả từ tổng hợp của chúng tôi chỉ ra rằng thời gian bão đổ bộ, tốc độ gió và lượng mưa là những yếu tố quan trọng nhất kiểm soát dòng CO2 sau các sự kiện bão. Những phát hiện này chỉ ra rằng những loại hiện tượng bão khác nhau có thể tác động một cách rất khác biệt đến lưu lượng CO2 của các hệ sinh thái rừng ngập mặn và bão có thể sẽ có tác động lớn hơn đến các quy trình chu trình carbon trong các hệ sinh thái rừng ngập mặn cận nhiệt đới khi cường độ và tần suất của bão dự kiến sẽ gia tăng trong các kịch bản biến đổi khí hậu toàn cầu trong tương lai.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Alongi, D. M.: Present state and future of the world's mangrove forests, Environ. Conserv., 29, 331–349, https://doi.org/10.1017/s0376892902000231, 2002.
Alongi, D. M.: Mangrove forests: Resilience, protection from tsunamis, and responses to global climate change, Estuar. Coast. Shelf Sci., 76, 1–13, https://doi.org/10.1016/j.ecss.2007.08.024, 2008.
Alongi, D. M.: The energetics of mangrove forests, Springer, Dordrecht, 2009.
Amiro, B. D., Barr, A. G., Barr, J. G., Black, T. A., Bracho, R., Brown, M., Chen, J., Clark, K. L., Davis, K. J., and Desai, A. R.: Ecosystem carbon dioxide fluxes after disturbance in forests of North America, J. Geophys. Res., 115, G00K02, https://doi.org/10.1029/2010jg001390, 2010.
Baldocchi, D.: "Breathing" of the terrestrial biosphere: lessons learned from a global network of carbon dioxide flux measurement systems, Aust. J. Bot., 56, 1–26, https://doi.org/10.1071/bt07151, 2008.
Barr, J. G., Engel, V., Fuentes, J. D., Zieman, J. C., O'Halloran, T. L., Smith III, T. J., and Anderson, G. H.: Controls on mangrove forest-atmosphere carbon dioxide exchanges in western Everglades National Park, J. Geophys. Res., 115, G02020, https://doi.org/10.1029/2009jg001186, 2010.
Barr, J. G., Engel, V., Smith, T. J., and Fuentes, J. D.: Hurricane disturbance and recovery of energy balance, CO2 fluxes and canopy structure in a mangrove forest of the Florida Everglades, Agr. Forest Meteorol., 153, 54–66, https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2011.07.022, 2012.
Bouillon, S., Borges, A. V., Castañeda-Moya, E., Diele, K., Dittmar, T., Duke, N. C., Kristensen, E., Lee, S. Y., Marchand, C., and Middelburg, J. J.: Mangrove production and carbon sinks: a revision of global budget estimates, Glob. Biogeochem. Cycl., 22, GB2013, https://doi.org/10.1029/2007gb003052, 2008.
Burba, G. G., Anderson, D. J., Xu, L., and McDermitt, D. K.: Correcting apparent off-season CO2 uptake due to surface heating of an open path gas analyzer: progress report of an ongoing study, 27th Confercence on Agricultural and Forest Meteorology, P4.4, San Diego, California, 24 May 2006.
Chen, L. Z., Wang, W. Q., Zhang, Y. H. and Lin, G. H.: Recent progresses in mangrove conservation, restoration and research in China, J. Plant Ecol., 2, 45–54, https://doi.org/10.1093/jpe/rtp009, 2009
Donato, D. C., Kauffman, J. B., Murdiyarso, D., Kurnianto, S., Stidham, M., and Kanninen, M.: Mangroves among the most carbon-rich forests in the tropics, Nat. Geosci., 4, 293–297, https://doi.org/10.1038/ngeo1123, 2011.
Dietze, M. and Clark, J. S.: Changing the gap dynamics paradigm: vegetative regeneration control on forest response to disturbance, Ecol. Monogr., 78, 331–347, https://doi.org/10.1890/07-0271.1, 2007.
Duke, N. C., Meynecke, J. O., Dittmann, S., Ellison, A. M., Anger, K., Berger, U., Cannicci, S., Diele, K., Ewel, K. C., and Field, C. D.: A world without mangroves?, Science, 317, 41–42, https://doi.org/10.1126/science.317.5834.41b, 2007.
Emanuel, K.: Environmental factors affecting tropical cyclone power dissipation, J. Climate, 20, 5497–5509, https://doi.org/10.1175/2007jcli1571.1, 2007.
Falge, E., Baldocchi, D., Olson, R., Anthoni, P., Aubinet, M., Bernhofer, C., Burba, G., Ceulemans, R., Clement, R., and Dolman, H.: Gap filling strategies for long term energy flux data sets, Agr. Forest Meteorol., 107, 71–77, https://doi.org/10.1016/S0168-1923(00)00235-5, 2001.
Gilbert, A. J., and Janssen, R.: Use of environmental functions to communicate the values of a mangrove ecosystem under different management regimes, Ecol. Econ., 25, 323–346, https://doi.org/10.1016/s0921-8009(97)00064-5, 1998.
Gilman, E. L., Ellison, J., Duke, N. C., and Field, C.: Threats to mangroves from climate change and adaptation options: A review, Aquat. Bot., 89, 237–250, https://doi.org/10.1016/j.aquabot.2007.12.009, 2008.
Goulden, M. L., Miller, S. D., Da Rocha, H. R., Menton, M. C., de Freitas, H. C., Silva Figueira, A. M., and de Sousa, C. A. D.: Diel and seasonal patterns of tropical forest CO2 exchange, Ecol. Appl., 14, S42–S54, https://doi.org/10.1890/02-6008, 2004.
Greening, H., Doering, P., and Corbett, C.: Hurricane impacts on coastal ecosystems, Estuar. Coast., 29, 877-879, https://doi.org/10.1007/bf02798646, 2006.
IPCC: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge University Press, Cambridge and New York, 2013.
Ito, A.: Evaluation of the impacts of defoliation by tropical cyclones on a Japanese forest's carbon budget using flux data and a process-based model, J. Geophys. Res., 115, G04013, https://doi.org/10.1029/2010jg001314, 2010.
Keith, H., van Gorsel, E., Jacobsen, K., and Cleugh, H.: Dynamics of carbon exchange in a Eucalyptus forest in response to interacting disturbance factors, Agr. Forest Meteorol., 153, 67–81, https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2011.07.019, 2012.
Knutson, T. R., McBride, J. L., Chan, J., Emanuel, K., Holland, G., Landsea, C., Held, I., Kossin, J. P., Srivastava, A., and Sugi, M.: Tropical cyclones and climate change, Nat. Geosci., 3, 157–163, https://doi.org/10.1038/ngeo779, 2010.
Kovacs, J. M., Malczewski, J., and Flores-Verdugo, F.: Examining local ecological knowledge of hurricane impacts in a mangrove forest using an analytical hierarchy process (AHP) approach, J. Coastal Res., 20, 792–800, https://doi.org/10.2112/1551-5036(2004)20[792:elekoh]2.0.co;2, 2004.
Kristensen, E., Bouillon, S., Dittmar, T., and Marchand, C.: Organic carbon dynamics in mangrove ecosystems: A review, Aquat. Bot., 89, 201–219, https://doi.org/10.1016/j.aquabot.2007.12.005, 2008.
Kwon, H., Kim, J., Hong, J., and Lim, J. H.: Influence of the Asian monsoon on net ecosystem carbon exchange in two major ecosystems in Korea, Biogeosciences, 7, 1493–1504, https://doi.org/10.5194/bg-7-1493-2010, 2010.
Li, J. H., Powell, T. L., Seiler, T. J., Johnson, D. P., Anderson, H. P., Bracho, R., Hungate, B. A., Hinkle, C. R., and Drake, B. G.: Impacts of Hurricane Frances on Florida scrub-oak ecosystem processes: defoliation, net CO2 exchange and interactions with elevated CO2, Glob. Change Biol., 13, 1101–1113, https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2007.01358.x, 2007.
Lindroth, A., Lagergren, F., Grelle, A., Klemedtsson, L., Langvall, O., Weslien, P., and Tuulik, J.: Storms can cause Europe-wide reduction in forest carbon sink, Glob. Change Biol., 15, 346–355, https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2008.01719.x, 2008.
Mauder, M., and Foken, T.: Impact of post-field data processing on eddy covariance flux estimates and energy balance closure, Meteorol. Z., 15, 597-609, https://doi.org/10.1127/0941-2948/2006/0167, 2006.
Milbrandt, E. C., Greenawalt-Boswell, J. M., Sokoloff, P. D., and Bortone, S. A.: Impact and response of southwest Florida mangroves to the 2004 hurricane season, Estuar. Coast., 29, 979–984, https://doi.org/10.1007/BF02798659, 2006.
Noormets, A., Chen, J., and Crow, T. R.: Age-dependent changes in ecosystem carbon fluxes in managed forests in northern Wisconsin, USA, Ecosystems, 10, 187–203, https://doi.org/10.1007/s10021-007-9018-y, 2007.
O'Halloran, T. L., Law, B. E., Goulden, M. L., Wang, Z., Barr, J. G., Schaaf, C., Brown, M., Fuentes, J. D., Göckede, M., and Black, A.: Radiative forcing of natural forest disturbances, Glob. Change Biol., 18, 555-565, https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2011.02577.x, 2012.
Ostertag, R., Scatena, F. N., and Silver, W. L.: Forest floor decomposition following hurricane litter inputs in several Puerto Rican forests, Ecosystems, 6, 261–273, https://doi.org/10.1007/s10021-002-0203-8, 2003.
Paw U, K. T., Baldocchi, D. D., Meyers, T. P., and Wilson, K. B.: Correction of eddy-covariance measurements incorporating both advective effects and density fluxes, Bound.-Lay. Meteorol., 97, 487–511, https://doi.org/10.1023/a:1002786702909, 2000.
Powell, T. L., Gholz, H. L., Clark, K. L., Starr, G., CROPPER, W. P., and Martin, T. A.: Carbon exchange of a mature, naturally regenerated pine forest in north Florida, Glob. Change Biol., 14, 2523–2538, https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2008.01675.x, 2008.
Running, S. W.: Ecosystem disturbance, carbon, and climate, Science, 321, 652-653, https://doi.org/10.1126/science.1159607, 2008.
Sano, T., Hirano, T., Liang, N., Hirata, R., and Fujinuma, Y.: Carbon dioxide exchange of a larch forest after a typhoon disturbance, Forest Ecol. Manag., 260, 2214–2223, https://doi.org/10.1016/j.foreco.2010.09.026, 2010.
Tam, N. F. Y., Wong, Y. S., Lan, C. Y., and Wang, L. N.: Litter production and decomposition in a subtropical mangrove swamp receiving wastewater, J. Exp. Mar. Biol. Ecol., 226, 1–18, https://doi.org/10.1016/s0022-0981(97)00233-5, 1998.
Tomlinson, P. B.: The botany of mangroves, Cambridge University Press, New York, USA, 1986.
Turner, M. G., and Dale, V. H.: Comparing large, infrequent disturbances: what have we learned?, Ecosystems, 1, 493–496, https://doi.org/10.1007/s100219900045, 1998.
Valentini, R., Matteucci, G., Dolman, A., Schulze, E. D., Rebmann, C., Moors, E., Granier, A., Gross, P., Jensen, N., and Pilegaard, K.: Respiration as the main determinant of carbon balance in European forests, Nature, 404, 861-865, https://doi.org/10.1038/35009084, 2000.
Vargas, R.: How a hurricane disturbance influences extreme CO2 fluxes and variance in a tropical forest, Environ. Res. Lett., 7, 035704, https://doi.org/10.1088/1748-9326/7/3/035704, 2012.
Webster, P. J., Holland, G. J., Curry, J. A., and Chang, H. R.: Changes in tropical cyclone number, duration, and intensity in a warming environment, Science, 309, 1844–1846, https://doi.org/10.1126/science.1116448, 2005.
Wen, X. F., Wang, H. M., Wang, J. L., Yu, G. R., and Sun, X. M.: Ecosystem carbon exchanges of a subtropical evergreen coniferous plantation subjected to seasonal drought, 2003–2007, Biogeosciences, 7, 357–369, https://doi.org/10.5194/bgd-6-8691-2009, 2010.
Xu, X. N., Hirata, E., Enoki, T., and Tokashiki, Y.: Leaf litter decomposition and nutrient dynamics in a subtropical forest after typhoon disturbance, Plant Ecol., 173, 161–170, https://doi.org/10.1023/b:vege.0000029319.05980.70, 2004.
Zhang, Y. P., Tan, Z. H., Song, Q. H., Yu, G. R., and Sun, X. M.: Respiration controls the unexpected seasonal pattern of carbon flux in an Asian tropical rain forest, Atmos. Environ., 44, 3886–3893, https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2010.07.027, 2010.
Zheng, F. Z., Lu, C. Y., Zheng, W. J., and Lin, P.: Seasonal dynamics of litter fall and energy flow through the leaf litter of Kandelia candel mangrove in Jiulongjiang estuary, Fujian province, China, J. Xiamen University, 39, 693–698, 2000.