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GCB:半幹旱凍土區全年生態系統呼吸對增溫誘導的土壤凍融期變化不敏感
2020-01-06      

  許多研究發現增溫會改變寒冷區域冬季土壤的凍融過程,如開始、結束日期,凍融頻率及強度。一些凍土培養實驗證明當土壤融化時土壤有機碳會暴露于空氣並被微生物分解,且富碳的凍土可能會通過生態系統呼吸(Re)向大氣釋放更多的CO2,因此理解增溫如何影響凍土區生態系統凍融期的機制至關重要。然而,以往研究大都來自潮濕、多冰的北極地區,與其相比,北半球約75%的不連續高山凍土分布于青藏高原,且表層多爲較薄、少冰的有機質層,更有利于促進大氣熱量傳導至深層凍土,半幹旱草地對凍融事件的響應可能與北極地區研究不同,況且短期培養實驗也許不能代表田間條件,因此凍融期對氣候變化的響應機制及其與原位Re的耦合作用尚不清楚。

  hb体育生态系统功能与全球变化团队、中國科學院青藏高原地球科学卓越创新中心汪诗平研究员课题组利用那曲增温降水平台连续两年的观测数据,试图检验下垫面为半干旱草甸的不连续高山多年冻土在增温(四种水平)及增水处理下土壤冻融交替如何变化,并且这种变化会如何影响全年生态系统呼吸。
  結果發現增溫顯著推遲了凍結期凍融交替開始及結束的日期,顯著提前了融化期凍融交替開始及結束的日期,因此大大縮短了完全凍結期的長度,進而縮短了整個凍融期(圖1)。增水對土壤凍融交替模式沒有顯著影響。雖然增溫降低了凍融期CO2總排放量(圖2),但是並未改變全年生態系統CO2總排放量(圖3),因爲增溫導致了土壤含水量的降低,並且凍融期Re對年際Re的貢獻較小。對于凍融交替事件,雖然單獨增水沒有效應、增水與增溫之間也不存在交互效應,但是增水促進了凍融期及全年的生態系統呼吸。本研究爲增溫及增水對凍融交替事件與全年生態系統呼吸的關系提供了直接原位證據,認爲可能土壤溫度控制土壤凍融事件變化,而土壤水分驅動全年生態系統CO2的排放,並且以往研究可能高估了不連續高山凍土半幹旱地區凍融交替期間生態系統CO2排放對全年生態系統CO2排放的影響。爲了更精確地預測氣候變化對凍土生態系統碳排放的影響,我們建議對全球高山地區降水變化及增溫的耦合效應進行重新評估。
  该研究成果以“Annual ecosystem respiration is resistant to changes in freeze-thaw periods in semi-arid permafrost”为题在线发表于Global Change Biology上,博士生王奇、吕汪汪、李博文和周阳为共同第一作者,汪诗平研究员为通讯作者。该研究得到了中國科學院A类战略性先导科技专项“泛第三极环境变化与绿色丝绸之路建设”、基金委重点基金以及中國科學院重点发展等项目的资助。
  文章鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.14979 
图1 增温处理下土壤冻融交替期的变化
图2 冻融期间不同阶段生态系统呼吸总排放结果
图3 完全融化期和全年生态系统呼吸总排放均值结果
 
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