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西北研究院揭示活動層不同凍融階段土壤呼吸動態及其驅動機制

2020-09-16 西北生態環境資源研究院
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  青藏高原是中低緯度地帶多年凍土分布面積最廣的區域之一,土壤有機碳庫高達160±87Pg,在全球氣候變暖中具有重要作用。活性層作為多年凍土和大氣之間的緩沖層,對全球氣候變化的響應敏感且迅速,其水熱過程是驅動多年凍土碳、氮循環和生物地球化學循環的原動力。目前,活動層不同凍融階段如何調控土壤碳排放,及其排放模式和驅動機制尚不清楚。

  中國科學院西北生態環境資源研究院凍土工程國家重點實驗室研究人員在青藏高原腹地北麓河多年凍土區對高寒草甸生態系統土壤呼吸開展為期兩年的原位觀測,揭示活動層不同凍融階段土壤呼吸動態及其驅動機制(圖1)。研究發現,青藏高原多年凍土區高寒草甸土壤呼吸受活動層凍融過程調控作用明顯,活動層不同凍融階段土壤呼吸模式差異顯著(圖2)。在活動層夏季融化(ST)、秋季凍結(AF)、冬季降溫(WC)和春季升溫(SW)四個階段中,夏季融化、冬季降溫和春季升溫階段的土壤呼吸通量與5cm土壤溫度和水分均具有較顯著的相關關系;而秋季凍結階段活動層在處于由開放系統向封閉系統轉換中,土壤呼吸通量與土壤溫度水分相關關系均較弱(圖3)。在活動層土壤溫度較低的冬季降溫和春季升溫階段,以及土壤水分較高的夏季融化階段,土壤呼吸均具有較高的溫度感性(Q10,圖3)。夏季融化、秋季凍結、冬季降溫和春季升溫階段土壤二氧化碳溫室氣體的排放量分別占全年排放量的61.32%、8.89%、18.43%和11.29%。

  該研究進一步深化了對青藏高原多年凍土區活動層調控土壤呼吸的認識,為進一步完善陸面過程模式中土壤碳排放的水熱調控提供了參數化描述,對提高模式模擬青藏高原多年凍土區地-氣相互作用過程的模擬具有一定促進作用。

  相關研究成果以Soil respiration of alpine meadow is controlled by freeze-thaw processes of active layer in the permafrost region of the Qinghai-Tibet Plateau為題,發表在The Cryosphere上。西北研究院副研究員王俊峰為論文第一作者,研究員吳青柏為論文通訊作者。研究工作獲得國家自然科學基金、凍土工程國家重點實驗室自主課題發聯合資助。觀測研究工作得到青藏高原北麓河凍土工程與環境綜合觀測研究站的支持。

  論文鏈接 

圖1.活動層不同凍融階段土壤呼吸動態

圖2.活動層不同凍融階段土壤呼吸模式變化

圖3.活動層不同凍融階段土壤呼吸與5cm土壤溫度和水分的關系

打印 責任編輯:侯茜

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