芬蘭科學(xué)家通過GFS-3000探究泥炭地碳?xì)怏w通量組分空間變異的原因

瀏覽次數(shù)：1767　發(fā)布日期：2022-12-2　來源：澤泉

芬蘭科學(xué)家使用便攜式光合熒光測(cè)量系統(tǒng)GFS-3000等研究了不同植被相關(guān)參數(shù)對(duì)解釋泥炭地碳?xì)怏w通量組分空間變異的有效性，發(fā)現(xiàn)在解釋泥炭地CO2和CH4氣體交換方面，植物功能性狀起次要作用。

泥炭地是一個(gè)重要的土壤碳庫(kù)，然而，泥炭地之間和泥炭地內(nèi)部的碳?xì)怏w通量組分表現(xiàn)出明顯的空間變異。確定對(duì)這種變異的控制可能有助于理解泥炭地對(duì)全球變化的反應(yīng)。本研究評(píng)估了不同植被相關(guān)參數(shù)對(duì)解釋泥炭地碳?xì)怏w通量組分空間變異的有用性。研究人員假設(shè)，空間變異最好用基于性狀的指數(shù)來解釋（類似于其他陸地生態(tài)系統(tǒng)），并且土壤物理化學(xué)性質(zhì)（如氮含量或水位）的影響可以通過性狀來表現(xiàn)。此外與每個(gè)碳?xì)怏w通量組分相關(guān)的空間變異可以通過一組不同的性狀來解釋。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，使用了從沼澤化草甸到沼澤地的連續(xù)泥炭地時(shí)間序列，在相似的氣候條件下，用相似的方法記錄了所有變量。

觀察到所有測(cè)量氣體通量的空間變異性，CO2通量在站點(diǎn)之間顯示出顯著的變異性，而站點(diǎn)內(nèi)的變異性對(duì)于CH4通量更為重要。正如預(yù)期的那樣，結(jié)果表明，物理化學(xué)條件的影響是通過植被產(chǎn)生的。然而，與基于功能性狀的指數(shù)相比，功能植物的覆蓋被證明在解釋氣體通量變異性方面更有效。研究結(jié)果表明，對(duì)于未來的氣體通量建模而言，與其試圖使用個(gè)體性狀，不如細(xì)化植物功能群，并確保它們基于一組與所研究的生態(tài)系統(tǒng)過程相關(guān)的植物性狀，這可能更有用。這可以通過整理從泥炭地測(cè)量的大量性狀數(shù)據(jù)集來實(shí)現(xiàn)。

本研究中泥炭蘚的CO2氣體交換、維管植物的光合能力測(cè)量，使用了便攜式光合熒光測(cè)量系統(tǒng)GFS-3000（Walz，Germany）。

圖1 研究地點(diǎn)位于芬蘭西海岸的Siikajoki (北緯64°45′，東經(jīng)24°42′)。年平均降水量為541mm，年平均氣溫為2.6°C，最暖(15.9°C)和最冷(−5.8°C)月份分別為7月和1月

圖2 碳?xì)怏w通量組分、總光合作用(PG)、生態(tài)系統(tǒng)呼吸(RE)和甲烷(CH4)的潛在直接和間接控制概念圖

圖3 箱線圖顯示了沿演替樣帶總光合作用(a)、生態(tài)系統(tǒng)呼吸(b)和甲烷通量(c)的季節(jié)性累積的變化

圖4 箱線圖顯示了沿演替樣帶莎草(a)、闊葉雜草(b)、灌木(c)和泥炭蘚(d)覆蓋層的變化

圖5 箱線圖顯示了沿演替樣帶香農(nóng)指數(shù)(Shannon index, a)、維管植物群落的功能多樣性(b)和泥炭蘚群落的功能多樣性(c)的變化

圖6 維管植物(a)和泥炭蘚(b)群落加權(quán)平均性狀值的主成分分析(PCA)排序。不同研究地點(diǎn)的樣圖以不同的顏色顯示。wt_dif表示樣地水位和現(xiàn)場(chǎng)平均水位之間的差值，并用作補(bǔ)充變量。維管植物性狀包括：植株高度、比葉面積(SLA)、葉片碳和氮含量以及葉片碳氮比、全光照下的光合作用(Pmax)、呼吸速率(R)、分解速率（干物質(zhì)損失%）（分解%）、通氣組織的存在。泥炭蘚性狀包括頭狀花序和密傘花序密度(cap_dens, fasc_dens)、頭狀花序干重(cap_dw)、頭狀花序含水量(cap_wc)、頭狀花序碳和氮含量、碳氮比、全光照下的光合作用(Pmax)、呼吸速率(R)、分解速率(干質(zhì)量損失%) (分解%)

圖7 總光合作用直接和間接控制的結(jié)構(gòu)方程模型示意圖

圖8 生態(tài)系統(tǒng)呼吸直接和間接控制的結(jié)構(gòu)方程模型示意圖

圖9 甲烷通量直接和間接控制的結(jié)構(gòu)方程模型示意圖

這項(xiàng)研究首次將泥炭地CO2和CH4通量的空間變異與相同地點(diǎn)同期測(cè)量的大量功能性狀聯(lián)系起來。雖然先前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)功能性狀可以解釋特定泥炭地生態(tài)系統(tǒng)類型的性質(zhì)，但本研究中Siikajoki泥炭地時(shí)間序列使我們能夠在相同的氣候條件、測(cè)量年份和測(cè)量方法下，對(duì)一系列泥炭地類型（從沼澤化草甸到演替后期的貧營(yíng)養(yǎng)泥炭沼澤）進(jìn)行概括。我們的采樣捕獲了泥炭地內(nèi)和泥炭地之間的空間變異性。所有測(cè)得的泥炭地碳?xì)怏w通量組分中都存在明顯的空間變異。CO2通量在站點(diǎn)之間顯示出顯著的變異性，而站點(diǎn)內(nèi)的變異性對(duì)于CH4通量更為重要。

—— 原文 ——
Laine A M, Korrensalo A, Tuittila E S. Plant functional traits play the second fiddle to plant functional types in explaining peatland CO2 and CH4 gas exchange. ScienceofTheTotalEnvironment,2022,834:155352.

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