Picarro--火燒對北極生態(tài)系統(tǒng)CO2，CH4和N2O交換的影響

 

近幾十年來，北極氣溫上升超過全球平均氣溫的兩倍，且在2100年以前，可能會增加2-8℃。近年來野火頻繁發(fā)生和蔓延，它以不同的方式干擾著生態(tài)系統(tǒng)，包括破壞地上和地下植物生物量以及通過改變C、N和P有效性改變土壤性質(zhì)。在高緯度地區(qū)苔原火災(zāi)的頻率和范圍與氣候條件有關(guān)，火災(zāi)事件的增加與夏季變干變暖有關(guān)。氣候變化會改變北極無冰區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤和大氣之間CH₄，CO₂和N₂O的交換。大約一半的全球土壤C沉積在北極中，氣候變化和野火增加會導(dǎo)致大量C釋放到大氣中，影響全球C收支，導(dǎo)致氣候正反饋。同時也有研究表明，野火會導(dǎo)致排水良好的針葉林土壤中CH₄吸收速率增加。然而，野火對苔原生態(tài)系統(tǒng)C和N循環(huán)的短期和長期影響理解匱乏，且尚不清楚野火對苔原生態(tài)系統(tǒng)土壤CH₄，CO₂和N₂O通量的影響。

基于此，在本文中，來自哥本哈根大學(xué)的研究團(tuán)隊于2017-2019年在西格陵蘭島凱凱塔蘇瓦克島(69°16′N，53°27'W)南端的Blæsedalen原位調(diào)查了環(huán)境和增溫條件下實驗火燒對CO₂，CH₄（Picarro G4301）和N₂O通量的影響。作者同時收集了氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù)。燃燒過程中測量和記錄了2和5 cm深度的土壤溫度。2017年8月，2018年7月和2019年7月采集0-5 cm土壤，分析了其總和可溶性C、N和P。分析了2017年樣品的pH和C:N比。提取潮濕土壤中的水溶液，過濾，測量其NO_3^--N，NH_4⁺-N和PO_4^3--P。主要研究目的為（1）量化實驗火燒后即時和短期凈CO₂，CH₄和N₂O交換率，（2）確定生態(tài)系統(tǒng)凈GHG交換過程的限制因素，（3）測試土壤理化條件的時間變化和凈GHG交換率之間的關(guān)系，以及（4）量化氣候增溫下，火燒對凈GHG交換率的影響。
 

【結(jié)果】

2017-2019年試驗期間，火燒前后的氣體通量（a）NEE，（b） GEP，（c）ER，（d）CH₄和（e）N₂O。
 

2018-2019年原位土壤吸收率和土壤含水量之間的關(guān)系（a）以及原位ER率和土壤溫度之間的關(guān)系（b）。

【結(jié)論】

該文研究了實驗火燒對北極生態(tài)系統(tǒng)GHG交換的即時和短期影響。整個研究期間，火燒地上植被，該區(qū)會轉(zhuǎn)變?yōu)镃O₂源。在燃燒區(qū)，凈CO₂釋放增加主要與光合活性與ER立即增加有關(guān)。即使與增溫相結(jié)合，盡管OTCs顯著提高了1℃，燃燒區(qū)光合活性和生態(tài)系統(tǒng)呼吸均無增加。雖然實驗和相對低強度的火燒對地面是一種破壞力，但火燒后對地下性質(zhì)和季節(jié)與年際過程變化的影響有限，這是由天氣條件驅(qū)動的。因此，在排水良好的北極苔原生態(tài)系統(tǒng)中，低強度火燒對地下相關(guān)溫室氣體過程（如CH₄和N₂O的消耗和產(chǎn)生）的影響可以忽略不計�？傊�，環(huán)境和增溫條件下土壤對CH₄凈吸收的變化主要受土壤含水量控制。火燒對植被的破壞和隨后的無機(jī)N沖刷并沒有對普遍較低的N₂O排放產(chǎn)生假設(shè)的刺激作用，但火燒后N₂O通量立即顯著下降。然而，在過去的1年和2年里，無論有無增溫，N₂O通量都沒有受到火燒的影響。在排水良好的北極苔原生態(tài)系統(tǒng)中，以CO₂當(dāng)量通量計算的總GHG收支強調(diào)了火燒后CO₂排放的主要貢獻(xiàn)。因此，典型火燒長期影響的一個重要因素是植物恢復(fù)的速度及其對CO₂的吸收。在本研究中，作者研究了具有淺有機(jī)層的排水良好的苔原中典型火燒的影響。許多野火會造成輕度和高度嚴(yán)重燃燒區(qū)，特別是在泥炭形成較深的生態(tài)系統(tǒng)中，這可能會對凈溫室氣體收支產(chǎn)生更大的影響。因此，需要進(jìn)一步研究高強度火燒對北極苔原以及其他北極生態(tài)系統(tǒng)三種溫室氣體通量的影響。
 

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