蘭州大學沙漠研究團隊CO2通量研究取得新進展

日期: 2022-04-29 閱讀: 來源: 關鍵詞:

碳循環是陸地生態系統對全球變化響應的綜合表現,解析區域CO2吸收和釋放的途徑與動態已成為前沿科學問題。巴丹吉林沙漠生態系統極其脆弱,對氣候變化的響應十分敏感。在中國西北氣候暖濕化背景下,探索降水事件對沙漠生態系統碳交換的影響對于準確認識碳循環機理具有重要意義。蘭州大學冰川與沙漠研究中心在巴丹吉林沙漠腹地蘇木巴潤吉林建立了野外科學觀測實驗站(圖1),利用該站渦度相關系統對2016、2018、2019年沙漠生態系統凈CO2交換(NEE)進行連續觀測,發現巴丹吉林沙漠生態系統在觀測期間是一個凈CO2匯,年NEE在-113.4~-175.4 gCm-2a-1之間。降水模式對沙漠生態系統NEE的變化具有顯著的影響。降水強度越大,沙漠生態系統的固碳能力就越強。在全球變化背景下,中國西北降水總量和極端降水事件的頻率預計會增加,這意味著巴丹吉林沙漠的固碳能力將得到增強。

圖1 (a)研究區概況示意圖 (b)渦動觀測站安裝地點 (c)研究區域位置

巴丹吉林沙漠生態系統在2016、2018、2019年的NEE分別為-113.4、-130.7、-175.4gCm-2a-1,固碳作用明顯。2019年沙漠生態系統的固碳能力遠大于其它兩年。這可能是由于2019年的降水量分別為2016、2018年的2倍和1.6倍,且2019年的降水頻率比另外兩年均多10次所致。降水增多導致一年生或短命植物增多,這些淺根植物吸收了足夠的土壤水分進行碳同化,最終增加了群落的生產力。此外,降水強度和時間對沙漠生態系統NEE的變化也有顯著影響。

圖2 不同強度降水事件前后生態系統凈CO2交換(NEE)的時間變化(紅色陰影區域表示降水事件發生的當天)

圖2展示了4種典型獨立降水事件前后NEE的時間變化特征。結果表明,降水事件發生前,NEE表現出顯著的晝夜變化規律,CO2吸收主要發生在白天,而夜間為弱CO2的源;14.8mm降水事件發生的當天,NEE日變化幅度較小,且白天有明顯的CO2釋放現象;降水事件發生后,NEE在日變化模式和變化幅度上均有明顯的變化。

為進一步研究降水事件對沙漠生態系統CO2通量日變化的影響,沙漠研究團隊使用一個雙指數函數(式1)模擬了降水事件后NEE的變化,并對4種不同強度降水事件后NEE的實測值和模擬值進行了對比分析(圖3)。

 

圖3 不同強度降水事件后的日生態系統凈CO2交換(NEE)實測值和模擬值

降水事件可以顯著的改變沙漠生態系統中NEE的變化特征和幅度(圖3)。1.4和3.8mm降水事件發生后NEE均先上升到極值后再以指數的形式逐漸下降。相反,8.4和14.8mm降水事件發生后,NEE均先下降到極值后再以指數的形式逐漸恢復到平穩狀態。NEE對降水事件的不同響應可歸因于植物和土壤微生物的不同代謝響應。小的降水事件(< 5mm)只能濕潤表層土壤,使土壤微生物的呼吸作用和礦化速率迅速增加,從而導致生態系統碳損失。而大降水事件發生后,雨水會滲入到土壤深處到達植物根部,刺激植物吸收水分,從而提高光合作用。根據模擬值和實測值對比分析發現,NEE對降水的響應至少需要~1.4mm的降水量,表明巴丹吉林沙漠生態系統對降水事件具有高敏感性。

同時,沙漠研究團隊分析了不同強度降水事件與NEEmax、Tmax、Tl的關系(圖4)。結果表明,NEEmax與降水強度呈顯著的負相關關系(R2=0.59, p<0.01),而Tmax和Tl與降水強度則呈極其顯著的正相關關系(p<0.001)。

圖4 典型獨立降水事件后NEEmax、Tmax和Tl與降水強度的關系

(NEEmax表示某一降水事件后NEE的極值;Tmax表示NEE達到NEEmax的時間;Tl表示遺留效應的持續時間)

本研究揭示了降水事件對巴丹吉林沙漠生態系統碳源匯功能的影響,且為預測未來氣候變化下降水事件對沙漠碳收支的影響提供一定的數據支撐,有助于解釋全球碳循環中部分缺失的碳匯,但深入了解沙漠碳循環對降水的響應還需要進一步研究。該項成果是在巴丹吉林沙漠湖泊碳循環研究(文章鏈接:https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2021.107731)基礎上取得的新進展,以“Response of net ecosystem CO2exchange to precipitation events in the Badain Jaran Desert”為題發表于Environmental Science and Pollution Research上。蘭州大學地球系統科學專業博士研究生楊萍為論文第一作者,冰川與沙漠研究中心主任王乃昂教授為通訊作者,該研究得到了國家自然科學基金面上項目(41871021)和國家自然科學基金重點項目(41530745)的資助。

文章鏈接:https://doi.org/10.1007/s11356-021-18229-0

發現錯誤?報錯
文:
圖:
視頻:
編輯:段曉耀
責任編輯:彭倩

推薦關注

閱讀下一篇

欧美三级电影在线_两个人免费观看日本的完整版_无限资源中国资源_成年网站未满十八禁止看