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是“谁”影响了青藏高原上的碳氮循环

发布者:点击量:发布时间:2022-09-30

作者:杨晨 来源:中国科学报 发布时间:2022/9/30 15:04:48
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是“谁”影响了青藏高原上的碳氮循环

 

2022年9月27日,中国科学院成都生物研究所陈槐研究员及其团队,应邀在《自然综述:地球与环境》(Nature Reviews Earth & Environment)发文,综述了青藏高原上的碳氮循环变化及驱动机制,指出草地可持续管理、生态工程和绿色技术发展,将抑制青藏高原温室气体排放,有助于维持青藏高原的碳汇功能。

青藏高原生态系统对水土保持、全球生物多样性保护、区域气候以及碳汇等方面有重要意义。但近年来因为气候变化和人类活动强度增加影响,青藏高原生态系统的碳氮循环中诸多过程发生变化,进而改变了其碳固定功能。青藏高原碳氮循环过程发生了怎样的改变,如何实现其可持续的固碳功能?对影响青藏高原碳氮循环的主要因子的研究刻不容缓。

青藏高原是我国重要的碳库,90%以上的碳存储在土壤当中,研究表明青藏高原土壤碳储量(地下1 m)高于480亿吨, 土壤的碳储量(地下3 m)更是高达736亿吨。当下青藏高原变暖变湿,有利于高原植物生长,青藏高原也将变得更绿,从一定程度上增强了植物固碳能力,总体而言,青藏高原自然生态系统每年吸收碳约为44百万吨。

以青藏高原的湿地和水体为例,特别是陈槐研究员及其团队长期监测的泥炭地,是青藏高原甲烷排放的主要来源,占了整个高原甲烷排放的90%以上。虽然草地甲烷吸收能力的提升部分抵消了甲烷排放的增加,但数据显示,青藏高原每年排放甲烷仍维持在0.96百万吨左右。如何更好抑制温室气体排放,提升生态系统固碳功能?

布设野外样地 成都生物所供图

通过对近二十个青藏高原碳氮循环模型与实验研究进行进一步思考和整理,研究团队最终发现青藏高原生物地球化学循环中的四个重要“阀门”:植物生长的温度限制、生态系统的氮限制、土壤微生物的碳限制和干旱半干旱生态系统的土壤水分限制。

其中,气候变暖直接缓解了高原植物生长的温度限制,促进了植物生长。而植物生长的增加,其分配给地下的生物量(碳)也将增加,从而一定程度缓解了土壤微生物的碳限制。再加上增温效应的影响,土壤微生物的活性进一步增强,特别是氮循环相关微生物的活性增强,会缓解生态系统的氮限制。另外,对于青藏高原上受土壤水分限制的干旱半干旱生态系统而言,土壤水分变异性的加剧可能会缓解土壤水分的限制,从而决定着这些生态系统对全球变化响应的方向和强度。

同时,气候变化和人为活动导致了冰川和冻土融化。增温模拟实验显示,未退化的永久冻土,其生态系统中的植物生产力随着温度而增加,而退化冻土植物生产力随着温度增加而降低,极度退化的冻土中甲烷和氧化亚氮等温室气体排放显著增加,还会增加受解冻影响的水体温室气体排放。

此外,轻度或者中度放牧通过采食降低了草地的地上生物量,但一定程度上增加草地的地下生物量,同时向草地输入了富含氮的粪便,这仍有助于维持草地土壤碳氮储量。而重度放牧和严重的冻土融化一方面增加了土壤侵蚀和有机碳矿化,一方面减少了植物碳的输入,导致了青藏高原土壤碳氮大量损失。

在未来继续经历变暖和降水增加的趋势下,青藏高原会因此更绿色、更高产,然而放牧、冻土融化和工程建设等一系列原因引起的冻土和草地严重退化也一方面削弱了碳汇功能,一方面冻土碳库的分解使其存在从碳汇变为碳源的风险。

另外,在未来15年我国在青藏高原规划中将采取积极的恢复和碳减排措施,包括可持续草地管理、生态工程和绿色技术发展,这些措施将抑制青藏高原温室气体排放,有助于青藏高原碳汇维持和可持续发展。

相关论文链接:https://doi.org/10.1038/s43017-022-00344-2

 
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