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

近幾十年來(lái)，北極氣溫上升超過(guò)全球平均氣溫的兩倍，且在2100年以前，可能會(huì)增加2-8℃。近年來(lái)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(guò)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(huì)改變北極無(wú)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(huì)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(shí)也有研究表明，野火會(huì)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(duì)苔原生態(tài)系統(tǒng)C和N循環(huán)的短期和長(zhǎng)期影響理解匱乏，且尚不清楚野火對(duì)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(lái)自哥本哈根大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)于2017-2019年在西格陵蘭島凱凱塔蘇瓦克島(69°16′N(xiāo)，53°27'W)南端的Bl?sedalen原位調(diào)查了環(huán)境和增溫條件下實(shí)驗(yàn)火燒對(duì)CO₂，CH4（Picarro G4301）和N₂O通量的影響。作者同時(shí)收集了氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù)。燃燒過(guò)程中測(cè)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(guò)濾，測(cè)量其NO3^--N，NH4⁺-N和PO₄^3--P。主要研究目的為（1）量化實(shí)驗(yàn)火燒后即時(shí)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(guò)程的限制因素，（3）測(cè)試土壤理化條件的時(shí)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(duì)凈GHG交換率的影響。

【結(jié)果】

2017-2019年試驗(yàn)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(shí)驗(yàn)火燒對(duì)北極生態(tài)系統(tǒng)GHG交換的即時(shí)和短期影響。整個(gè)研究期間，火燒地上植被，該區(qū)會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)?span style="text-align: justify; color: rgb(34, 34, 34); font-family: system-ui, -apple-system, BlinkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; font-size: 15px; letter-spacing: 0.544px; background-color: rgb(255, 255, 255);">CO₂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(wú)增加。雖然實(shí)驗(yàn)和相對(duì)低強(qiáng)度的火燒對(duì)地面是一種破壞力，但火燒后對(duì)地下性質(zhì)和季節(jié)與年際過(guò)程變化的影響有限，這是由天氣條件驅(qū)動(dòng)的。因此，在排水良好的北極苔原生態(tài)系統(tǒng)中，低強(qiáng)度火燒對(duì)地下相關(guān)溫室氣體過(guò)程（如CH₄和N₂O的消耗和產(chǎn)生）的影響可以忽略不計(jì)?？傊?，環(huán)境和增溫條件下土壤對(duì)CH₄凈吸收的變化主要受土壤含水量控制?；馃龑?duì)植被的破壞和隨后的無(wú)機(jī)N沖刷并沒(méi)有對(duì)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(guò)去的1年和2年里，無(wú)論有無(wú)增溫，N₂O通量都沒(méi)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(jì)算的總GHG收支強(qiáng)調(diào)了火燒后CO₂排放的主要貢獻(xiàn)。因此，典型火燒長(zhǎng)期影響的一個(gè)重要因素是植物恢復(fù)的速度及其對(duì)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(huì)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(huì)對(duì)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(qiáng)度火燒對(duì)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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