青藏高原高寒泥炭地甲烷排放的溫室效應研究取得進展

　　全球泥炭地的分布面積僅為陸地面積的3%，但其碳庫容量卻占全球土壤碳庫的三分之一，是陸地生態系統碳庫的重要組成部分。由于泥炭地生態系統與大氣進行頻繁的溫室氣體交換，在吸收大氣CO₂形成碳匯的同時會排放大量的CH₄，其發育演化對全球碳循環和氣候變化都有重要的影響。作為大氣中最重要的兩種溫室氣體，CO₂和CH₄貢獻了80%以上的溫室氣體輻射強迫。一方面，目前中低緯度地區泥炭地，尤其是青藏高原高寒泥炭地的CO₂和CH₄通量觀測研究仍然較少，給全球泥炭地的碳平衡和溫室效應估算造成了很大的不確定性；另一方面，受全球變化和人為活動加劇的雙重影響，青藏高原地區面臨著溫度急劇上升、冰川快速退縮，對該區高寒泥炭濕地的CO₂和CH₄排放產生了深遠影響。

　　中國科學院地球化學研究所環境地球化學國家重點實驗室、中國科學院第四紀科學與全球變化卓越創新中心洪冰研究員課題組聯合國內外學者，利用渦度相關技術對位于青藏高原東部的紅原泥炭地的CO₂和CH₄通量進行了為期32個月的連續監測，深入研究了高寒泥炭濕地生態系統的凈碳交換通量和全球增溫潛勢（global warming potentials，GWP）的動態變化過程（圖1），并探討了控制這些變化的主要環境因素。研究發現，紅原泥炭地是一個碳匯，其年平均CO₂和CH₄通量分別為-68±8 g CO₂-C m-2 和35±0.3 g CH₄-C m-2。考慮到單位質量的CH₄在100年時間尺度上的傳統全球增溫潛勢（traditional GWP）和持續全球增溫潛勢（sustained GWP）分別為CO₂的28倍和45倍，紅原泥炭地是溫室氣體的源，其年均溫室氣體通量分別為1059±30和1853±31 g CO₂-eq m-2，其中非生長季的溫室氣體通量占全年的40%以上。

　　圖1 紅原泥炭地從2013年12月到2016年7月的月CO₂通量CH₄通量和凈溫室氣體通量，其中CH4通量和凈溫室氣體通量是使用傳統GWP計算的，誤差棒表示通量觀測的隨機誤差和數據插補的不確定性。

　　在半小時的時間尺度上，太陽輻射和土壤溫度分別是CO₂和CH₄通量變化的主控因子。而在日到月時間尺度上，土壤溫度都是兩者的主要非生物控制因子溫室氣體通量在半小時、日、月三個時間尺度都主要受控于CO₂通量的變化，而與CH4通量的相關性則都較弱（圖2）。CO₂通量和CH₄通量的相關性從半小時到日再到月時間尺度上不斷增加，在這三個時間尺度上，太陽輻射和土壤溫度都是影響溫室氣體通量的主控因子。這些結果表明，在全球變暖不斷加劇的情景下，青藏高原地區的高寒泥炭地即使不轉變為碳排放源，也會對全球變暖產生更強的正反饋，進而加劇變暖的程度，形成惡性循環。因此，亟需加強對青藏高原地區以及中低緯度地區濕地生態系統溫室氣體排放，尤其是CH₄通量的長時間連續監測，以更好揭示這些濕地的碳排放對全球變化的反饋并預測這些生態系統的演化趨勢。

　　圖2 凈溫室氣體、CO₂和CH₄通量在半小時、日和月時間尺度上的主成分分析的載荷圖及其與太陽輻射、空氣溫度和降雨量等環境因子的相關矩陣，數值代表相關系數，紅色數值為顯著相關（p<0.001）。