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青藏高原泥炭地甲烷排放的時間異質性研究新進展

發布時間:2019-06-17

甲烷(CH4)是大氣中對溫室效應的貢獻僅次于二氧化碳(CO2)的重要溫室氣體,其在百年尺度上的全球增溫潛勢(Global Warming PotentialGWP)是CO228倍,造成的輻射強迫占所有長壽命溫室氣體的17%。濕地生態系統作爲最重要的自然CH4排放源,貢獻量約占全球排放總量的30-50%。然而,由于對生態系統尺度CH4排放動態及其控制因子的揭示仍然不夠,目前對全球濕地的CH4排放量估算還存在較大誤差。泥炭地是濕地生態系統中重要組成部分,其面積雖然僅爲陸地面積的3%,但碳庫容量卻高達612 Pg,約占全球土壤碳庫的三分之一。泥炭地既有豐富的有機質作爲底物供微生物分解,又長時間處于淹水條件下,爲CH4的大量、持續性産生提供了有利條件,這使得泥炭地成爲了研究CH4排放的重點對象。  

近年來,隨著渦度相關技術的發展,全球各地的泥炭地CH4排放觀測研究日益增多。由于氣候和觀測條件的限制,現有的觀測研究集中在低海拔地區泥炭地,而對有“世界第三極”之稱的青藏高原地區的CH4排放研究仍然很少。青藏高原的泥炭地主要發育在其東部邊緣的川西若爾蓋地區,面積約爲4600 km2,約占青藏高原泥炭地的88%,平均海拔3400米以上,是世界上最大的連片高寒泥炭地。估算研究表明,青藏高原濕地的CH4排放量占中國濕地CH4排放量的一半以上。因此,對若爾蓋泥炭地的觀測研究,將有助于更好地了解這一地區高寒泥炭地的CH4排放動態及其對全球變化的響應和影響。  

中國科學院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室、中國科學院第四纪科学与全球变化卓越创新中心洪冰研究员课题组的彭海军博士,利用涡度相关技术对若尔盖地区的红原泥炭地CH4排放動態進行了兩年的連續觀測研究(圖1)。研究發現,高寒泥炭地的年CH4排放量爲46.8 g CH4 m-2 ,並首次揭示其非生長季的排放量占全年排放量的25%。通過小波分析發現,生長季的CH4排放存在明顯的日變化特征,在天時間尺度上空氣溫度的變化與CH4排放通量呈同相關系,在周到月時間尺度上土壤溫度的變化與CH4排放通量呈同相關系(圖2),表明短時間尺度的CH4排放通量變化受空氣溫度變化控制,而在長時間尺度上則受土壤溫度的變化控制。這一研究不僅爲區域及全球高寒泥炭地的CH4排放通量估算及模擬提供了範例,更明確了渦度相關法觀測及基于渦度相關觀測數據的小波分析在准確揭示生態系統尺度CH4排放動態時間異質性方面的重要作用。

                 

 1. 若爾蓋紅原泥炭地溫室氣體觀測場(左)及渦度相關設備(右)
 

 

圖2.aCH4通量的小波頻譜能量;(b),(c),(d),(e),(f),(g),(h),(i)分別是空氣溫度,土壤-10 cm處溫度,土壤-25 cm處溫度,土壤-40 cm處溫度,摩擦風速,飽和水汽壓差,地下水位,土壤-25 cm和土壤-10 cm之間的溫度差與CH4通量之間的小波相關。  

該研究得到國家自然科學基金項目(413731344167311941773140)、中國科學院碳專項 XDA05120501)、中國科學院西部之光及環境地球化學國家重點實驗室野外平台建設項目的資助。研究成果已發表在國際著名氣象與大氣科學期刊《Agricultural and Forest Meteorology》上(Haijun Peng, Qian Guo, Hanwei Ding, Bing Hong*, Yongxuan Zhu, Yetang Hong, Cheng Cai, Yu Wang and Linggui. Yuan (2019). Multi-scale temporal variation in methane emission from an alpine peatland on the Eastern Qinghai-Tibetan Plateau and associated environmental controls. Agricultural and Forest Meteorology, 276-277: 107616)。  

全文鏈接:https://authors.elsevier.com/a/1ZDdWcFXJSYfY  

(環境室洪冰課題組供稿)