青藏高原多年凍土退化影響碳釋放的研究取得進(jìn)展
多年凍土區(qū)存儲大量有機(jī)碳，全球氣候變暖導(dǎo)致多年凍土退化，將導(dǎo)致大量的碳釋放，對氣候變化具有正反饋效應(yīng)。青藏高原是中低緯度面積最大的多年凍土區(qū)，氣候變暖導(dǎo)致地溫升高、活動層厚度增加和熱喀斯特地貌快速發(fā)育，進(jìn)而對生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)具有重要影響。然而，目前青藏多年凍土區(qū)土壤有機(jī)碳儲量如何，對氣候變化如何響應(yīng)還不清楚。
任務(wù)六專題5蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院牟翠翠教授與中科院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院、美國楊百翰大學(xué)和德國漢諾威萊布尼茲大學(xué)等單位的科研人員合作，于2020年在《Earth-Science Reviews》發(fā)表了題目“The status and stability of permafrost carbon on the Tibetan Plateau”的重要研究成果。綜合分析了過去青藏高原氣溫、多年凍土地溫和熱喀斯特地貌的發(fā)育過程，揭示了青藏高原多年凍土退化對碳循環(huán)過程的影響，全面評估了青藏高原多年凍土熱狀態(tài)變化及其對碳釋放影響的生物地球化學(xué)過程，結(jié)果為進(jìn)一步探討區(qū)域和全球尺度上多年凍土碳的氣候反饋效應(yīng)及生態(tài)環(huán)境變化等研究提供了科學(xué)參考。
研究首先根據(jù)Web of Science數(shù)據(jù)，對過去幾十年來北極和青藏高原多年凍土及碳循環(huán)的研究進(jìn)行了定量比較，表明青藏高原多年凍土是氣候變化研究的重要地區(qū)。通過對已有報(bào)道的采樣點(diǎn)分布、土壤有機(jī)碳測定方法、多年凍土區(qū)面積的界定、土壤有機(jī)碳的空間擴(kuò)展技術(shù)環(huán)節(jié)綜合分析，指出青藏高原多年凍土區(qū)表層2 m土壤碳儲量為19.0±6.6 Pg。這些土壤有機(jī)碳對氣候變化敏感，容易被微生物分解，不同植被類型下土壤有機(jī)碳分解的溫度敏感性系數(shù)為9.2±7.1。在高原尺度上，全球變暖增加了局部地區(qū)土壤碳的釋放，但變暖又促進(jìn)了植被生長，從而吸收更多的碳。綜合青藏高原不同地區(qū)模擬升溫及監(jiān)測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)干濕土壤條件下生態(tài)系統(tǒng)碳釋放對升溫的響應(yīng)不同。目前青藏高原總體表現(xiàn)為碳匯，但未來氣候變化可能增加多年凍土碳釋放速率，減弱其碳匯功能。
本研究還重點(diǎn)分析了熱喀斯特地貌對多年凍土碳循環(huán)的影響。已有的地球系統(tǒng)模式主要關(guān)注多年凍土緩慢升溫過程。但是，在富冰多年凍土區(qū)，多年凍土退化會導(dǎo)致地表沉降、滑塌或熱融侵蝕，形成熱喀斯特景觀。這些過程比較復(fù)雜而未被充分研究，因而還沒有被納入到耦合模型中，導(dǎo)致碳循環(huán)的評估具有很大不確定性。通過野外監(jiān)測分析表明，青藏高原熱融滑塌和熱融湖塘發(fā)育是影響溫室氣體釋放的重要過程，由于遙感技術(shù)限制，目前還缺少區(qū)域尺度擴(kuò)展和整體反饋效應(yīng)評估。為了降低多年凍土區(qū)土壤有機(jī)碳儲量及其對升溫響應(yīng)的不確定性，未來研究需要進(jìn)一步探索基于有機(jī)質(zhì)來源和沉積過程對土壤有機(jī)碳分解釋放的溫度敏感性的影響，并量化多年凍土退化過程中養(yǎng)分的有效性在調(diào)節(jié)土壤有機(jī)碳動力學(xué)和生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)中發(fā)揮的作用。
該研究得到了第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究項(xiàng)目（2019QZKK0605）（第一標(biāo)注）的資助。
圖1 青藏高原多年凍土退化對碳循環(huán)的影響示意圖