青藏高原凍土磷循環(huán)
磷素是生命體必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和能量來源。跨介質(zhì)遷移路徑和通量是多圈層生物地球化學(xué)循環(huán)模型構(gòu)建的理論基礎(chǔ)，磷素循環(huán)對(duì)非線性自然過程和人類活動(dòng)影響的響應(yīng)與預(yù)測(cè)是全球變化研究的前沿科學(xué)問題。凍融相變對(duì)磷素的活化機(jī)制以及混合營(yíng)力下的磷循環(huán)動(dòng)力過程具有復(fù)雜性，土壤磷庫(kù)變化參量是制約傳統(tǒng)模型預(yù)測(cè)精度的關(guān)鍵所在。
為解決上述科學(xué)問題，第二次青藏科考“生態(tài)安全屏障功能與優(yōu)化體系”任務(wù)“重大生態(tài)工程成效評(píng)估”專題中國(guó)科學(xué)院成都山地所西藏生態(tài)環(huán)境創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)通過長(zhǎng)期積累，建立凍土標(biāo)本庫(kù)和土壤磷數(shù)據(jù)集，系統(tǒng)評(píng)估了1980s和2020s的凍土磷密度與儲(chǔ)量變化和歷史軌跡。自主研發(fā)了基于質(zhì)量平衡原理的生態(tài)系統(tǒng)磷流模型（MPFE），開展SSP1-RCP2.6、SSP2-RCP4.5、SSP3-RCP7.0和SSP5-RCP8.5等情景預(yù)測(cè)。研究發(fā)現(xiàn)，青藏高原凍土表層土壤（0-30 cm）磷密度從1980s的1583.8 ± 67.6 kg P ha-1下降至2020s的1046.4 ± 32.0 kg P ha-1。土壤磷儲(chǔ)量減少了125.1 Tg P，下降幅度為36.1%。土壤磷年均流失量達(dá)3.5 Tg P yr-1，相當(dāng)于中國(guó)農(nóng)田年磷肥施用量的83%。水蝕貢獻(xiàn)了總磷輸出的82.3%，遠(yuǎn)高于風(fēng)蝕（4.0%）和植物吸收（13.7%）的貢獻(xiàn)率。青藏高原生態(tài)工程實(shí)施減少磷損失量0.29 Tg P。到本世紀(jì)末，表層土壤磷儲(chǔ)量預(yù)期僅為1980s的20.3%，凍土磷素快速流失導(dǎo)致氮磷失衡加劇植物磷限制，增加了水環(huán)境富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)并產(chǎn)生廣域效應(yīng)。該研究為凍土區(qū)生物地球化學(xué)循環(huán)提供了理論和方法，為青藏高原生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供了重要的科技支撐。
研究成果以Soil phosphorus crisis in the Tibetan alpine permafrost region為題，發(fā)表在Nature Communications上。該研究得到了第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。成都山地所洪江濤副研究員、博士生龐博為共同第一作者，王小丹研究員為通訊作者。