2020年05月26日 星期四
荒漠土壤甲烷吸收对降水、温度和氮沉降升高的响应与驱动机制
2019-12-09

温带沙质荒漠土壤是大气CH4一个微弱的汇,每年从大气中吸收0.83 kg CH4-C ha-1。增加30 %降水和适量氮沉降 (30 kg N ha-1 yr-1)分别显著的增强土壤CH4的汇高达62.3 和52.6 %,但是高量氮沉降 (60 kg N ha-1 yr-1) 并没有显著的影响。同时我们发现气候变暖1度(增温)每年仅减少CH4吸收1.61% (图1)。然而,在极端干旱或者极端降水事件后,增温对土壤CH4吸收的影响具有显著的抑制或促进作用,这主要取决于土壤湿度的变化(图2)。CH4吸收对降水、增温和氮沉降的交互效应的响应显著的低于任何单因素效应。CH4吸收与土壤可溶性有机碳 (DOC),短命植物地上生物量显著正相关,但是与土壤温度和土壤空气孔隙度呈现显著负相关(图3)。结构方程模型的结果进一步表明,温带沙质荒漠土壤CH4吸收主要受土壤水分和短命植物地下生物量的影响(图4)。综上表明荒漠土壤甲烷的源汇强度主要被增加降水和低量氮沉降控制,而受气候变暖的影响较弱,这将为该区域气候变暖产生强烈的负反馈效应。该研究成果于2019年发表在国际SCI杂志Biogeochemsity上。

图1. 自2014年9月至2017年8月自然降水和温度的变化特征(a),以及荒漠土壤甲烷吸收速率对增加降水(b)、氮沉降 (c), 降水和氮沉降交互(d)和增温、以及增温和降水、氮沉降交互的响应特征 (e)

图2. 增温在极端降水事件(a)和极端干旱事件(c)对土壤温度、土壤湿度和土壤甲烷吸收的影响(b,d)

图3. 土壤甲烷吸收与土壤硝态氮含量(a)土壤铵态氮(b)、土壤微生物量碳 (c)、微生物量氮(d)、土壤湿度(e)和土壤温度(f) 、土壤可溶性有机碳(g)、短命植物地上生物量(h)和土壤空气孔隙度的相互关系 (i)

图4. 结构方程模型分析土壤铵态氮(NH4+-N)、土壤湿度(SM)、土壤可溶性有机碳(DOC)、短命植物地下生物量(UGB)对土壤甲烷 (CH4)吸收速率的影响