LICA | 森林中溶解有机物的移动在解冻期间影响下游土壤的二氧化碳通量
- 2024-09-23 09:31:32
森林约占全球土壤碳库的70%，是调节大气CO2浓度的关键因素。湿地作为陆地和水生系统的过渡区，通常地下水位接近地表。全球变暖导致北方低地森林被湿地取代，造成景观破碎化，并可能改变碳通量。土壤CO2通量占大气碳的20-38%，其主要来源是土壤呼吸，包括自养和异养呼吸。异养呼吸受温度、湿度和溶解有机物（DOM）影响。低分子量化合物（LMW）更易降解，促进微生物活动和土壤呼吸。解冻期雨雪事件可将DOM输送至湿地，影响土壤CO2通量。本研究假设，解冻期森林湿地集水区的土壤CO2通量受DOM运动的影响，目标是分析CO2通量变化，确定DOM的影响， 并探索微生物在其中的作用。
图们江位于中***、朝鲜和俄罗斯的交界处，***终流入日本海，地处中高纬度地区，范围为北纬41.99°到44.51°（图1(a)）。布尔哈通河是图们江的重要支流，其上游流域面积为1560平方公里。该流域以山地森林为主，森林、农田和湿地的覆盖率分别为81.7%、12.0%和2.0%（图1(b)）。主要植被为蒙古栎、白桦、红松和苔草，分别分布在混交林和湿地中。土壤类型包括壤土、粉质黏壤土和黏土，深度分别为0–11、11–34和34–64厘米。水东森林湿地流域（SFWC）是布尔哈通河流域的***个子流域，面积为0.98平方公里，其中森林、农田和湿地面积比例分别为93.1%、0.7%和2.2%。此外，高地森林汇聚形成***条流经下游湿地的溪流。因此，该流域为研究融化期间森林湿地内DOM运动对土壤CO2通量变化特征的影响提供了***个理想的天然实验室（图1(c)）。
图 1. 图们江流域地理位置（TRB，a）及BRW主要土地利用分布（b）。森林湿地流域内现场站点（▲）、土壤呼吸站点（●）、水体采样站点（▲）的空间分布及相应的场景图片（c）。上游水和下游水分别是流入湿地的上游水和流出湿地的下游水的简称。
本研究使用便携式温室气体分析仪及PS-3010超便携CH4/CO2土壤呼吸系统（北京科技有限公司）测量了低洼森林、湿地和农田的土壤呼吸速率。在每种土地利用随机选择的5m×5m区域内设置三个独立地块（1 m × 1 m），并将九个表面积为 78.5cm2 的土圈提前24小时插入土壤10 cm。分别于2021年4月18日至21日 8:00、12:00 和17:00 记录原位土壤呼吸测量值。虽然植被对土壤呼吸速率影响较小，但在监测期间也从土圈中清除了地上生物量和雪。 图 2. 2019 年至 2021 年冻融期间土壤 CO2 每日变化（a）。2020 年和 2021 年冻融期间森林土壤温度和湿度每日变化（b）。Tsoil10、Tsoil20、Tsoil30 和 Tsoil50 分别代表 10cm、20cm、30cm和50cm 深度的土壤温度（?C）。Msoil10、Msoil20、Msoil30 和 Msoil50 分别代表 10 cm、20 cm、30 cm 和 50 cm 深度的土壤湿度（%）。 图3. 2020年和2021年融雪期气温、相对湿度及日降雨量变化，其中红色箭头指向雨雪天气（a）。2020年和2021年融雪期土壤CO2通量与主要气象因子（气温、相对湿度）的线性回归分析（b）。R2和P值分别表示相关系数的平方和线性拟合的显著性水平。 图4. 2021年解冻期间水样中DOC（a）和DON浓度变化趋势（b）。2021年解冻期间土壤CO2通量与DOC（c）、DON（d）浓度的线性回归分析。R2和P值分别表示相关系数的平方和线性拟合的显著性水平。 本研究采用现场测量、野外采样和多种分析方法，探讨了融化期间森林湿地集水区内 DOM 运动对土壤 CO2 通量变化的影响特征。***先，融化期间土壤 CO2 通量较高可能部分归因于储存的 CO2 的爆发。其次，高地森林的 DOM 可以通过地表径流输送到下游，然后在融化期间影响下游土壤 CO2 通量。***后，DOM 输入中的 LMW 可能通过改变微生物丰度来刺激土壤呼吸。总体而言，流域 DOM 运动可以影响融化期间下游土壤 CO2 通量，其中微生物可能通过改变土壤呼吸速率发挥作用。
(文章来源于仪器网)
