北半球热融湖塘分布及其甲烷排放潜力

热融湖塘作为多年冻土退化产生的分布最广的热喀斯特景观,是大气中甲烷(CH_(4))的重要来源。热融湖塘的形成和演化及其对全球大气CH_(4)循环的影响是气候变化研究领域的重要问题之一。本文综合阐述了北半球多年冻土区热融湖塘的演化、分布及变化特征,揭示了热融湖塘CH_(4)的产生、氧化、排放过程及其影响因素。研究表明,环北极地区热融湖塘总面积约为1.4×10^(6)km^(2),虽然部分地区可能导致湖塘扩张或形成新的湖塘,但整体上湖塘覆盖面积呈减少趋势;青藏高原热融湖塘总面积约为2.83×10^(3)km^(2),表现为中部地区湖塘数量和面积显著增加,黄河源地区呈减少趋势。受有机质稳定性和微生物群落差异的影响,热融湖塘表层富含有机质的淤泥层及融化的深层冻土层CH_(4)产生潜力较大,但CH_(4)氧化过程极大地限制了湖塘CH_(4)的排放。目前,环北极地区热融湖塘CH_(4)排放量为1.9~6.3 Tg CH_(4)·a^(-1),但仍存在较大的不确定性。未来研究应进一步加强遥感技术,提高热融湖塘的识别精度,尤其关注热融湖塘的排水情况,为湖塘的发展预测及多年冻土碳反馈评估提供支撑。此外,还需在典型区域、监测空白或稀疏地区开展长期连续的野外监测工作,深入探究热融湖塘CH_(4)产生和氧化的影响机制。最后,未来应将底物有效性(微生物可以直接分解利用的有机质的量)、微生物特性、水热变化及植被等影响甲烷产生和排放过程的因素纳入地球化学模型中,以更好地预测和评估热融湖塘碳排放对全球气候变暖的贡献。

温度对青藏高原热融湖塘沉积物甲烷产量的影响

气候变暖导致多年冻土退化,加快热融湖塘的形成和扩张,进而增加多年冻土区的碳释放。热融湖塘沉积物理化特征与甲烷产量有着重要关系,而这一关系的明确有助于揭示青藏高原热融湖塘甲烷释放对气候变化的响应。本研究选择青藏高原中东部8个热融湖塘为研究对象,通过室内培养实验探究不同温度(5℃、10℃和15℃)下两种主要植被类型区热融湖塘甲烷产量及其与沉积物理化性质的关系。结果表明:培养周期内(50天),甲烷产量最大值出现在10℃培养条件下高寒沼泽草甸区的MD-3样品,产量高达167.63μg·g^(-1)沉积物;最小值出现在15℃培养下高寒沼泽草甸区的AD-2样品,产量为0.01μg·g^(-1)沉积物。从理化性质与甲烷产量的关系来看,热融湖塘深度和氨氮含量都与甲烷产量显著正相关(P<0.05),而pH值(7.08~8.40)与甲烷产量显著负相关(P<0.05),如玛多地区氨氮高、pH低,其热融湖塘沉积物的甲烷产量远大于安多地区。另外,温度敏感性指数Q_(10)值的分析结果表明,温度升高对61.11%的甲烷产量有促进作用,对18.06%的甲烷产量有抑制影响,说明温度是影响热融湖塘沉积物甲烷产量的重要因素。本研究分析了不同培养温度下两种主要植被类型区热融湖塘沉积物的甲烷产量差异及其影响因素,为认识热融湖塘温室气体的排放潜力及模拟提供了科学数据。

青藏高原热融湖塘沉积物理化性质特征

热融湖塘是多年冻土区常见的地貌,全球气候变暖导致多年冻土退化会加快热融湖塘的形成和扩张,进而会增加多年冻土区碳的释放。热融湖塘沉积物与温室气体释放有着重要的关系,明确其沉积物碳氮含量等理化性质特征有助于认识青藏高原C、N循环对全球气候变化的响应。该研究选择青藏高原中东部116个热融湖塘为研究对象,采集热融湖塘沉积物样品,测定其总碳(TC)、有机碳(OC)、总氮(TN)、pH、沉积物粒径等理化性质,分析TC、OC、TN含量分布特征和各理化性质之间的关系。结果表明,TC、OC、TN含量均为高寒沼泽草甸区>高寒草甸区>高寒草原区>高寒荒漠区,沉积物粒径中粉粒加黏粒含量为高寒沼泽草甸区>高寒草原区>高寒草甸区>高寒荒漠区。研究表明:(1)沉积物TC含量为0.78~110.71 g/kg,OC含量为0.87~85.91 g/kg,TN含量为0.19~7.5 g/kg;(2)沉积物粒径与TC、OC和TN极显著相关(p<0.01);(3)热融湖塘深度与TC、OC和TN呈极显著正相关(p<0.01),表明热融湖塘越深,C、N含量越高;(4)高寒沼泽草甸区热融湖塘沉积物OC(15.37 g/kg)和氨氮(10.05 mg/kg)含量高,pH(7.99)相对较低,具有产甲烷优势。研究表明,热融湖塘沉积物性质与其所在流域的植被类型有关,植被类型是评估热融湖塘温室气体释放的重要因素。

IPCC第六次评估报告解读:北半球多年冻土碳的观测结果和预估

政府间气候变化专门委员会(IPCC)第六次评估报告(AR6)第一工作组报告对多年冻土区土壤碳储量、碳汇效应及未来气候情景下温室气体排放进行了归纳和总结。报告明确指出,北半球多年冻土区表层土壤和深层沉积物的有机碳储量为1460~1600 PgC(1 Pg=10亿吨)(中等信度)。随着气候持续变暖,多年冻土显著退化,土壤有机质迅速分解并以二氧化碳(CO_(2))或甲烷(CH_(4))的形式释放到大气中,加速了气候变暖。在未来全球变暖情景下,近地表多年冻土面积将显著减少,并向大气释放CO_(2)和CH_(4),造成多年冻土碳与气候的正反馈作用。报告还指出,预计到2100年,气温每升高1℃,多年冻土区CO_(2)和CH4的排放量分别相当于18(3.1~41)PgC和2.8(0.7~7.3)PgC(低信度)。但由于所使用的估算数据异质性较大及模型之间的一致性有限,并且对多年冻土环境驱动因素及过程模型的认知尚不完整,故多年冻土对气候变化反馈的时间及幅度的可信度还处于较低水平。

从第三极到北极:热喀斯特及其对碳循环影响研究进展

北半球多年冻土区储存着大量的土壤有机碳,气候变暖加剧了多年冻土退化,多年冻土退化最明显的特征是热喀斯特。热喀斯特会直接导致活动层及多年冻土层土壤有机质暴露,并改变水文、植被和土壤生物环境条件,对生态系统碳循环具有重要影响。热喀斯特对碳循环的影响是评估多年冻土碳循环和气候变化关系不确定性的关键问题之一。然而,在气候变暖背景下热喀斯特地貌的发育及其对碳循环影响有多大,目前对这个问题仍然缺乏足够的认识。通过综合比较第三极和北极热喀斯特相关研究,分析了第三极和北极地区热喀斯特地貌特征及其变化趋势,阐述了热喀斯特对植被演替、土壤碳损失和生态系统温室气体排放过程的影响,并提出了未来热喀斯特研究可能遇到的挑战。认识热喀斯特碳循环过程,是评估气候变化对多年冻土碳循环影响的关键环节,有助于加强多年冻土区生态系统碳循环与气候变暖之间反馈关系的认知。

从第三极到北极:多年冻土碳循环研究进展

多年冻土区储存着大量的土壤有机碳,其碳库变化及生态系统碳反馈机制是当前全球气候变化研究中备受关注的热点问题。为了增强对多年冻土碳循环的认识,通过综合第三极和北极地区多年冻土碳循环研究,概述了土壤有机碳库大小、脆弱性及生态系统碳交换过程,分析了涉及大气、海洋和陆地综合影响的多年冻土区生态系统碳循环。研究表明:第三极和北极多年冻土区碳储量不确定性较大,影响和控制有机碳分解和生态系统碳交换的生物地球化学过程仍需进一步研究,进而改进生态系统碳循环相关的模拟研究。在全球气候变化背景下,研究多年冻土碳库变化及其对气候变化的响应,是预估未来气候变化的关键环节。