青藏高原泥炭地甲烷排放的时间异质性研究新进展

甲烷（CH₄）是大气中对温室效应的贡献仅次于二氧化碳（CO₂）的重要温室气体，其在百年尺度上的全球增温潜势（Global Warming Potential，GWP）是CO₂的28倍，造成的辐射强迫占所有长寿命温室气体的17%。湿地生态系统作为最重要的自然CH₄排放源，贡献量约占全球排放总量的30-50%。然而，由于对生态系统尺度CH₄排放动态及其控制因子的揭示仍然不够，目前对全球湿地的CH₄排放量估算还存在较大误差。泥炭地是湿地生态系统中重要组成部分，其面积虽然仅为陆地面积的3%，但碳库容量却高达612 Pg，约占全球土壤碳库的三分之一。泥炭地既有丰富的有机质作为底物供微生物分解，又长时间处于淹水条件下，为CH₄的大量、持续性产生提供了有利条件，这使得泥炭地成为了研究CH₄排放的重点对象。  

近年来，随着涡度相关技术的发展，全球各地的泥炭地CH₄排放观测研究日益增多。由于气候和观测条件的限制，现有的观测研究集中在低海拔地区泥炭地，而对有“世界第三极”之称的青藏高原地区的CH₄排放研究仍然很少。青藏高原的泥炭地主要发育在其东部边缘的川西若尔盖地区，面积约为4600 km²，约占青藏高原泥炭地的88%，平均海拔3400米以上，是世界上最大的连片高寒泥炭地。估算研究表明，青藏高原湿地的CH₄排放量占中国湿地CH₄排放量的一半以上。因此，对若尔盖泥炭地的观测研究，将有助于更好地了解这一地区高寒泥炭地的CH₄排放动态及其对全球变化的响应和影响。  

中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室、中国科学院第四纪科学与全球变化卓越创新中心洪冰研究员课题组的彭海军博士，利用涡度相关技术对若尔盖地区的红原泥炭地CH₄排放动态进行了两年的连续观测研究（图1）。研究发现，高寒泥炭地的年CH₄排放量为46.8 g CH₄ m^-2 ，并首次揭示其非生长季的排放量占全年排放量的25%。通过小波分析发现，生长季的CH₄排放存在明显的日变化特征，在天时间尺度上空气温度的变化与CH₄排放通量呈同相关系，在周到月时间尺度上土壤温度的变化与CH₄排放通量呈同相关系（图2），表明短时间尺度的CH₄排放通量变化受空气温度变化控制，而在长时间尺度上则受土壤温度的变化控制。这一研究不仅为区域及全球高寒泥炭地的CH₄排放通量估算及模拟提供了范例，更明确了涡度相关法观测及基于涡度相关观测数据的小波分析在准确揭示生态系统尺度CH₄排放动态时间异质性方面的重要作用。

                 

 图1. 若尔盖红原泥炭地温室气体观测场（左）及涡度相关设备（右）
 

图2.（a）CH₄通量的小波频谱能量；（b），（c），（d），（e），（f），（g），（h），（i）分别是空气温度，土壤-10 cm处温度，土壤-25 cm处温度，土壤-40 cm处温度，摩擦风速，饱和水汽压差，地下水位，土壤-25 cm和土壤-10 cm之间的温度差与CH₄通量之间的小波相关。  

该研究得到国家自然科学基金项目（41373134、41673119和41773140）、中国科学院‘碳专项’（ XDA05120501）、中国科学院‘西部之光’及环境地球化学国家重点实验室野外平台建设项目的资助。研究成果已发表在国际著名气象与大气科学期刊《Agricultural and Forest Meteorology》上（Haijun Peng, Qian Guo, Hanwei Ding, Bing Hong*, Yongxuan Zhu, Yetang Hong, Cheng Cai, Yu Wang and Linggui. Yuan (2019). Multi-scale temporal variation in methane emission from an alpine peatland on the Eastern Qinghai-Tibetan Plateau and associated environmental controls. Agricultural and Forest Meteorology, 276-277: 107616）。  

全文链接：https://authors.elsevier.com/a/1ZDdWcFXJSYfY  

（环境室洪冰课题组供稿）