国家生态科学数据中心在植被、土壤碳周转的气候敏感性方面取得研究进展
- ：数据中心
- ：2022-03-11
碳周转是调控森林生态系统碳循环的关键过程，生态系统碳源汇的大小及变化由生态系统固定的碳和碳在生态系统中滞留的时间（即碳周转时间）共同决定。近年来，碳周转时间（𝜏eco）被发现是生态系统碳源汇及其对未来气候变化响应不确定性的最大来源，已有大量研究聚焦于碳周转时间与气候的关系。然而，由于长期动态监测数据的缺乏，碳周转时间的动态变化研究相对匮乏，导致其对气候变化的响应关系及敏感性尚未量化，仍存在较大的不确定性。同时，现有研究多聚焦于生态系统最大、周转最慢的土壤碳库周转时间（𝜏soil），土壤与植被碳周转时间（𝜏veg）的气候敏感性差异及对固碳的影响有待拆分。
2月15日，AGU旗下的地学权威期刊Journal of Geophysical Research: Biogeosciences在线发表了国家生态科学数据中心与多个野外台站合作的题为“Climate sensitivities of carbon turnover times in soil and vegetation: understanding their effects on forest carbon sequestration”的学术论文。文章基于中国东部季风区森林10个永久样地2005-2015年来长期监测的水土气生数据和多源数据-模型融合方法，准确量化现实非平衡态下中国典型森林生态系统植被、土壤碳周转时间的大小、格局、气候敏感性差异及其对生态系统固碳功能的影响。
图1 中国生态系统研究网络(CERN) 10个森林生态系统分布图
研究结果表明，10个典型森林生态系统𝜏veg, 𝜏soil, 和 𝜏eco大小分别介于3.8-19.3年，12.9-51.6年，以及8.8-35.9年之间；均值分别为10.5年、29.8年和22.2年。 𝜏soil是𝜏veg的2倍多长（p <0.05）， 𝜏soil的大小主导了𝜏eco的大小和格局，可以解释𝜏eco值变化的70％以上。
图2 植被、土壤和生态系统碳周转时间的大小与格局
土壤和植被碳周转时间(𝜏soil /𝜏veg）均与温度、降水呈负相关关系，但土壤碳周转时间对气候因子的敏感性(1.27年/°C,1.70年/100mm)是植被碳周转时间(0.53年/°C,0.40年/100mm)的2倍以上。因此，随着温度的上升和降水量的增加，土壤碳周转时间比植被碳周转时间缩短得更快，从而显著缩短了暖湿条件下土壤碳周转时间与植被碳周转时间之间的差异(𝜏diff)。
图3 植被和土壤碳周转时间（𝜏veg /𝜏soil）及其差值（𝜏diff）与温度、降水变化的响应关系
𝜏diff作为土壤碳输入与输出速率之间平衡的一个指标，对土壤固碳功能起着较好的指示作用，很好地解释了土壤固碳50％以上的时空变化。在暖湿条件下，𝜏diff的缩短表明土壤固碳对生态系统碳汇的贡献下降，而植被固碳贡献比例上升。该发现对于理解森林碳-气候反馈、预测气候变化下森林碳汇在土壤和植被中的分布以及在固碳减排政策的制定实施（南方种树，北方保土）具有重要的启示和指导意义。
图4 土壤固碳（ΔCdead）和生态系统固碳（NEP）在10个森林站点的纬度梯度(a)；土壤固碳占生态系统固碳的比值与在土壤、植被碳周转时间差值 (𝜏diff) (b)和年均温变化的关系(c)
该研究获得国家自然科学基金（42030509）、国家重点研发计划（2021YFF0703903）和中国科学院战略性先导专项（XDA19020301）等项目的资助。国家生态科学数据中心/南京审计大学的葛蓉博士为第一作者，国家生态科学数据中心的何洪林研究员和张黎副研究员为通讯作者。
参考文献：
Rong Ge, Honglin He, Li Zhang, Xiaoli Ren, Mathew Williams, Guirui Yu, T. Luke Smallman et al. (2022). "Climate sensitivities of carbon turnover times in soil and vegetation: understanding their effects on forest carbon sequestration." Journal of Geophysical Research: Biogeosciences: 127, e2020JG005880.
文章链接：
https://doi.org/10.1029/2020JG005880