研究發現青藏高原多年凍土區高寒草原生態系統是大氣甲烷氣體的匯

最新 09-09

9月3日，中國科學院西北生態環境資源研究院（籌）凍土工程國家重點實驗室吳青柏團隊及其合作者在The Cryosphere雜誌發表題為Consumption of atmospheric methane by the Qinghai–Tibet Plateau alpine steppe ecosystem的學術論文。該研究通過對青藏高原多年凍土區高寒草原生態系統甲烷通量（CH4 Flux）持續五年(2012-2016年)觀測，最終試驗結果表明青藏高原多年凍土區高寒草原生態系統是一個重要的「甲烷—碳匯」（圖1）。

目前，大量科學研究表明土壤溫度和含水量是土壤CH4通量變化的主要控制因子。但水和熱哪個佔主導地位，或二者如何耦合共同影響甲烷通量，這一問題長期以來尚未達成共識。特別是在多年凍土區，由於凍土特有的反覆凍融特徵，使該問題更加複雜。比如，春季和秋季都是多年凍土區凍融循環發生高頻期，有較多相似的水熱發生過程特徵。但持續現場觀測數據證明春季是甲烷的源，但在秋季是甲烷的匯，二者表現出截然相反的甲烷通量變化過程（圖2）。針對這一結果，該研究通過大量野外坑探觀測數據和大量室內試驗表明青藏高原多年凍土區秋季凍融循環發生過程中「水、熱、冰、凍結土、融化土」等因素在凍土活動層中形成一個類似多層「漢堡包」狀態，而不是一個簡單線性漸變由融化到凍結的過程（圖3）。這一機理的提出改變了過去對多年凍土區凍土活動層凍融過程中單一狀態的認識。

另外，該研究基於同期土壤溫度，土壤產/嗜甲烷菌活性及凍土活動層深度數據重新對青藏高原多年凍土區甲烷通量變化進行季節劃分，大大提高了該研究區域甲烷模擬過程中季節、年尺度結果精度，特別是對於春、秋兩季凍融循環過程對CH4通量影響的認識有較大提高（圖4）。

該成果第一作者為貟漢伯，合作單位為美國普渡大學。該研究得到中國國家自然科學基金青年基金項目（41501083）、中科院前沿科學重大研發項目(QYZDJ-SSW-DQC011)、中科院寒旱區陸面過程與氣候變化重點實驗室開放基金（LPCC201307）、中科院「工程技術人才出國研修計劃」共同資助。