當(dāng)我們談到氣候變化時(shí)，總會(huì)關(guān)注北極冰川、碳達(dá)峰、綠色能源……但你是否知道，一片荒漠草原的土壤，也在悄然影響著全球碳循環(huán)？

近期，內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草地資源團(tuán)隊(duì)在《植物生態(tài)學(xué)報(bào)》發(fā)表研究成果，揭示了荒漠草原土壤在不同“凍融階段”下，對(duì)氣候變暖和氮沉降的響應(yīng)機(jī)制。

圖1. 土壤不同凍融階段對(duì)應(yīng)的平均氣溫、降水量、土壤溫度和含水量。A,平均氣溫和降水量。B, 0–10cm深度的土壤溫度。C, 0–10cm深度的土壤含水量。D,不同處理下的土壤凍融階段。黑色垂直線區(qū)分生長(zhǎng)季(Gs)和非生長(zhǎng)季節(jié)(Ngs), 灰色垂直虛線之間的區(qū)域是冬季凍結(jié)期(Sfw), 黑色垂直虛線之間的區(qū)域是秋季凍結(jié)期(Saf); Sst, 春季解凍期。CK, 對(duì)照; N, 氮添加; W, 增溫; W+N, 增溫+氮添加。Freezing, 秋-冬季凍結(jié); Frozen, 冬季凍結(jié); Thawed, 融化; Thawing, 冬-春季解凍。

圖2.  不同處理下土壤CH₄全年和季節(jié)性累積吸收通量以及季節(jié)性吸收通量對(duì)全年通量的相對(duì)貢獻(xiàn)。A, 土壤CH₄累積吸收通量(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)。B, 土壤CH₄季節(jié)性吸收通量對(duì)年吸收通量的相對(duì)貢獻(xiàn)。CK, 對(duì)照；N, 氮添加；W, 增溫；W+N, 增溫+氮添加。Gs、Saf、Sfw和Sst分別指生長(zhǎng)季、秋季凍結(jié)期、冬季凍結(jié)期和春季解凍期。不同小寫字母表示同一時(shí)期不同處理間差異顯著(p < 0.05)。*, p < 0.05; **, p < 0.01; ***, p < 0.001。

本研究區(qū)域位于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭察布市西北部的四子王旗，本研究利用SF-3500多通道土壤氣體通量測(cè)量系統(tǒng)（北京科技有限公司），在一年中不間斷監(jiān)測(cè)了內(nèi)蒙古荒漠草原的土壤甲烷（CH?）和二氧化碳（CO?）通量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

荒漠草原是甲烷的“凈吸收器”（即“碳匯”），全年吸收通量高達(dá)344–471mg C·m^-2，其中非生長(zhǎng)季貢獻(xiàn)竟占了41%！

CO?則以排放為主，非生長(zhǎng)季也貢獻(xiàn)了9%的年度排放總量。

特別是在“秋凍”“冬凍”和“春融”這些特定階段，土壤的氣體交換行為表現(xiàn)出不同的“性格”：

秋季：土壤尚未完全凍結(jié)，微生物活躍，CH?吸收最多。

冬季：土壤進(jìn)入低溫沉寂，CH?吸收雖少，但并未完全“停工”。

春季：隨著溫度回升，CO?排放“驟然蘇醒”。

表1. 增溫、氮添加、不同時(shí)期及其交互作用對(duì)土壤CH₄和CO₂通量影響的線性混合效應(yīng)模型分析

單獨(dú)增溫使土壤CH?吸收略有提升；

氮添加或增溫+氮添加，反而在多個(gè)階段抑制了CH?吸收；

相比之下，CO?排放在增溫、氮添加條件下普遍增強(qiáng)，尤其是春季解凍期，排放量迅速攀升。

研究指出，這種現(xiàn)象可能與氮素干擾了微生物的“呼吸”機(jī)制有關(guān)。特別是在春季融雪期間，水分封閉土壤孔隙，影響CH?和CO?的擴(kuò)散，進(jìn)而抑制甲烷氧化菌的活性。

圖3. 不同處理下土壤CO₂全年和季節(jié)性累積通量以及季節(jié)性通量對(duì)全年通量的相對(duì)貢獻(xiàn)。A, 土壤CO₂累積通量(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)。B, 土壤CO₂季節(jié)性通量對(duì)全年通量的相對(duì)貢獻(xiàn)。CK, 對(duì)照; N, 氮添加; W, 增溫; W+N, 增溫+氮添加。Gs、Saf、Sfw 和Sst分別指生長(zhǎng)季、秋季凍結(jié)期、冬季凍結(jié)期和春季解凍期。不同小寫字母表示處理間差異顯著(p < 0.05)。*, p < 0.05; **, p < 0.01; ***, p < 0.001。

表2. 增溫和氮添加對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)

圖4. 土壤CH₄和CO₂通量與土壤溫度和含水量的線性擬合。實(shí)線為線性回歸擬合線, 灰色陰影表示95%置信區(qū)間。CK, 對(duì)照；N, 氮添加；W, 增溫; W+N, 增溫+氮添加。***, p < 0.001。

過去的很多研究往往聚焦在生長(zhǎng)季，而忽視了非生長(zhǎng)季的土壤變化。這項(xiàng)研究提醒我們：真正影響氣候模型和碳預(yù)算的關(guān)鍵“盲區(qū)”，或許藏在冰雪覆蓋下沉默卻重要的冬天。未來在構(gòu)建全球變化模型時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮生長(zhǎng)季和非生長(zhǎng)季的碳通量格局, 以更精準(zhǔn)地評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程。

SF-3500系統(tǒng)，是由（LICA）研發(fā)的高精度土壤氣體通量監(jiān)測(cè)設(shè)備。可以與各種氣體分析儀聯(lián)合使用，除CO₂ 外，還可以測(cè)量N₂O、CH₄ 等氣體通量，也可以測(cè)量¹³CO₂ 同位素氣體通量。