中国最北端多年冻土泥炭地解冻后土壤碳的长期释放及其气候反馈机制

《CATENA》：Long-term carbon release of peatland soil after permafrost thaw in northmost China

本文通过938天厌氧培养实验，揭示了大兴安岭多年冻土区泥炭地不同土层（活动层/过渡层/永冻层）在升温情景下的碳释放规律。研究发现升温使CO2释放加倍、CH4释放激增20倍，并通过三库模型证实惰性碳库（被动碳库）占土壤有机碳（SOC）的57%–67%，其千年尺度周转率加速将加剧气候变暖正反馈。

　　

研究亮点

CO₂和CH₄排放速率的变化

在两种培养温度下，各土层的二氧化碳（CO₂）和甲烷（CH₄）排放速率均呈现相似规律：培养初期迅速达到峰值后急剧下降，最终趋于稳定（图1a、b；图S1a、b）。CO₂排放速率在培养开始时即达到峰值，其中0–20厘米土层的排放速率最高（图2）。而CH₄排放速率在培养约50天时达到峰值，且过渡层的排放速率最为显著。值得注意的是，永冻层在培养后期出现小幅度的CH₄排放波动。

温度对碳释放的影响

本研究发现，当温度从5℃升至15℃时，多年冻土泥炭地各土层的CO₂排放速率近乎翻倍，而CH₄排放速率增幅达14至28倍（图1、图S1）。相应地，活动层和过渡层的快碳库与慢碳库周转时间缩短一半，永冻层碳库周转时间加速40%。该结果与多数研究结论一致，表明升温会通过增强微生物活性（比如Q₁₀效应）和酶促反应，显著促进有机碳分解。特别值得注意的是，深层永冻土中原本稳定的惰性碳库（被动碳库）在长期升温下也会被激活，这可能会引爆碳循环的"气候炸弹"。

结论

本研究揭示了变暖对中国最北端多年冻土泥炭地土壤碳释放的影响。升温显著加速了CO₂和CH₄的排放速率，提高了碳释放的温度敏感性，并缩短了不同碳库的周转时间。随着持续变暖，泥炭地土壤的碳释放形式可能从活动层以CO₂为主导，转变为过渡层以CH₄为主导的排放模式。这一转变凸显了多年冻土区碳库对气候反馈的潜在风险，强调需加强对北方泥炭地碳动态的长期、多深度监测。