在北极热喀斯特景观中，微量气体通量、地下化学过程与植物性状之间的相互作用正在发生变化

《Global Change Biology》：Changing Interactions Between Trace Gas Fluxes, Belowground Chemistry, and Plant Traits Across an Arctic Thermokarst Landscape

北极冻土热喀斯特湿地与周边苔原则呈现不同的气体交换特征，湿地甲烷排放抵消了二氧化碳吸收的辐射强迫，而苔原为负值。草本植物覆盖与甲烷排放、溶解有机碳相关，多年生草本与土壤化学变量存在关联，揭示了植物功能类型对北极碳循环的影响机制。

　　

摘要

北极永久冻土层日益受到热喀斯特作用的影响，即由于融化导致的地面突然下沉。在这些洼地中可能会形成湿地，从而改变有机物的分解过程以及气体（CO₂、CH₄、N₂O、NH₃）的通量。热喀斯特湿地通常以禾本科植物为主，而周围的高地苔原则主要由灌木和禾本科植物的混合群落构成。为了研究热喀斯特如何改变北极苔原中的碳（C）和氮（N）气体在陆地与大气之间的交换，我们分析了低地热喀斯特湿地及相邻高地苔原中的土壤、孔隙水、地上和地下生物量，并测量了主要植物功能类型（PFTs）的气体通量。这两个区域总体上都是CO₂的吸收源，CH₄的释放源，同时也是N₂O和NH₃的释放源。我们发现，热喀斯特湿地释放的CH₄足以产生正的辐射强迫效应（+1.2 μmol m^-2 s^-1 CO₂-eq），抵消了其高量的CO₂吸收。相比之下，高地苔原的辐射强迫效应为负（-1.2 μmol m^-2 s^-1 CO₂-eq）。高地与低地之间的气体通量和土壤化学成分差异主要源于热喀斯特湿地中的积水条件。此外，低地和高地中禾本科植物的根系生物量与CH₄通量之间存在显著相关性，这支持了先前关于植物介导CH₄传输的研究结果。高地苔原中的杂草覆盖度与低分子量溶解有机碳的增加有关，这可能与促进甲烷生成的根系分泌物有关。高地苔原中的杂草覆盖度与九个土壤化学变量显著相关，表明杂草可能影响局部土壤化学性质，或者反过来，土壤化学性质也决定了杂草的生长位置。总体而言，我们的研究结果表明，高地苔原中的气体通量变化部分受主要植物功能类型的影响，而热喀斯特湿地释放的CH₄足以抵消CO₂的吸收，这对北极系统的碳预算变化具有重要意义。

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利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

本研究使用的数据集可在ESS Dive网站上获取：https://data.ess-dive.lbl.gov/view/doi%3A10.15485/2570819。