芬兰城市菜园高呼吸速率导致净CO2排放的生态机制与管理启示

为解决城市绿地碳平衡量化不足的问题，赫尔辛基大学团队通过涡度协方差(EC)和土壤室测量技术，首次揭示芬兰城市菜园因高土壤有机碳(SOC)和C:N比导致呼吸排放(4.7 kg m-2 yr-1)超过光合固碳(4.0 kg m-2 yr-1)，形成净CO2源(0.69 kg m-2 yr-1)。该研究颠覆了城市菜园作为碳汇的传统认知，为碳智能管理提供科学依据。

　　

在全球城市化进程中，城市绿地作为"碳汇"的潜力一直备受关注。然而，这片被寄予厚望的绿色空间，其真实的碳收支状况却如同一个未被完全解开的谜题。尤其对于城市菜园这类兼具生态功能和生产属性的特殊绿地，其碳循环机制更是一片空白。传统观点认为，植被覆盖率高的区域理应成为二氧化碳(CO₂)的净吸收者，但赫尔辛基大学的研究团队通过一年的实地监测，却得出了令人意外的结论——在芬兰南部一个植被覆盖率达77%的城市菜园中，生态系统竟扮演着净CO₂排放源的角色。这项颠覆性发现发表在《Urban Forestry》上，为重新审视城市绿地的碳管理策略提供了关键科学依据。

研究团队采用涡度协方差(EC)系统和土壤闭室技术，对Marjaniemi菜园进行了为期一年的连续观测。EC系统包含LI-7200RS红外气体分析仪和uSonic-3三维超声风速仪，以10Hz频率记录数据；土壤室测量则针对葱、草莓和万寿菊三种典型植物开展。通过Kljun和Kormann-Meixner模型进行足迹分析，结合ERA5边界层高度数据，确保测量结果反映菜园真实碳通量。

研究结果显示，该菜园年度净CO₂排放达0.69 kg m^-2，这一数值源于4.7 kg m^-2的高呼吸排放与4.0 kg m^-2的光合吸收之间的差值。3.1节揭示，土壤呼吸速率(R_s)在生长季达0.21-0.85 mg CO₂ m^-2 s^-1，显著高于邻近森林和草地生态系统。3.2节的扇区分析表明，尽管植被覆盖较高的区域(148-240°扇区)光合较强，但相应的高呼吸抵消了净吸收差异。表2显示土壤有机碳(SOC)含量异常偏高(13.4±8.7%)，C:N比(19.8±6.3)远超微生物最适范围，这被证实是驱动高呼吸的关键因素。

讨论部分深入剖析了管理实践的影响机制。频繁施用有机改良剂导致SOC积累，而C:N失衡促使微生物通过矿化作用释放更多CO₂。与自然生态系统相比，菜园呼吸通量高出30-178%，印证了人为管理对碳循环的显著干扰。尽管其排放强度仍低于城市建成区，但研究强调必须重新评估城市农业的碳足迹。作者建议采用碳智能管理策略，如保护性耕作、生物炭应用等，在保障生产功能的同时优化碳收支。

这项研究突破了三个传统认知：首先，高植被覆盖率不必然保证碳汇功能；其次，城市菜园的土壤碳库可能因管理方式成为"碳源"而非"碳汇"；最后，呼吸过程在城区碳平衡中的作用被严重低估。这些发现为制定基于证据的城市绿地管理政策提供了关键科学支撑，也为实现"可食用景观"与"碳中和"目标的协同优化指明了新方向。未来研究需扩展至不同气候带和管理模式的菜园，并整合收获量、施肥投入等全生命周期碳核算，以更全面评估城市农业的生态效益。