北方农业草地温室气体平衡的季节性响应机制：芬兰三种土壤类型与管理实践的涡度协方差通量研究

本研究通过涡度协方差(EC)技术连续监测芬兰北部三种土壤类型(矿质土/排水泥炭土)草地的CO2、CH4和N2O通量，揭示管理事件(翻耕/施肥/收割)对GHG平衡的影响。发现矿质土草地年净吸收CO2达-2500 kg C ha-1，而排水泥炭土因高CH4(110 kg ha-1)和N2O(29 kg ha-1)排放转为净源，为寒区草地可持续管理提供数据支撑。

　　

在全球气候变暖背景下，农业生态系统温室气体(GHG)排放调控成为关键科学问题。北欧寒区草地作为重要碳库，其GHG通量受土壤类型和管理实践的复杂影响，但现有研究多聚焦单一气体或短期观测，缺乏多气体协同监测数据。芬兰自然资源研究所联合多所机构在《Agriculture, Ecosystems & Environment》发表的研究，通过创新性的多站点同步观测，为寒区草地碳氮循环机制提供了全新认知。

研究团队采用涡度协方差(EC)技术，对芬兰东部三处相邻草地(矿质土Anttila、排水泥炭土S?rkisuo和Pappilansuo)进行全年高频监测。通过标准化EC系统配备超声风速仪和气体分析仪(LI-7200RS和TILDAS-CS)，同步采集CO₂/CH₄/N₂O通量数据，结合机器学习(RF/XGB/kNN)填补数据间隙，并运用夜间分割法解析净生态系统交换量(NEE)。辅助气象、土壤参数及叶面积指数(LAI)的连续监测，构建了GHG通量与环境因子的响应关系。

3.1 气象条件
2022年研究区降水588mm，年均温4.6°C。泥炭土站点因高持水性，5cm深处土壤含水量(30-70%)显著高于矿质土(10-39%)，且S?rkisuo排水条件优于Pappilansuo。

3.2 草地物候
矿质土Anttila草高与空气动力学高度相关性最强(r²=0.88)，LAI动态显示两次收割后快速再生。泥炭土站点因春季积水延迟返青，Pappilansuo因夏季翻耕仅完成单次收割。

3.3 CO₂交换机制
Anttila年净吸收2500 kg C ha^-1，光饱和GPP与LAI呈线性响应。泥炭土中S?rkisuo维持500 kg C ha^-1净吸收，而Pappilansuo因翻耕导致净释放930 kg C ha^-1，揭示土壤扰动对碳平衡的颠覆性影响。

3.4 非CO₂温室气体排放
CH₄排放呈现泥炭土>>矿质土的格局，S?rkisuo达110 kg ha^-1，且温度依赖性存在滞后效应。N₂O排放峰值与施肥事件同步，Pappilansuo翻耕后排放因子(EF)达12.1%，远超IPCC Tier 1标准(1.6%)。

3.5 综合GHG收支
矿质土表现出最优气候效益：单位干物质生产的GHG排放强度(GEI)为-1.1 kg CO₂-eq/kg，而泥炭土站点达1.1-3.2 kg CO₂-eq/kg。

讨论部分强调了三项突破性发现：首次在寒区草地实现三气体EC同步监测，揭示泥炭土高CH₄排放与既往认知的矛盾，提出施肥时机优化可降低N₂O排放。研究为"4‰倡议"土壤固碳目标提供寒区实证，建议矿质土推广豆科混播，而泥炭土需转向湿润管理(paludiculture)。未来需开展全轮作周期观测以完善LCA评估，这些发现对制定北欧农业气候政策具有里程碑意义。