干旱区艾比湖生物地貌演替中碳氮释放的季节动态解密及其气候效应

本研究针对干旱区盐湖湿地冻融循环下碳氮释放机制不清的科学问题，通过静态箱-气相色谱法和PLS-SEM模型，揭示了LW-MW-SW-NW生物地貌演替中CO2、CH4和N2O的释放规律，发现沼泽湿地（MW）是主要排放源（CO2达1463.895×109 mg·m?2·h?1），而盐沼（SW）和非湿地（NW）呈现碳汇特征，为全球温室气体模型提供了干旱区关键数据。

　　

在全球气候变化背景下，干旱区盐湖湿地作为潜在的"碳炸弹"正引发广泛关注。这些地区经历着剧烈的冻融循环和水文变化，导致湿地生态系统从湖泊（LW）向沼泽（MW）、盐沼（SW）直至非湿地（NW）的演替过程中，土壤碳氮释放规律始终成谜。更棘手的是，现有研究多聚焦温带湿地，而对占全球陆地面积41%的干旱区盐湖知之甚少——这就像试图拼凑气候拼图时缺失了关键板块。

中国科学院新疆生态与地理研究所的研究团队选择中国西北最大的咸水湖艾比湖作为天然实验室。这片年均蒸发量达1600mm的盐湖，其边缘带在季节性冻融和水位波动下，正经历着LW→MW→SW→NW的典型生物地貌演替。研究人员通过为期两年的野外观测，采用静态箱-气相色谱法采集了288个气体样本，结合土壤理化分析（0-20cm深度）和PLS-SEM（偏最小二乘结构方程模型），首次绘制出干旱区盐湖碳氮释放的"季节地图"。

关键技术方法包括：1) 静态箱-气相色谱法监测CO₂、CH₄、N₂O通量；2) 跨冻融期（冻结期11-2月、融化期3-6月、解冻期7-10月）的连续观测；3) 基于艾比湖湿地1644.05km²区域设置12个采样点；4) 冗余分析和PLS-SEM解析环境因子驱动机制。

【碳动态的生物地貌差异】
研究发现CO₂释放率随演替显著降低，MW阶段排放量比SW和NW分别高32.46%和66.99%。令人惊讶的是，CH₄在LW和SW呈现负通量（-0.142和-0.081 mg·m^?2·h^?1），这与传统认知截然不同——高盐环境反而激活了甲烷氧化菌。

【氮释放的时空格局】
N₂O在MW解冻期出现爆发式排放（0.32 mg·m^?2·h^?1），而在NW冻结期转为弱吸收。盐分积累（SC）与TN的协同作用使SW阶段排放量比MW降低46.24%。

【环境因子的调控网络】
PLS-SEM揭示土壤温度（ST）每升高1.96°C，LW的CO₂排放增加12.6%。而在MW，土壤含水量（SWC）与CH₄呈负相关（r=-0.83），印证了"水文开关"效应——水分增加促进好氧条件，抑制产甲烷菌。

这项研究颠覆了三个传统认知：首先，干旱盐湖的MW阶段才是真正的"碳氮热点"，其年排放量相当于温带湿地的3-5倍；其次，冻融循环驱动的ST-SWC协同变化可逆转CH₄源汇关系；最后，生物地貌演替自然形成碳减排路径——从MW到NW，CO₂减排率达66.99%。这些发现为《巴黎协定》实施提供了干旱区特殊案例，特别是证明盐沼化可能是自然的碳封存方案。不过研究也留下悬念：微生物群落如何响应这种极端环境变化？这将是未来破解"盐湖碳密码"的关键钥匙。