亚北极泥炭藓泥炭地夏季干旱后二氧化碳通量恢复速度快于冻原石楠灌丛，而冬季冰冻后恢复速度相似

《Ecosystems》：CO2 Fluxes Recover Faster from Summer Drought in Sub-arctic Sphagnum Peatland than in Tundra Heath, While Being Similar after Winter Freezing

　　

极端气候事件在亚北极地区（一个快速变暖、对全球碳-气候反馈至关重要的区域）的频率和强度正在增加。生态系统二氧化碳（CO₂）通量可能通过即时和长期遗留效应受到极端事件的显著影响。随着事件间隔缩短，新的极端事件可能与先前事件的不完全恢复同时发生；然而，多重事件的后果仍知之甚少。研究人员研究了冻原CO₂通量相对于未处理对照在极端干旱、冬季冰冻及其组合后的恢复情况。来自两种主要亚北极生态系统类型（泥炭藓泥炭地和冻原石楠灌丛）的中宇宙（mesocosms）经历了七周夏季降水排除（2022年）和随后的冬季冰冻（-20°C两周）。在2023年夏季，干旱恢复在生态系统类型间存在显著差异：泥炭藓泥炭地的总初级生产力（GPP）恢复强于冻原石楠灌丛（分别为63%和41%）。冬季冰冻在两种生态系统中具有相似的遗留效应（泥炭地和冻原石楠灌丛的恢复分别为40%和48%）。干旱和冰冻的组合效应将恢复抑制到最低水平（泥炭地29%，冻原石楠灌丛19%），但在统计上与单独冰冻无差异。与GPP相反，生态系统呼吸（Reco）在生态系统和处理间恢复更强（53-69%）。重要的是，这种延迟的恢复使夏季净生态系统交换（NEE）转向CO₂源（泥炭地-0.2至-0.3 μmol m^-2 s^-1，冻原石楠灌丛-0.3至-0.7 μmol m^-2 s^-1），而对照仍保持汇（分别为0.5和0.3 μmol m^-2 s^-1）。干旱和冰冻的组合效应导致优势矮灌木Empetrum hermaphroditum大量枝条死亡（泥炭地63%，冻原石楠灌丛91%）。总体而言，研究人员的结果揭示了（多重）极端事件显著且持久的遗留效应，可能放大碳-气候反馈。

亚北极地区是全球变暖最剧烈的区域之一，对全球碳-气候反馈具有关键作用。极端气候事件（如夏季干旱和冬季冰冻）的频率和强度持续增加，这些事件通过即时影响和长期遗留效应显著干扰生态系统二氧化碳（CO₂）通量。随着极端事件间隔缩短，新事件可能在先前事件恢复不完全时发生，但多重极端事件对生态系统恢复的累积效应仍缺乏认识。为此，研究人员利用中宇宙（mesocosms）实验，比较了两种主要亚北极生态系统类型——泥炭藓（Sphagnum）泥炭地和冻原石楠灌丛（tundra heath）——在单一和多重极端事件后的CO₂通量恢复能力，以评估其对北极碳平衡的潜在影响。该研究通过在2022年夏季实施7周完全降水排除（模拟干旱）和2022/23冬季进行-20°C两周冰冻处理，并在2023年夏季监测恢复，发现干旱后泥炭藓泥炭地的总初级生产力（GPP）恢复（63%）显著高于冻原石楠灌丛（41%），而冬季冰冻后两者恢复相似（40%和48%）。干旱与冰冻的组合效应将恢复抑制至最低水平（泥炭地29%，石楠灌丛19%），但未统计学上显著大于单独冰冻。更重要的是，GPP恢复慢于生态系统呼吸（Reco，恢复53-69%），导致夏季净生态系统交换（NEE）转为CO₂源，而对照组保持汇。组合事件还导致优势矮灌木Empetrum hermaphroditum大量枝条死亡（泥炭地63%，石楠灌丛91%）。这些结果揭示了极端事件持久且显著的遗留效应，可能放大碳-气候反馈，威胁亚北极生态系统作为长期碳汇的功能。该论文发表在《Ecosystems》。

为开展研究，研究人员采用了以下关键技术方法：从瑞典Abisko科学研究所（Abisko Scientific Research Station）采集泥炭藓泥炭地和冻原石楠灌丛样本（各16个中宇宙，共32个）。2022年夏季，利用倾斜透明有机玻璃板进行7周完全降水排除模拟干旱；2022/23冬季，将部分中宇宙移入实验室，在-20°C下冰冻2周模拟极端冬季冰冻事件。2023年夏季，通过红外气体分析仪（IRGA）测量净生态系统交换（NEE）和生态系统呼吸（Reco），计算总初级生产力（GPP）。使用点截法（point-intercept method）估算植物丰度和E. hermaphroditum枝条死亡率。对泥炭藓进行相对电解质渗漏（REL）和最大持水能力（WHC_max）测量以评估细胞膜损伤。恢复程度以处理组累积通量占对照组累积通量的百分比表示。

研究结果如下：

**冬季冰冻实验**：通过对比实验冰冻组与对照组冬季土壤温度，发现冰冻处理使土壤和表面温度降至约-15°C，而对照组由于雪被保温保持在-5至0°C之间；冬季CO₂通量在处理间无显著差异。

**恢复期间的环境条件与CO₂通量**：夏季土壤温度呈现季节模式，处理间无显著差异；由于定期补水，水分含量变化小。处理效应显著影响所有CO₂通量组分（GPP、Reco、NEE）。对照组为净汇（NEE正），而冰冻和干旱×冰冻组在两种生态系统中均为净源（NEE负）；干旱组仅在冻原石楠灌丛中为净源。

**泥炭地和石楠灌丛中CO₂通量的恢复**：通过计算相对累积通量，泥炭地干旱后GPP恢复（63%）高于石楠灌丛（41%）；冰冻后两者恢复相似（40%和48%）；组合效应在泥炭地（29%）与单独冰冻无显著差异，在石楠灌丛（19%）低于单独冰冻。Reco恢复在各处理间无显著差异（53