草丘微地貌对苔草泥炭沼泽碳排放关键过程的影响机制研究

Peat mire, as one of the important organic carbon pools in the terrestrial ecosystem, plays an important role in maintaining the global carbon balance. Cespitose Carex widely spread in mid-high latitude peat mire. The microtopography of hommock is its common appearance characteristics and influence the carbon emission patterns of the ecosystem. However, the mechanism is still not clear. Is there spatial heterogeneity of carbon emission in cespitose Carex peat mire? How are the carbon emission patterns of different carbon pools? Whether the hommock has the ecological function of reducing CH4 emission? There is still little research about these points, especially in China. Therefore, this project plans to select the cespitose Carex peat mire in Changbai Mountain as research area. Field monitoring, in-situ control, laboratory simulation experiment methods will be used to study the process of carbon emission in the cespitose Carex peat mire. The aims of this study are to (1) illustrate the composition characteristics and spatial- temporal patterns of carbon emission in the Carex peat mire ecosystem; (2) calculate the magnitude of carbon emission of the cespitose Carex peat mire accurately; (3) reveal the the influence mechanism of the hommock microtopography on the carbon emission in Carex peat mire. The result of this project would help to provide scientific evidence for revealing the coupling relation between different organic carbon pools and vegetation, environment, and the scientific assessment of carbon sink function of peat mires.

泥炭沼泽作为陆地生态系统最主要的有机碳库之一，对维持全球碳平衡具有重要作用。密丛型苔草在北方中高纬度泥炭沼泽分布十分广泛，草丘微地貌是其普遍外貌特征。微地貌的存在影响着泥炭沼泽的碳排放过程，但目前的研究还有诸多未知和不确定性。密丛型苔草泥炭沼泽碳排放是否存在空间异质性？不同碳库的碳排放格局如何？草丘是否具有减少CH4排放的生态功能？这些科学问题尚缺少系统研究，我国对该方面的研究更十分缺乏。本项目拟选择长白山区密丛型苔草泥炭沼泽作为研究区，通过野外监测、原位控制和室内模拟相结合的方法，对苔草沼泽草丘微地貌格局下含碳气体排放关键过程进行研究，明确密丛型苔草沼泽碳排放的组分特征与时空格局，精确计算密丛型苔草沼泽含碳气体的排放通量，揭示草丘微地貌对不同碳库含碳气体排放过程的影响及机制。该项目的实施将系统揭示泥炭沼泽不同碳库碳排放与环境、生物因子间耦合关系，为科学评估泥炭沼泽碳汇功能提供支持。

泥炭沼泽作为陆地生态系统最主要的有机碳库之一，对维持全球碳平衡具有重要作用。密丛型苔草在北方中高纬度泥炭沼泽分布十分广泛，草丘微地貌是其普遍外貌特征。微地貌的存在影响着泥炭沼泽的碳排放过程，但目前的研究还有诸多未知和不确定性。本项目选择长白山区密丛型苔草泥炭沼泽作为研究区，通过野外监测、原位控制和室内模拟相结合的方法，对苔草沼泽草丘微地貌格局下含碳气体排放关键过程进行了研究，研究发现密丛型苔草沼泽草丘土壤CO2平均通量是丘间的1.89-4.45倍，丘间土壤CH4平均通量是草丘的1.22-2.12倍，草丘和丘间的累积碳排放量分别为0.71-1.20 kg/m2和0.44-0.99 kg/m2。草丘的平均累积碳排放量(0.90±0.05 kg/m2)高于丘间(0.59±0.07 kg/m2)。但草丘的GWP显著低于丘间，表明草丘的变暖潜势较低(p<0.05)。微地貌格局下，土壤CH4产生率及氧化率存在明显空间异质性，草丘土壤CH4产生率及氧化率均显著高于丘下及丘间土壤（p<0.05）。草丘土壤CH4最大产生速率是丘下土壤的11倍，是丘间土壤的16倍，其CH4最大氧化速率分别为丘下及丘间土壤的4.15倍。草丘的高碳性和曝氧环境分别是其高CH4产生潜力和氧化潜力的重要原因。CH4传输存在时空异质性。其中，孔隙水溶解性CH4浓度随时间变化呈单峰曲线变化趋势。在空间上，土壤孔隙水溶解性CH4浓度表现为丘间>丘下>草丘。薹草与草丘传输CH4速率具有显著的时间变异性。结构方程表明，微地貌引起的草丘和丘间的温度和水位的变化影响了土壤微生物和土壤养分循环过程，导致了草丘和丘间碳排放的差异。该项目的实施系统揭示了泥炭沼泽不同碳库碳排放与环境、生物因子间耦合关系，为科学评估泥炭沼泽碳汇功能提供支持。