LI-COR EC 應(yīng)用案例 | 【Nature Communications】東西伯利亞北極內(nèi)陸水體的碳排放以“新碳”為主

原文以 East Siberian Arctic inland waters emit mostly contemporary carbon為標(biāo)題發(fā)表在Nature Communications上

作者: Joshua F. Dean, Ove H. Meisel等

翻譯: 子毅

北半球高緯度的長久凍土中，儲(chǔ)存了全球約50%（~1300 Pg C）的土壤有機(jī)碳。在這種景觀中，內(nèi)陸水體（河流、湖泊、池塘）非常豐富，它們構(gòu)成了陸地碳輸出的主要途徑。北極氣溫逐漸升高，會(huì)導(dǎo)致長久凍土融化，這有可能加劇該地區(qū)土壤有機(jī)碳庫的分解與釋放。

季節(jié)性解凍的表土，以當(dāng)代生物周轉(zhuǎn)過程為主。長久凍土景觀中的內(nèi)陸水體，能從這一過程中接收來自陸地的碳。隨著氣候變暖，生物周轉(zhuǎn)過程增強(qiáng)，如北極地表植被凋亡事件（綠化與褐化，Arctic Greening versus Browning），會(huì)引發(fā)更多的“新碳”釋放到內(nèi)陸水體中。

另外，隨著長久凍土的解凍，自全新世以來一直處于凍結(jié)狀態(tài)的“老碳”，也會(huì)被釋放到內(nèi)陸水體中。在大約四分之一的長久凍土里，存在著更古老的沉積物，其中的碳也更為古老。這些沉積物可追溯到更新世，人們稱其為Yedoma。這種土壤沉積物的含冰量高，容易解凍，主要位在西伯利亞東北部。
所有這些碳源，主要會(huì)以四種形式釋放到內(nèi)陸水體中：溶解態(tài)有機(jī)碳（DOC < 0.2–0.7 μm）、顆粒態(tài)有機(jī)碳（POC）、溶解態(tài)無機(jī)碳（包括 CO₂）以及 CH₄。它們?cè)诒壤系母淖儯蚴强偭康脑黾?，都?huì)影響潛在氣候反饋的幅度。
陸地碳在向內(nèi)陸水體的運(yùn)輸和再儲(chǔ)存過程中，很容易分解為CO₂和CH₄，這被認(rèn)為是長久凍土景觀碳排放的重要因子。
基于放射性碳 (¹⁴C) 的研究表明，在Yedoma 地區(qū)，“老碳”在釋放到溪流中后，極易被微生物分解為 CO₂。同時(shí)，對(duì)熱喀斯特湖的研究表明，其釋放的CH₄碳齡約為42,900年（yBP）。
然而，在非 Yedoma 長久凍土區(qū)，向大氣排放的碳中，“新碳”占主流。冰芯研究也表明，在過去15,000 年間，在長久凍土區(qū)，大范圍大規(guī)模排放“老碳”CH₄的概率很小。
因此，目前尚不清楚，在長久凍土景觀的碳排放中，究竟是 “新碳”還是“老碳”排放占主導(dǎo)？
為此，研究者們選擇了一個(gè)地勢(shì)較低的長久凍土景觀區(qū)，量化了所有形式的“新碳”和“老碳”對(duì)內(nèi)陸水體輸入的相對(duì)貢獻(xiàn)。
在西伯利亞東北部苔原帶凍土區(qū)，研究者們使用同位素混合模型，對(duì)¹⁴C 和 DOC、POC 以及溶解的 CO₂ 和 CH₄ 的濃度進(jìn)行了同步測(cè)量，確定了內(nèi)陸水體碳排放驅(qū)動(dòng)因子的碳齡。
對(duì) 15.9 km²研究區(qū)的內(nèi)陸水體碳排放進(jìn)行了尺度擴(kuò)展，估算了“新碳”和“老碳”排放的相對(duì)貢獻(xiàn)，并將其與使用LI-COR渦度相關(guān)通量觀測(cè)系統(tǒng)得到的苔原排放量做了結(jié)合分析。
研究表明，永凍土景觀內(nèi)陸水體的碳排放，對(duì)“新碳”周轉(zhuǎn)的變化更敏感。超過 80% 的內(nèi)陸水體的總碳屬于“新碳”，但在受凍融過程影響劇烈的樣地，“老碳”的貢獻(xiàn)超過了50%。CO₂ 和 CH₄ 比溶解態(tài)和顆粒態(tài)有機(jī)碳更“年輕”，這表明排放主要是由“新碳”分解引發(fā)。

LI-COR渦度相關(guān)通量觀測(cè)系統(tǒng)在該研究中的作用

LI-COR渦度相關(guān)通量觀測(cè)系統(tǒng)

使用LI-COR渦度相關(guān)通量觀測(cè)系統(tǒng)測(cè)量苔原區(qū)的CO₂、CH₄和H₂O通量。該測(cè)量系統(tǒng)于2003年安裝，由LI-7500 開路式CO₂和H₂O分析儀（LI-COR, Lincoln, NE, USA）和R3-50三維超聲風(fēng)速儀（Gill Instruments, Lymington, UK）組成。2014年，測(cè)量系統(tǒng)中增加了LI-7700開路式CH₄分析儀（LI-COR, Lincoln, NE, USA）。所有分析儀的測(cè)量頻率均為 10 Hz，安裝高度4.7 m。使用LI-COR公司開發(fā)的 EddyPro軟件（V 6.2.2）計(jì)算30min的平均通量。數(shù)據(jù)處理包括：坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)、WPL訂正、光譜訂正（僅對(duì)CH₄ 通量）和譜分析。

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原文中的主要數(shù)據(jù)圖