青藏高原多年凍土退化影響碳釋放的研究取得進展
多年凍土區存儲大量有機碳，全球氣候變暖導致多年凍土退化，將導致大量的碳釋放，對氣候變化具有正反饋效應。青藏高原是中低緯度面積最大的多年凍土區，氣候變暖導致地溫升高、活動層厚度增加和熱喀斯特地貌快速發育，進而對生態系統碳循環具有重要影響。然而，目前青藏多年凍土區土壤有機碳儲量如何，對氣候變化如何響應還不清楚。
任務六專題5蘭州大學資源環境學院牟翠翠教授與中科院西北生態環境資源研究院、美國楊百翰大學和德國漢諾威萊布尼茲大學等單位的科研人員合作，于2020年在《Earth-Science Reviews》發表了題目“The status and stability of permafrost carbon on the Tibetan Plateau”的重要研究成果。綜合分析了過去青藏高原氣溫、多年凍土地溫和熱喀斯特地貌的發育過程，揭示了青藏高原多年凍土退化對碳循環過程的影響，全面評估了青藏高原多年凍土熱狀態變化及其對碳釋放影響的生物地球化學過程，結果為進一步探討區域和全球尺度上多年凍土碳的氣候反饋效應及生態環境變化等研究提供了科學參考。
研究首先根據Web of Science數據，對過去幾十年來北極和青藏高原多年凍土及碳循環的研究進行了定量比較，表明青藏高原多年凍土是氣候變化研究的重要地區。通過對已有報道的采樣點分布、土壤有機碳測定方法、多年凍土區面積的界定、土壤有機碳的空間擴展技術環節綜合分析，指出青藏高原多年凍土區表層2 m土壤碳儲量為19.0±6.6 Pg。這些土壤有機碳對氣候變化敏感，容易被微生物分解，不同植被類型下土壤有機碳分解的溫度敏感性系數為9.2±7.1。在高原尺度上，全球變暖增加了局部地區土壤碳的釋放，但變暖又促進了植被生長，從而吸收更多的碳。綜合青藏高原不同地區模擬升溫及監測結果，發現干濕土壤條件下生態系統碳釋放對升溫的響應不同。目前青藏高原總體表現為碳匯，但未來氣候變化可能增加多年凍土碳釋放速率，減弱其碳匯功能。
本研究還重點分析了熱喀斯特地貌對多年凍土碳循環的影響。已有的地球系統模式主要關注多年凍土緩慢升溫過程。但是，在富冰多年凍土區，多年凍土退化會導致地表沉降、滑塌或熱融侵蝕，形成熱喀斯特景觀。這些過程比較復雜而未被充分研究，因而還沒有被納入到耦合模型中，導致碳循環的評估具有很大不確定性。通過野外監測分析表明，青藏高原熱融滑塌和熱融湖塘發育是影響溫室氣體釋放的重要過程，由于遙感技術限制，目前還缺少區域尺度擴展和整體反饋效應評估。為了降低多年凍土區土壤有機碳儲量及其對升溫響應的不確定性，未來研究需要進一步探索基于有機質來源和沉積過程對土壤有機碳分解釋放的溫度敏感性的影響，并量化多年凍土退化過程中養分的有效性在調節土壤有機碳動力學和生態系統恢復中發揮的作用。
該研究得到了第二次青藏高原綜合科學考察研究項目（2019QZKK0605）（第一標注）的資助。
圖1 青藏高原多年凍土退化對碳循環的影響示意圖