退化泥炭地亚表层含碳温室气体排放及其酶学机理研究

Climate change and human activities，two of notable global environmental issues, are accelerating peatlands degradation. Global warming will increase the rate of aerobic decomposition in the surface of peatlands. Carbon stored in the subsurface of peatlands would be metabolized if climatic conditions become more favorable for the decomposition. However, little is known about the carbon cycling in the subsurface of pealands and its response to climate change. We intent to quantify the subsurface CO2 and CH4 fluxes in Zoige peatlands and investigate its relationship with soil enzymatic activity. Furthermore, we also verify the characteristics of subsurface CO2 and CH4 fluxes and its enzymatic mechanism in degraded peatlands under climate change. This project could improve our knowledge about soil succession process of degradation peatlads and provide a scientific basis for peatlands protection and management.

在人类活动和气候变化影响下，泥炭地急剧退化。由于气候变化的加剧，土壤表层泥炭地在有氧环境下快速分解，亚表层泥炭也可能加速代谢过程。然而，目前对退化泥炭地土壤亚表层碳循环及其对气候变化的响应还缺乏研究。本项目拟选取若尔盖高寒泥炭沼泽地为研究对象，重点研究自然退化泥炭地土壤亚表层含碳温室气体排放特征及其与土壤酶活性之间的关系。并通过气候变化模拟实验揭示不同退化阶段，泥炭地亚表层含碳温室气体排放及其酶学过程对气候变化的敏感性。本研究可加深我们对不同退化阶段泥炭地碳循环对气候变化响应的认识,揭示土壤亚表层在这一过程中的重要作用，为退化泥炭地生态系统的恢复、保护和管理提供科学依据，对完善我国温室气体排放清单具有重要的意义。

在气候变化影响下，泥炭地在有氧环境下快速分解并加速代谢过程。然而，目前对泥炭地土壤碳循环及其对气候变化的响应还缺乏研究。本研究以若尔盖泥炭地为研究对象，在估算青藏高原及若尔盖高原泥炭面积，碳储量和泥炭累积速率的基础上，初步研究了泥炭地含碳温室气体排放动态及其对气候变化的响应特征，并对本区域泥炭地的可持续发展提出了相关建议。研究要点有1）研究区泥炭地碳储量估算及其可持续利用；2）气候变化对含碳温室气体排放动态；3）泥炭地累积速率研究；4）亚表层碳动态及其对温度和氧的响应。主要结论如下：.1）随着人为活动和气候变化的加剧，泥炭地面临退化威胁。研究发现，若尔盖泥炭地的生态功能随着人类的进驻不断发生着变化，需要加强有效措施确保泥炭地的可持续利用。据估算，青藏高原泥炭储量为0.543 Pg，若尔盖泥炭储量为0.477 Pg。若尔盖泥炭地面积为4605 km2，泥炭深度为0.2-6.0米，泥炭发育年龄大约1635-14095 cal. yr BP，泥炭累积速率为0.12-0.85 mm yr-1, 碳累积速率为5-48 g m-2 yr-1。.2）以4605 km2的面积来算，一个生长季内，土壤增温和雨量减少使若尔盖泥炭地甲烷排放减少约58% (5.3 Gg/year)。同时，土壤增温和雨量减少对甲烷排放的影响因水位变化而异。.3) 未受扰动的泥炭地碳累积速率远大于疏干泥炭地。对于未受扰动的泥炭地来说，近代碳累计速率为100 g m-2 yr-1( 80 - 123 g m-2 yr-1), 大概是长期泥炭累积速率的4.5倍。对于疏干泥炭地来说，近代泥炭累积速率为 42 g m-2 yr-1 (35 - 49 g m-2 yr-1), 大概为过去几千年来泥炭累积的2.8 倍左右。.4）增温和水位降低显著影响泥炭地碳循环，并对存储在泥炭亚表层的碳产生影响。采用四个情景(8°C-anaerobic, 8°C-aerobic, 18°C-anaerobic and 18°C-aerobic)培养了不同深度的泥炭。发现，土壤呼吸在增加土壤温度和含氧量的情况下迅速增加。土壤呼吸在增温和氧化条件下因底物浓度不同在不同深度泥炭层中差异明显，这主要是由微生物和酶活性所决定。将土壤呼吸来源分为近代年轻土壤(0-20 cm)和古土壤(21-100 cm)，我们发现，古土壤的土壤呼吸占到绝大部分。