2020-05-22 06:36:01
低烈度火灾增强了泥炭地的长期碳保留

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高强度火灾可能会破坏泥炭沼泽,并导致它们以温室气体的形式向大气排放大量储存的碳,但杜克大学的一项新研究发现,低强度火灾会引发相反的结果。

较小的火灾有助于保护储存的碳,并增加泥炭地对其的长期储存。

杜克湿地客座助理教授尼尔·弗拉纳根(Neal Flanagan)表示,在不太严重的地面火灾中,潮湿泥炭的急速加热会化学改变团块的土壤颗粒的外部,并“实质上形成一层结皮,使微生物难以进入其中的有机物。”中心和杜克大学的尼古拉斯环境学院。

这种反应(Flanagan称之为“焦糖布丁效果”)可以保护受火灾影响的泥炭免于腐烂。随着时间的流逝,即使在极端干旱期间,这种保护性屏障也有助于减缓泥炭地存储的碳以气候变暖的二氧化碳和甲烷的形式释放回环境的速度。

通过记录这种作用对明尼苏达州至秘鲁的泥炭地土壤的影响,“这项研究表明,从半北方地区到热带地区,火在维持宽阔的纬度梯度中保持泥炭中起着至关重要且细微的作用,但仍然被很大程度上忽略了。”杜克湿地中心主任Curtis J. Richardson。

理查森说:“这是首次有研究能够证明这一点,这对于在泥炭地管理中低强度火的有效利用具有重要意义,特别是在野火和干旱加剧的时候。”

研究人员于5月10日在《全球变化生物学》杂志上发表了他们同行评审的发现。

泥炭地是仅覆盖地球3%的湿地,却存储了地球土壤总碳的三分之一。杜克团队较早的研究表明,由于称为酚醛和芳烃的天然抗菌化合物,他们可以不受干扰地将碳锁定在有机土壤中数千年,这甚至可以防止干燥的泥炭腐烂。但是,如果闷烧,大火或其他重大干扰破坏了这种自然保护,则它们可能会迅速从碳汇转变为碳源。

为了进行这项新研究,Flanagan及其同事在杜克湿地中心(Duke Wetland Center)于2015年在北卡罗莱纳州东部的Pocosin Lakes国家野生动物保护区监视了美国鱼类和野生动物服务处禁止燃烧泥炭地豆腐胶或灌木覆盖的湿地沼泽的情况。他们使用现场传感器测量了火灾持续期间不断变化的烈度以及火灾对土壤湿度,地表温度和植物覆盖度的影响。他们还对火灾前后收集的土壤有机质样品进行了化学分析。

然后,他们在明尼苏达州,佛罗里达州和秘鲁亚马逊河流域的泥炭地的土壤进行受控实验室测试中,复制了短暂达到850oF温度的NC火的强度和持续时间,并使用X射线光电子能谱分析了燃烧样品和傅立叶变换红外光谱。

分析表明,低烈度火灾增加了土壤样品中碳的凝结和芳香化程度,特别是从泥炭地表面收集的碳。换句话说,研究人员在每个纬度的样本中都看到了“焦糖布丁效果”。

测试后,经过长期实验室孵育,发现泥炭累积的二氧化碳排放量较低,超过了1-3年。

弗拉纳根说:“起初有一些碳损失,但长期而言,你很容易抵消,因为促进腐烂的微生物也减少了呼吸作用,因此泥炭的分解速度要慢得多。”

在全球范围内,泥炭地存储着大约560千兆吨的碳。这与所有森林中存储的水量相同,几乎与大气中发现的597千兆字节一样多。

“鉴于我们对泥炭地的管理在地球碳收支中的重要性,以及气候变化正在改变全球自然火灾状况的方式,改善我们的泥炭地至关重要,” Richardson说,“这项研究提醒我们,火灾不仅是泥炭地的破坏性异常,它也可能是其生态学的有益部分,对他们的积碳有积极影响。”

弗拉纳根(Flanagan)和理查森(Richardson)与杜克湿地中心研究员王宏军和斯科特·温顿(Scott Winton)共同进行了这项研究。温顿还曾任职于苏黎世联邦理工学院的生物地球化学和污染物动力学研究所以及瑞士联邦水生科学技术研究所。

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