芬蘭科學家使用便攜式(shi)光合熒(ying)光測量(liang)系統(tong)GFS-3000等研(yan)究了不同植被(bei)相關參數對解釋泥炭地碳氣(qi)體通量(liang)組分(fen)空間變異的有(you)效性(xing)，發(fa)現在解釋泥炭地CO2和CH4氣(qi)體交換(huan)方面，植物功(gong)能性(xing)狀起次要作用。
泥炭(tan)地(di)(di)是(shi)一個重要(yao)的(de)土(tu)壤碳(tan)庫(ku)，然(ran)而，泥炭(tan)地(di)(di)之間和泥炭(tan)地(di)(di)內部(bu)的(de)碳(tan)氣體(ti)通量組分(fen)表現出明顯的(de)空間變異(yi)。確定對這種變異(yi)的(de)控(kong)制可能有助于理解泥炭(tan)地(di)(di)對全球變化的(de)反應。本研究評估了不同植被相關參數對解釋泥炭地碳(tan)氣體通量組分空間變異的有用性。研究(jiu)人員假設，空間變異最好(hao)用(yong)基于(yu)性狀(zhuang)的(de)(de)指數來解釋（類似于(yu)其(qi)他(ta)陸地(di)生態系(xi)統），并且土(tu)壤物理(li)化(hua)學性質（如氮含量(liang)或(huo)水(shui)位）的(de)(de)影響(xiang)可以(yi)通過性狀(zhuang)來表現。此外(wai)與(yu)每個碳氣(qi)體通量(liang)組(zu)分相(xiang)關的(de)(de)空間變異可以(yi)通過一(yi)組(zu)不同(tong)的(de)(de)性狀(zhuang)來解釋。為了實現這一(yi)目標，使用(yong)了從沼澤化(hua)草甸(dian)到沼澤地(di)的(de)(de)連(lian)續(xu)泥炭地(di)時間序列，在相(xiang)似的(de)(de)氣(qi)候條件下，用(yong)相(xiang)似的(de)(de)方法記錄了所有變量(liang)。
觀(guan)察到所有測量(liang)氣體通量(liang)的(de)空間(jian)變異性，CO2通量(liang)在站(zhan)(zhan)點(dian)之間(jian)顯示出顯著的(de)變異性，而(er)站(zhan)(zhan)點(dian)內的(de)變異性對(dui)于CH4通量(liang)更(geng)為(wei)重要。正如預期的(de)那(nei)樣，結果表(biao)明(ming)，物理(li)化學條件的(de)影響是通過植被產(chan)生的(de)。然而(er)，與基于功能性狀的(de)指數(shu)相比，功能植物的覆蓋被證明在解釋氣體通量變異性方面更有效。研究結果表明(ming)，對于(yu)未來的氣體通(tong)量(liang)建模而言，與其(qi)試圖使用個體性(xing)狀(zhuang)，不如細化植(zhi)物(wu)功(gong)能(neng)群，并確保(bao)它們基于(yu)一組與所(suo)研究的生(sheng)態系統過(guo)程(cheng)相關的植(zhi)物(wu)性(xing)狀(zhuang)，這(zhe)可能(neng)更有用。這(zhe)可以通(tong)過(guo)整理(li)從泥炭地測(ce)量(liang)的大量(liang)性(xing)狀(zhuang)數據集來實現。
本研(yan)究中(zhong)泥炭蘚(xian)的CO2氣體交(jiao)換、維管植物的光(guang)合能力測(ce)量，使用了便攜(xie)式光(guang)合熒光(guang)測(ce)量系統(tong)GFS-3000（Walz，Germany）。
圖1 研究(jiu)地點(dian)位(wei)于芬蘭西海岸的(de)Siikajoki (北緯64°45′，東經24°42′)。年(nian)平均降水量為(wei)541mm，年(nian)平均氣溫為(wei)2.6°C，最(zui)(zui)暖(15.9°C)和最(zui)(zui)冷(?5.8°C)月份分別為(wei)7月和1月
圖2 碳氣體通(tong)量組分(fen)、總(zong)光合(he)作用(PG)、生(sheng)態系(xi)統呼吸(RE)和(he)甲(jia)烷(CH4)的潛在直接和(he)間接控制概念圖
圖3 箱線圖顯示了沿(yan)演替樣(yang)帶(dai)總光合(he)作用(a)、生態系統呼吸(b)和甲烷(wan)通量(c)的季節(jie)性(xing)累積(ji)的變化
圖4 箱(xiang)線(xian)圖顯(xian)示了沿演替樣帶(dai)莎草(a)、闊葉(xie)雜(za)草(b)、灌(guan)木(c)和泥炭蘚(d)覆蓋層的(de)變化
圖5 箱線(xian)圖顯示了沿演(yan)替樣(yang)(yang)帶香(xiang)農指(zhi)數(Shannon index, a)、維管植(zhi)物群落的(de)功能多(duo)樣(yang)(yang)性(xing)(xing)(b)和泥(ni)炭蘚群落的(de)功能多(duo)樣(yang)(yang)性(xing)(xing)(c)的(de)變化
圖6 維(wei)管植物(a)和(he)泥炭(tan)蘚(b)群落(luo)加權平均性狀值的主成分(fen)(fen)分(fen)(fen)析(xi)(PCA)排序。不(bu)同(tong)研究地(di)點的樣(yang)圖以(yi)不(bu)同(tong)的顏色顯(xian)示。wt_dif表示樣(yang)地(di)水(shui)(shui)位和(he)現場平均水(shui)(shui)位之間(jian)的差(cha)值，并用作(zuo)補充(chong)變量(liang)。維(wei)管植物性狀包(bao)括：植株(zhu)高度、比(bi)葉(xie)(xie)(xie)面積(ji)(SLA)、葉(xie)(xie)(xie)片碳(tan)和(he)氮(dan)(dan)含(han)量(liang)以(yi)及葉(xie)(xie)(xie)片碳(tan)氮(dan)(dan)比(bi)、全光照(zhao)下的光合(he)(he)作(zuo)用(Pmax)、呼吸速率(R)、分(fen)(fen)解(jie)(jie)速率（干物質損(sun)失%）（分(fen)(fen)解(jie)(jie)%）、通氣組(zu)織的存在。泥炭(tan)蘚性狀包(bao)括頭(tou)狀花序和(he)密(mi)傘花序密(mi)度(cap_dens, fasc_dens)、頭(tou)狀花序干重(cap_dw)、頭(tou)狀花序含(han)水(shui)(shui)量(liang)(cap_wc)、頭(tou)狀花序碳(tan)和(he)氮(dan)(dan)含(han)量(liang)、碳(tan)氮(dan)(dan)比(bi)、全光照(zhao)下的光合(he)(he)作(zuo)用(Pmax)、呼吸速率(R)、分(fen)(fen)解(jie)(jie)速率(干質量(liang)損(sun)失%) (分(fen)(fen)解(jie)(jie)%)
圖7 總光(guang)合作用直接和間接控制的結構方(fang)程模(mo)型示意圖
圖8 生態系統呼(hu)吸(xi)直接和間接控制的結(jie)構(gou)方程模(mo)型示意圖
圖(tu)(tu)9 甲烷通量(liang)直(zhi)接和間接控(kong)制的(de)結構方程模型示意圖(tu)(tu)
這(zhe)項研究首次將泥炭地CO2和CH4通量的空間變異與相同地點同期測量的大量功能性狀聯系起來。雖(sui)然先前已經發現功能(neng)(neng)性(xing)(xing)狀可以解釋(shi)特定泥(ni)炭(tan)地(di)(di)生(sheng)態系統(tong)類型(xing)的(de)性(xing)(xing)質，但本研究中Siikajoki泥(ni)炭(tan)地(di)(di)時間序列(lie)使我們(men)能(neng)(neng)夠在相(xiang)同的(de)氣候條件、測量(liang)(liang)年份(fen)和(he)測量(liang)(liang)方法下，對(dui)一(yi)系列(lie)泥(ni)炭(tan)地(di)(di)類型(xing)（從(cong)沼澤化草甸到演替后(hou)期的(de)貧營養泥(ni)炭(tan)沼澤）進行概括。我們(men)的(de)采樣捕獲了泥(ni)炭(tan)地(di)(di)內和(he)泥(ni)炭(tan)地(di)(di)之間的(de)空(kong)間變(bian)異(yi)性(xing)(xing)。所有測得的(de)泥(ni)炭(tan)地(di)(di)碳氣體通量(liang)(liang)組分中都存在明(ming)顯的(de)空(kong)間變(bian)異(yi)。CO2通量(liang)(liang)在站點之間顯示出顯著的(de)變(bian)異(yi)性(xing)(xing)，而站點內的(de)變(bian)異(yi)性(xing)(xing)對(dui)于CH4通量(liang)(liang)更(geng)為重要(yao)。
—— 原(yuan)文 ——
Laine A M, Korrensalo A, Tuittila E S. . ScienceofTheTotalEnvironment,2022,834:155352.
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