Picarro | 火烧对北极生态系统CO2，CH4和N2O交换的影响

近几十年来，北极气温上升超过全球平均气温的两倍，且在2100年以前，可能会增加2-8℃。近年来野火频繁发生和蔓延，它以不同的方式干扰着生态系统，包括破坏地上和地下植物生物量以及通过改变C、N和P有效性改变土壤性质。在高纬度地区苔原火灾的频率和范围与气候条件有关，火灾事件的增加与夏季变干变暖有关。气候变化会改变北极无冰区陆地生态系统土壤和大气之间CH₄，CO₂和N₂O的交换。大约一半的全球土壤C沉积在北极中，气候变化和野火增加会导致大量C释放到大气中，影响全球C收支，导致气候正反馈。同时也有研究表明，野火会导致排水良好的针叶林土壤中CH₄吸收速率增加。然而，野火对苔原生态系统C和N循环的短期和长期影响理解匮乏，且尚不清楚野火对苔原生态系统土壤CH₄，CO₂和N₂O通量的影响。

基于此，在本文中，来自哥本哈根大学的研究团队于2017-2019年在西格陵兰岛凯凯塔苏瓦克岛(69°16′N，53°27'W)南端的Blæsedalen原位调查了环境和增温条件下实验火烧对CO₂，CH₄（Picarro G4301）和N₂O通量的影响。作者同时收集了气温和降水数据。燃烧过程中测量和记录了2和5 cm深度的土壤温度。2017年8月，2018年7月和2019年7月采集0-5 cm土壤，分析了其总和可溶性C、N和P。分析了2017年样品的pH和C:N比。提取潮湿土壤中的水溶液，过滤，测量其NO₃^--N，NH₄⁺-N和PO₄^3--P。主要研究目的为（1）量化实验火烧后即时和短期净CO₂，CH₄和N₂O交换率，（2）确定生态系统净GHG交换过程的限制因素，（3）测试土壤理化条件的时间变化和净GHG交换率之间的关系，以及（4）量化气候增温下，火烧对净GHG交换率的影响。

【结果】

2017-2019年试验期间，火烧前后的气体通量（a）NEE，（b） GEP，（c）ER，（d）CH₄和（e）N₂O。

2018-2019年原位土壤吸收率和土壤含水量之间的关系（a）以及原位ER率和土壤温度之间的关系（b）。

【结论】

该文研究了实验火烧对北极生态系统GHG交换的即时和短期影响。整个研究期间，火烧地上植被，该区会转变为CO₂源。在燃烧区，净CO₂释放增加主要与光合活性与ER立即增加有关。即使与增温相结合，尽管OTCs显著提高了1℃，燃烧区光合活性和生态系统呼吸均无增加。虽然实验和相对低强度的火烧对地面是一种破坏力，但火烧后对地下性质和季节与年际过程变化的影响有限，这是由天气条件驱动的。因此，在排水良好的北极苔原生态系统中，低强度火烧对地下相关温室气体过程（如CH₄和N₂O的消耗和产生）的影响可以忽略不计。总之，环境和增温条件下土壤对CH₄净吸收的变化主要受土壤含水量控制。火烧对植被的破坏和随后的无机N冲刷并没有对普遍较低的N₂O排放产生假设的刺激作用，但火烧后N₂O通量立即显著下降。然而，在过去的1年和2年里，无论有无增温，N₂O通量都没有受到火烧的影响。在排水良好的北极苔原生态系统中，以CO₂当量通量计算的总GHG收支强调了火烧后CO₂排放的主要贡献。因此，典型火烧长期影响的一个重要因素是植物恢复的速度及其对CO₂的吸收。在本研究中，作者研究了具有浅有机层的排水良好的苔原中典型火烧的影响。许多野火会造成轻度和高度严重燃烧区，特别是在泥炭形成较深的生态系统中，这可能会对净温室气体收支产生更大的影响。因此，需要进一步研究高强度火烧对北极苔原以及其他北极生态系统三种温室气体通量的影响。