LI-COR EC 应用案例 | 【Nature Communications】东西伯利亚北极内陆水体的碳排放以“新碳”为主

原文以 East Siberian Arctic inland waters emit mostly contemporary carbon为标题发表在Nature Communications上

作者: Joshua F. Dean, Ove H. Meisel等

翻译: 子毅

北半球高纬度的长久冻土中，储存了全球约50%（~1300 Pg C）的土壤有机碳。在这种景观中，内陆水体（河流、湖泊、池塘）非常丰富，它们构成了陆地碳输出的主要途径。北极气温逐渐升高，会导致长久冻土融化，这有可能加剧该地区土壤有机碳库的分解与释放。

季节性解冻的表土，以当代生物周转过程为主。长久冻土景观中的内陆水体，能从这一过程中接收来自陆地的碳。随着气候变暖，生物周转过程增强，如北极地表植被凋亡事件（绿化与褐化，Arctic Greening versus Browning），会引发更多的“新碳”释放到内陆水体中。

另外，随着长久冻土的解冻，自全新世以来一直处于冻结状态的“老碳”，也会被释放到内陆水体中。在大约四分之一的长久冻土里，存在着更古老的沉积物，其中的碳也更为古老。这些沉积物可追溯到更新世，人们称其为Yedoma。这种土壤沉积物的含冰量高，容易解冻，主要位在西伯利亚东北部。
所有这些碳源，主要会以四种形式释放到内陆水体中：溶解态有机碳（DOC < 0.2–0.7 µm）、颗粒态有机碳（POC）、溶解态无机碳（包括 CO₂）以及 CH₄。它们在比例上的改变，或是总量的增加，都会影响潜在气候反馈的幅度。
陆地碳在向内陆水体的运输和再储存过程中，很容易分解为CO₂和CH₄，这被认为是长久冻土景观碳排放的重要因子。
基于放射性碳 (¹⁴C) 的研究表明，在Yedoma 地区，“老碳”在释放到溪流中后，极易被微生物分解为 CO₂。同时，对热喀斯特湖的研究表明，其释放的CH₄碳龄约为42,900年（yBP）。
然而，在非 Yedoma 长久冻土区，向大气排放的碳中，“新碳”占主流。冰芯研究也表明，在过去15,000 年间，在长久冻土区，大范围大规模排放“老碳”CH₄的概率很小。
因此，目前尚不清楚，在长久冻土景观的碳排放中，究竟是 “新碳”还是“老碳”排放占主导？
为此，研究者们选择了一个地势较低的长久冻土景观区，量化了所有形式的“新碳”和“老碳”对内陆水体输入的相对贡献。
在西伯利亚东北部苔原带冻土区，研究者们使用同位素混合模型，对¹⁴C 和 DOC、POC 以及溶解的 CO₂ 和 CH₄ 的浓度进行了同步测量，确定了内陆水体碳排放驱动因子的碳龄。
对 15.9 km²研究区的内陆水体碳排放进行了尺度扩展，估算了“新碳”和“老碳”排放的相对贡献，并将其与使用LI-COR涡度相关通量观测系统得到的苔原排放量做了结合分析。
研究表明，永冻土景观内陆水体的碳排放，对“新碳”周转的变化更敏感。超过 80% 的内陆水体的总碳属于“新碳”，但在受冻融过程影响剧烈的样地，“老碳”的贡献超过了50%。CO₂ 和 CH₄ 比溶解态和颗粒态有机碳更“年轻”，这表明排放主要是由“新碳”分解引发。

LI-COR涡度相关通量观测系统在该研究中的作用

LI-COR涡度相关通量观测系统

使用LI-COR涡度相关通量观测系统测量苔原区的CO₂、CH₄和H₂O通量。该测量系统于2003年安装，由LI-7500 开路式CO₂和H₂O分析仪（LI-COR, Lincoln, NE, USA）和R3-50三维超声风速仪（Gill Instruments, Lymington, UK）组成。2014年，测量系统中增加了LI-7700开路式CH₄分析仪（LI-COR, Lincoln, NE, USA）。所有分析仪的测量频率均为 10 Hz，安装高度4.7 m。使用LI-COR公司开发的 EddyPro软件（V 6.2.2）计算30min的平均通量。数据处理包括：坐标旋转、WPL订正、光谱订正（仅对CH₄ 通量）和谱分析。

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原文中的主要数据图