生態(tài)系統(tǒng)呼吸（Re）和甲烷（CH4）通量是兩個重要的土壤-大氣碳交換過程,，已經(jīng)在局地尺度上得到充分記錄。然而,，在流域尺度上,，對青藏高原多年凍土區(qū)這些過程的空間格局和控制因素尚不清楚。

基于此,，為了填補研究空白,，在本研究中，來自四川大學(xué),、中國科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所,、山西農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院和西南民族大學(xué)青藏高原研究所的研究團隊在青藏高原風(fēng)火山（34°40′-34°46′ N和92°50′–92°62′ E,；4580-5410 m a.s.l.,；圖1a）測量了兩個生長季節(jié)（2017年和2018年）不同坡向（北向（陰坡）和南向（陽坡））和不同海拔（低、中和高坡位）的生態(tài)系統(tǒng)呼吸（Re）和CH₄通量,，旨在闡明青藏高原草地流域尺度的Re和CH₄通量模式并量化生物和非生物因子調(diào)節(jié)Re和CH₄通量的相對貢獻,。

作者利用LGR UGGA便攜式溫室氣體分析儀+PS-3000便攜式土壤呼吸系統(tǒng)（北京理加聯(lián)合科技有限公司）+SC-11便攜式呼吸室（北京理加聯(lián)合科技有限公司）于2017年和2018年生長季節(jié)（6-12月）每30天測量一次Re和CH₄通量。同時,，還測量了土壤溫度,、體積含水量、地上生物量和地下生物量,、土壤有機質(zhì),、pH、土壤全氮,、土壤容重,、溶解性有機碳,、微生物量碳、微生物量氮,、土壤蔗糖酶活性,、NH₄⁺-N和NO₃^--N濃度。

圖1 西藏高寒草地研究區(qū)和樣地位置,。

（a）青藏高原植被類型圖顯示了研究區(qū)位置,。

（b）2個溝谷的2個坡向的3個海拔位置的18個研究地塊。

（c）山坡上的高寒草甸,。

（d）陽坡低坡位的高寒沼澤草甸。

【結(jié)果】

微生物因子對高寒草地流域Re空間變異具有控制作用,。在高海拔陰坡位置,，較低的土壤溫度和土壤有機質(zhì)含量降低了土壤微生物活性，從而抑制了Re的產(chǎn)生,。作者發(fā)現(xiàn)高寒草地是大氣CH4的凈匯,，流域內(nèi)平均CH4通量率表現(xiàn)出很大的空間變異性，范圍為-1.6~-10.48μg CH₄ m^-2 h^-1,。土壤體積含水量的空間變異解釋了流域內(nèi)76%的CH4通量變異,。作者認為在高寒草地流域，永凍層對水文狀況的影響可能會增加土壤水分（土壤體積含水量和充水孔隙空間）的空間變異性,，通常在Re和CH4吸收受到抑制的低坡位形成排水不良的地貌,。結(jié)果強調(diào)了地形和永凍層通過對生物物理化學(xué)因子的影響間接影響著Re和CH4通量。作者建議在地球系統(tǒng)模型中應(yīng)重視青藏高原草地流域尺度上Re和CH4通量的空間變異性,，尤其是CH4通量隨海拔位置的變異性,。

圖2 兩個生長季節(jié)生態(tài)系統(tǒng)呼吸（Re）速率（a-c）和CH₄通量（d-f）及其范圍（g和h）的季節(jié)性變化。

圖3生態(tài)系統(tǒng)呼吸（Re）和生物物理化學(xué)因子之間的關(guān)系,。

圖4 變異劃分分析（a）和結(jié)構(gòu)方程模型（b）研究了驅(qū)動因素對生態(tài)系統(tǒng)呼吸（Re）的多變量影響,。圖（a）中，ST代表土壤溫度,，SOM代表土壤有機質(zhì),。圖（b）中，實線箭頭表示顯著相關(guān)（P＜0.05）,；虛線箭頭表示無顯著相關(guān)（P＞0.05）,；箭頭寬度與關(guān)系強度成正比。多層矩形表示土壤有機質(zhì)和微生物因子的主成分分析的第一成分,；土壤有機質(zhì)包括土壤有機碳（SOC）和土壤全氮（STN）,，微生物因子包括微生物量碳（MBC），微生物量氮（MBN）和蔗糖酶活性,。

圖5 CH₄通量率和土壤溫度（a）,、土壤體積含水量（b）,、充水孔隙度、NH₄⁺-N（d）和NO₃^—N（e）之間的關(guān)系,。

【結(jié)論】

為期兩年的西藏高寒草地野外研究發(fā)現(xiàn),，由于流域內(nèi)溝壑斜坡沿線的土壤水分差異，海拔位置顯著影響CH₄通量,。在流域尺度上,，生物和微生物因子相互作用影響Re，微生物因子對Re具有直接調(diào)控作用,。研究結(jié)果表明,，在山坡水文中永凍層可能會進一步增加土壤水分的空間異質(zhì)性，這可能會改變高寒草地的碳交換,，尤其是考慮到低坡CH4凈吸收率弱于其他坡位,。這些發(fā)現(xiàn)對于估算西藏多年凍土區(qū)山地的碳交換具有重要指示意義。山地覆蓋了青藏高原約60.58%的區(qū)域,，忽視流域尺度Re和CH4通量的空間變異性可能會誤導(dǎo)對碳交換的評估,。因此，作者建議在地球系統(tǒng)模式中應(yīng)該考慮流域尺度Re和CH₄通量的空間變異性,，以改進對西藏高寒草地碳交換的評估,。