東北地理所在精準(zhǔn)火歷史重建及對(duì)泥炭沼澤碳庫影響研究中取得進(jìn)展
隨著氣候變化和人類活動(dòng)加劇，自然生態(tài)系統(tǒng)中的野火的頻率和強(qiáng)度均明顯增加，野火對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的影響也隨之增加。長時(shí)間尺度的火歷史研究不僅可以加強(qiáng)對(duì)野火驅(qū)動(dòng)機(jī)制的理解，同時(shí)可深入探討野火對(duì)自然系統(tǒng)植被演替、碳累積過程等關(guān)鍵生態(tài)要素的影響過程。泥炭沼澤是一類以沼生或濕生植物為優(yōu)勢(shì)植物并具有泥炭累積的一類濕地生態(tài)系統(tǒng)，其不僅作為重要地質(zhì)沉積記錄被廣泛用于重建歷史時(shí)期區(qū)域環(huán)境特征，同時(shí)也受到嚴(yán)重的野火威脅。然而受技術(shù)和方法限制，傳統(tǒng)火歷史研究廣泛利用熱解產(chǎn)物的沉積通量對(duì)區(qū)域火歷史進(jìn)行評(píng)估，在重建準(zhǔn)確度和信息上已經(jīng)無法滿足準(zhǔn)確評(píng)估野火頻發(fā)對(duì)泥炭沼澤碳庫影響的需求。
為深入了解火燒對(duì)泥炭沼澤碳庫的影響，東北地理所科研人員以大興安嶺泥炭沼澤為研究對(duì)象。評(píng)估燃燒溫度和燃料類型對(duì)其優(yōu)勢(shì)植被火后熱解碳的化學(xué)組成的影響，并嘗試?yán)脽峤馓嫉幕瘜W(xué)特性對(duì)歷史時(shí)期野火燃料類型和野火強(qiáng)度等信息進(jìn)行準(zhǔn)確重建，評(píng)估其對(duì)泥炭沼澤中穩(wěn)定性較高的含碳化合物(如芳香族化合物和Fe-OC聚合物)累積過程的影響。研究發(fā)現(xiàn)隨著燃燒溫度的增加，較高的燃燒溫度促使熱解碳中不穩(wěn)定的化合物(例如脂肪族化合物和羧酸類化合物)損失，而高溫產(chǎn)生的熱解碳的熱穩(wěn)定性更高。利用FTIR 1515/1050和FTIR1720/1050峰高比率可以簡單對(duì)熱解碳來源和燃燒溫度進(jìn)行識(shí)別，既高的FTIR 1515/1050表示熱解碳來自于灌木燃燒，低的FTIR 1515/1050表示熱解碳來自草本燃燒;而高的FTIR 1720/1050表示熱解碳來自于低溫燃燒，低的FTIR 1720/1050表示熱解碳來自于高溫燃燒。其中對(duì)熱解碳產(chǎn)生溫度識(shí)別的準(zhǔn)確性要明顯高于對(duì)熱解碳燃料來源的準(zhǔn)確性。
圖1 大興安嶺優(yōu)勢(shì)植被火后熱解產(chǎn)物FTIR圖譜。
利用泥炭沉積記錄中熱解碳化學(xué)結(jié)構(gòu)，研究人員進(jìn)一步對(duì)大興安嶺宏圖(HT)泥炭沼澤過去700年的野火強(qiáng)度和燃料類型進(jìn)行重建，并評(píng)估其對(duì)泥炭沼澤碳庫的影響。研究發(fā)現(xiàn)氣候變化和野火強(qiáng)度已經(jīng)成為影響過去長時(shí)間尺度大興安嶺泥炭沼澤碳庫累積過程的關(guān)鍵要素。與灌木火相比，高強(qiáng)度草本火在濕潤的氣候背景下更容易發(fā)生，并促使更多的熱解碳累積。燃燒類型對(duì)泥炭沼澤碳庫中Fe-OC累積速率的影響很弱，而野火強(qiáng)度的增加更易導(dǎo)致泥炭沼澤中累積更多的PyC，并累積形成更多的穩(wěn)定性較高的芳香族化合物和Fe-OC聚合物。盡管氣候變暖和高強(qiáng)度火災(zāi)都有利于穩(wěn)定性較高的含碳化合物的積累，但當(dāng)氣候溫暖且高強(qiáng)度野火同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，芳香族化合物和總碳的累積速率并沒有顯著變化，而Fe-OC聚合物累積速率卻增加了約三倍。本研究表明，精準(zhǔn)重建區(qū)域野火歷史將成為評(píng)估野火對(duì)泥炭沼澤碳庫影響的必要條件，而熱解碳的化學(xué)組分具有重建歷史時(shí)期野火強(qiáng)度和燃料來源的潛力并有望成為重建區(qū)域火災(zāi)歷史和生態(tài)信息的重要代用指標(biāo)之一。
圖2過去700年來大興安嶺北部野火強(qiáng)度和燃料來源變化及其對(duì)泥炭沼澤碳庫中穩(wěn)定性碳組分(芳香族化合物)和活性碳固持量(Fe-OC聚合物)的影響。
相關(guān)研究成果于近期發(fā)表在國際期刊《Catena》和《International Journal of Wildland Fire》上，由東北地理所高傳宇副研究員、秦雷特別研究助理、王國平研究員、姜明研究員等共同完成。相關(guān)研究受國家自然科學(xué)基金(42171103. 42101108. 42230516. 42101114)、東北地理所青年科學(xué)家小組(2022QNXZ01)、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)(2020235)，“一帶一路”國際科學(xué)組織聯(lián)盟專題聯(lián)盟(ANSO-PA-2020-14)等項(xiàng)目共同資助。
論文信息及鏈接如下：
Gao, C., Cong, J., Wang, G., Freeman, C., Jiang, M*., Qin, L*. (2023) High intensity fire accelerates accumulation of a stable carbon pool in permafrost peatlands under climate warming. Catena, 227. 107108. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0341816223001996
Gao, C., Cong, J., Sun, Y., Han, D., & Wang, G*. (2022). Variability in pyrogenic carbon properties generated by different burning temperatures and peatland plant litters: implication for identifying fire intensity and fuel types. International Journal of Wildland Fire, 31(4), 395-408. https://www.publish.csiro.au/wf/WF21053
附件下載：
吉公網(wǎng)安備22017302000214號(hào)
