干旱半干旱区是一类典型的生态脆弱区,同时又对全球变暖具有重要影响.其土壤以氧化型土壤为主,被认为是重要的CH4汇,然而研究发现随着土壤吸收CH4速率的升高,排放CO2的速率也升高.为验证该消长现象是否广泛存在以及是否发生于特定环境条件下,该研究基于中国干旱半干旱地区的土壤温室气体通量与相关环境数据整合,首次开展了多站点的土壤CO2与土壤CH4通量季节变化耦联与日变化耦联分析.结果显示,土壤CO2与土壤CH4通量间存在协同(正相关)、消长(负相关)及随机(不相关)3种模式,其中随机变化的比例更高,季节尺度与日尺度上分别占比83％与54％.相对于水分和植被状况,温度与通量间相关性的关系更强,呈现为随气温升高通量间相关性下降的二次函数关系.季节尺度上,采样期间平均气温对通量间相关关系的判别准确率为92％,通量间耦联解耦的气温阈值为12.5℃;日尺度上,日气温差对通量间相关关系的判别准确率为79％,通量间耦联解耦的温度阈值为15.2℃.此外,日尺度上土壤为吸收CH4状态时,土壤CH4与土壤CO2通量之间并非呈现为负相关关系,而更多呈现为正相关关系,这一现象难以仅用温度进行解释,我们推测土壤呼吸和CH4氧化在竞争O2过程中形成了不对等的耦联关系,即土壤呼吸可通过消耗O2抑制CH4氧化,从而出现土壤CO2排放增加而CH4吸收降低的现象.该研究表明,土壤CO2和CH4通量间可能存在温度调控嵌套O2竞争调控的耦联解耦机制,气候变暖可能导致两种通量在更广的空间上以及更长的时间上发生解耦,增加区域碳循环的复杂性以及碳通量评估的不确定性.
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