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低强度的火灾增强了泥炭地的长期碳保持能力

低强度的火灾增强了泥炭地的长期碳保持能力

高强度的火灾可以摧毁泥炭沼泽,并导致它们将储存的大量碳作为温室气体排放到大气中,但杜克大学(Duke University)的一项新研究发现,低强度的火灾会引发相反的结果。

较小的火灾有助于保护储存的碳,并增强泥炭地对碳的长期储存。

潮湿泥炭的flash加热表面那么严重火灾化学改变土壤斑块的表面粒子和“本质上创建了一个外壳,使微生物很难达到内部的有机物质,”Neal Flanagan表示访问杜克湿地中心的助理教授和杜克大学的尼古拉斯学校环境。

这种反应——弗拉纳根称之为“焦糖布丁效应”——可以保护受火灾影响的泥炭不腐烂。随着时间的推移,这一保护性屏障有助于减缓泥炭地储存的碳以导致气候变暖的二氧化碳和甲烷的形式释放回环境的速度,即使在极端干旱时期也是如此。

杜克湿地中心主任柯蒂斯·j·理查森(Curtis J. Richardson)说,通过记录从明尼苏达州到秘鲁的泥炭地土壤的这种效应,“这项研究证明了火在从半北极区到热带的广阔纬度梯度上保护泥炭所起的重要而微妙的作用,但仍被忽视。”

理查森说:“这是第一次有任何研究能够证明这一点,而且它对利用低强度火灾管理泥炭地具有重要意义,特别是在野火和干旱日益增多的时候。”

研究人员在5月10日的《全球变化生物学》杂志上发表了他们的同行评议的研究结果。

泥炭地是湿地,只覆盖了地球3%的土地,却储存了地球三分之一的土壤碳。如果不受干扰,它们可以将碳封存在有机土壤中数千年,这要归功于一种叫做酚类和芳香类的天然抗菌化合物。杜克大学研究小组的早期研究表明,这种化合物甚至可以防止更干燥的泥炭腐烂。然而,如果一场阴燃的、高强度的火灾或其他重大扰动破坏了这种自然保护,它们就会迅速从碳汇转向碳源。

为了进行这项新的研究,弗拉纳根和他在杜克湿地中心的同事监测了美国鱼类和野生动物服务机构2015年在北卡罗来纳州东部的pocosin湖国家野生动物保护区禁止焚烧泥炭地pocosin,或灌木覆盖的湿地沼泽。通过现场传感器,他们测量了火灾持续时间内的强度变化,以及它对土壤湿度、表面温度和植被覆盖的影响。他们还对火灾前后采集的土壤有机质样本进行了化学分析。

随后,他们在明尼苏达州、佛罗里达州和秘鲁亚马逊流域的泥炭地进行了受控实验室测试,复制了北卡罗来纳大学火灾的强度和持续时间,并使用x射线光电子能谱和傅立叶变换红外光谱分析了燃烧样本。

分析表明,低烈度火灾增加了土壤样品的碳凝聚和芳构化程度,特别是从泥炭地表面采集的土壤样品。换句话说,研究人员在每个纬度的样本中都发现了“焦糖布丁效应”。

长期实验室培养的燃烧样本显示,在测试后的1-3年内,来自泥炭的累积二氧化碳排放量较低。

弗拉纳根说:“一开始,会有一些碳的损失,但长期下去,你会很容易抵消掉,因为促进腐烂的微生物的呼吸作用也会减弱,所以泥炭的分解速度会慢得多。”

在全球范围内,泥炭地储存着大约5600亿吨的碳。这与所有森林中储存的碳总量相同,几乎与大气中发现的5970亿吨碳总量相当。

“改善我们管理和保护泥炭地的方式是至关重要的考虑到他们在地球碳预算的重要性和全球气候变化改变自然火政权,”理查森说,“这项研究提醒我们,不仅仅是一个破坏性的异常在泥炭地,它也可以是一个有益生态的一部分,对碳吸积有积极的影响。”

弗拉纳根和理查森与杜克湿地中心的研究员王宏军和斯科特·温顿一起进行了这项研究。温顿还在苏黎世联邦理工学院生物地球化学与污染物动力学研究所和瑞士联邦水产科学与技术研究所任职。

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