芬蘭科學家通過GFS-3000探究泥炭地碳氣體通量組分空間變異的原因
芬蘭科學家使用便攜式光合熒光測量系統GFS-3000等研究了不同植被相關參數對解釋泥炭地碳氣體通量組分空間變異的有效性，發現在解釋泥炭地CO2和CH4氣體交換方面，植物功能性狀起次要作用。
泥炭地是一個重要的土壤碳庫，然而，泥炭地之間和泥炭地內部的碳氣體通量組分表現出明顯的空間變異。確定對這種變異的控制可能有助于理解泥炭地對全球變化的反應。本研究評估了不同植被相關參數對解釋泥炭地碳氣體通量組分空間變異的有用性。研究人員假設，空間變異最好用基于性狀的指數來解釋（類似于其他陸地生態系統），并且土壤物理化學性質（如氮含量或水位）的影響可以通過性狀來表現。此外與每個碳氣體通量組分相關的空間變異可以通過一組不同的性狀來解釋。為了實現這一目標，使用了從沼澤化草甸到沼澤地的連續泥炭地時間序列，在相似的氣候條件下，用相似的方法記錄了所有變量。
觀察到所有測量氣體通量的空間變異性，CO2通量在站點之間顯示出顯著的變異性，而站點內的變異性對于CH4通量更為重要。正如預期的那樣，結果表明，物理化學條件的影響是通過植被產生的。然而，與基于功能性狀的指數相比，功能植物的覆蓋被證明在解釋氣體通量變異性方面更有效。研究結果表明，對于未來的氣體通量建模而言，與其試圖使用個體性狀，不如細化植物功能群，并確保它們基于一組與所研究的生態系統過程相關的植物性狀，這可能更有用。這可以通過整理從泥炭地測量的大量性狀數據集來實現。
本研究中泥炭蘚的CO2氣體交換、維管植物的光合能力測量，使用了便攜式光合熒光測量系統GFS-3000（Walz，Germany）。
圖1 研究地點位于芬蘭西海岸的Siikajoki (北緯64°45′，東經24°42′)。年平均降水量為541mm，年平均氣溫為2.6°C，最暖(15.9°C)和最冷(−5.8°C)月份分別為7月和1月
圖2 碳氣體通量組分、總光合作用(PG)、生態系統呼吸(RE)和甲烷(CH4)的潛在直接和間接控制概念圖
圖3 箱線圖顯示了沿演替樣帶總光合作用(a)、生態系統呼吸(b)和甲烷通量(c)的季節性累積的變化
圖4 箱線圖顯示了沿演替樣帶莎草(a)、闊葉雜草(b)、灌木(c)和泥炭蘚(d)覆蓋層的變化
圖5 箱線圖顯示了沿演替樣帶香農指數(Shannon index, a)、維管植物群落的功能多樣性(b)和泥炭蘚群落的功能多樣性(c)的變化
圖6 維管植物(a)和泥炭蘚(b)群落加權平均性狀值的主成分分析(PCA)排序。不同研究地點的樣圖以不同的顏色顯示。wt_dif表示樣地水位和現場平均水位之間的差值，并用作補充變量。維管植物性狀包括：植株高度、比葉面積(SLA)、葉片碳和氮含量以及葉片碳氮比、全光照下的光合作用(Pmax)、呼吸速率(R)、分解速率（干物質損失%）（分解%）、通氣組織的存在。泥炭蘚性狀包括頭狀花序和密傘花序密度(cap_dens, fasc_dens)、頭狀花序干重(cap_dw)、頭狀花序含水量(cap_wc)、頭狀花序碳和氮含量、碳氮比、全光照下的光合作用(Pmax)、呼吸速率(R)、分解速率(干質量損失%) (分解%)
圖7 總光合作用直接和間接控制的結構方程模型示意圖
圖8 生態系統呼吸直接和間接控制的結構方程模型示意圖
圖9 甲烷通量直接和間接控制的結構方程模型示意圖
這項研究首次將泥炭地CO2和CH4通量的空間變異與相同地點同期測量的大量功能性狀聯系起來。雖然先前已經發現功能性狀可以解釋特定泥炭地生態系統類型的性質，但本研究中Siikajoki泥炭地時間序列使我們能夠在相同的氣候條件、測量年份和測量方法下，對一系列泥炭地類型（從沼澤化草甸到演替后期的貧營養泥炭沼澤）進行概括。我們的采樣捕獲了泥炭地內和泥炭地之間的空間變異性。所有測得的泥炭地碳氣體通量組分中都存在明顯的空間變異。CO2通量在站點之間顯示出顯著的變異性，而站點內的變異性對于CH4通量更為重要。
—— 原文 ——
Laine A M, Korrensalo A, Tuittila E S. Plant functional traits play the second fiddle to plant functional types in explaining peatland CO2 and CH4 gas exchange. ScienceofTheTotalEnvironment,2022,834:155352.
Laine A M, Korrensalo A, Tuittila E S. Plant functional traits play the second fiddle to plant functional types in explaining peatland CO2 and CH4 gas exchange. ScienceofTheTotalEnvironment,2022,834:155352.
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