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科研动态
周小奇教授课题组在《Trends in Plant Science》提出森林植物-土壤-甲烷通量模型

 

    2021年12月,华东师范大学生态与环境科学学院周小奇老师课题组在在《Trends in Plant Science》期刊上发表题为“Incorporation of NPP into forest CH4 efflux models”的论文。

文章简介:     

甲烷(CH4)是仅次于二氧化碳(CO2)的全球第二大温室气体,约占全球温室效应的25%。相比于众多的大气CH4源,大气CH4汇只有两个:对流层中的氢氧自由基和通气性良好的土壤,前者是氢氧自由基在大气对流层中引发的光化学反应,吸收了约90%的大气CH4;而后者是唯一的大气CH4生物汇。已有研究表明,森林是最大的陆地生态系统大气CH4汇,贡献了约52%的陆地CH4汇,因此有必要对未来全球变化情景下森林CH4汇进行估算,但目前的模型预测具有很大的不确定性,究其原因是我们对森林土壤CH4的微生物过程尚缺乏认识。

亚热带森林常年高温高湿,夏季易受到强降雨的影响。我们课题组对亚热带森林进行为期3年的原位CH4通量观测,发现强降雨之后CH4通量呈现排放的特征(Zhou et al., 2021 Science of the Total Environment, 792, 148292)。事实上,森林CH4通量同时受到两个微生物过程的影响,即由微生物介导的CH4氧化过程与CH4产生过程(图1)。前者由好氧微生物——甲烷氧化菌介导,后者由厌氧微生物——产甲烷菌所介导。森林土壤CH4通量是这两个过程相互平衡的结果,土壤中的CH4在释放到大气中之前,可以被甲烷氧化菌所氧化,一旦前者超过后者,表现为森林CH4汇;反之,则表现为森林CH4排放(图1)。        

森林土壤产CH4过程中的底物(如土壤有机质等)主要来源于植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP),有研究表明植物通过光合作用所固定的碳中有30%-60%分配给了植物根系,其中有一半以上的碳以各种形式进入土壤中,从而影响森林土壤CH4产生量。基于此,我们提出了森林植物-土壤-甲烷通量模型,将NPP整合到当前森林CH4通量模型当中(图2),从而更好的预测未来全球变化情景下森林CH4汇的变化。


文章主要附图:

图1  森林土壤CH4产生与氧化过程。植物来源的土壤有机质为产CH4过程相关的微生物提供底物,而产生的CH4可以被甲烷氧化菌所氧化。


图2 概念图显示生态系统尺度上森林植被净初级生产力(NPP)如何影响CH4通量。


期刊简介

《Trends in Plant Science》期刊是植物科学领域的顶级期刊,最新影响因子为18.31。

作者简介  

该论文第一作者兼共同通讯作者为我院周小奇教授,我院博士生左涵灵和新西兰皇家林业研究所Simeon Smaill博士(共同通讯作者)参与论文撰写和讨论。

原文链接: 

https://doi.org/10.1016/j.tplants.2021.09.007




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