Sun, Y. W., and Coauthors, 2024: Precipitation controls on Carbon Sinks in an Artificial Green Space in the Taklimakan Desert. Adv. Atmos. Sci., doi: 10.1007/s00376-024-3367-8.
http://www.iapjournals.ac.cn/aas/en/article/doi/10.1007/s00376-024-3367-8
塔克拉玛干沙漠人工绿地碳汇的
降水控制
精彩看点
塔克拉玛干沙漠人工防护林的建设，将荒漠化土地转变为重要的陆地碳汇。在黄建平院士的指导下，中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所与兰州大学发表在《大气科学进展》的联合研究显示显示，沙漠人工防护林通过植物光合作用，能够每年吸收大约1000 g/m2的CO2，显著提高了沙漠生态系统碳汇能力。此外，发现不同量级降水事件对其碳收支具有不同的调控作用。当降水量低于2 mm时，降水对防护林的碳收支无显著影响；降水量在4mm左右时，能够在短期内降低VPD(饱和水汽压差)，从而促进光合作用并增强碳吸收能力；降水量超过8 mm时，会同时刺激土壤呼吸和植物光合作用，两者的相互博弈使防护林的碳收支呈现先降低后升高的趋势。此研究为干旱地区人工林管理提供了重要的科学参考，有助于我们更有效地利用水资源，优化沙漠人工林的碳汇效能。
1
沙漠人工防护林显著提高沙漠生态系统
碳汇能力
荒漠化治理不仅能改善干旱地区的自然环境，而且能将荒漠化土地转化为重要的陆地碳汇，增强干旱生态系统的碳汇能力。然而，长期以来人们忽视了荒漠化治理的潜在碳汇效益及其与环境因素的关系，限制了碳汇潜力的挖掘。研究发现，塔克拉玛干沙漠人工防护林的建立将原有的无机碳汇过程与植物光合作用相结合，使生态系统的碳储存能力提高了约140倍，人工防护林每年吸收约1000 g/m2的CO2，使沙漠成为重要的陆地碳汇。
图1 生长季节研究区人工防护林和无植被流沙之间CO2通量月平均日变化的比较。（由于断电，人工防护林的观测数据于2018年9月丢失）。
2
不同量级降水事件对沙漠人工防护林
碳收支调控
沙漠人工防护林的碳汇能力与降水量密切相关，且影响程度存在显著差异。本研究发现，塔克拉玛干沙漠人工防护林在降水量小于2 mm时，降水迅速蒸发，对人工防护林的碳汇能力几乎没有影响。降水量约为4 mm时，降水可以短时间内降低VPD，促进叶片气孔开放，增强植物光合作用，提升人工防护林的碳汇能力，但持续时间较短。降水量大于8 mm时，土壤25 cm内的湿度快速增加，土壤呼吸在降水后最初几天显著增加，抵消部分光合作用的增加。5 cm处的土壤湿度存在一个显著的阈值（0.12 m3 m-3），可以作为反映降水对两者刺激强度的良好指标。当5 cm处土壤湿度超过阈值时，降水对土壤呼吸的刺激大于对光合作用的刺激；5 cm处土壤湿度低于阈值时，降水对光合作用的刺激作用大于对土壤呼吸的刺激作用。因此，人工防护林的碳汇能力呈现先降低后升高的趋势。
结束语
荒漠化是许多国家面临的严峻环境和社会经济挑战。干旱地区的恶劣自然条件和人类活动对其脆弱生态系统造成的压力是荒漠化的主要驱动因素。因此，荒漠化防治不仅是改善区域生态环境的关键措施，也是将荒漠化土地转变为陆地碳汇的重要途径。本研究分析了人工防护林对沙漠碳汇能力变化的影响和对不同降水事件的响应机制。为干旱地区人工林管理策略的制定与实施提供科学依据。此外，本研究为量化干旱地区人工造林对固碳的贡献提供了数据支持。
本研究得到了新疆维吾尔自治区自然科学基金杰出青年基金（2022D01E104）、国家自然科学基金面上项目（41975010）、中国博士后科学基金（2020MD723851）和科技创新团队（天山创新团队）项目（2022TSYCTD0007）的联合支持。
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Yang, Fan, Huang, Jianping * ,and Coauthors, 2020: Taklimakan desert carbon-sink decreases under climate change. Science Bulletin, 65(6), 431-433, doi:10.1016/j.scib.2019.12.022604
Yang, Fan, Huang, Jianping* ,and Coauthors, 2023: Desert Abiotic Carbon Sequestration Weakening by Precipitation. Environmental Science & Technology, 57, 7174−7184, doi:10.1021/acs.est.2c09470
作者简介
孙英玮
中国气象局气象干部学院新疆分院工程师，主要从事教学及干旱荒漠化防治促进碳增汇的研究。
杨帆
中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所研究员，主要从事沙漠地区陆气通量，沙漠固碳机理，荒漠化防治促进碳增汇研究。
黄建平
中国科学院院士，发展中国家科学院院士。兰州大学特聘教授，教育部“长江学者”特聘教授，国家基金委创新研究群体学术带头人。长期专注于半干旱气候变化研究，在半干早气候变化及其机理研究等方面取得了一系列基础性强、影响力高的原创性研究成果。
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