近日，甘肃农业大学草业学院唐庄生副教授团队联合中国科学院地理科学与资源研究所李明旭副研究员团队在《Global Change Biology》上发表了题为“Climate Warming and Soil Drying Significantly Enhance the Methane Uptake in China's Grasslands”的论文揭示气候变暖与土壤干旱协同增强中国草地甲烷吸收能力。
草地生态系统是最大的生物甲烷汇之一，在全球甲烷收支中发挥着至关重要的作用。然而，由于观测数据有限且驱动机制不明确，目前对草地甲烷吸收的研究仍存在较高不确定性。本研究通过构建具有较高空间代表性的中国草地甲烷通量数据库(CGD-CH4)（图1），并结合随机森林模型，系统研究了1982-2020年中国草地甲烷吸收通量的时空动态和主要驱动因素，为理解气候变暖背景下的全球甲烷收支变化及其潜在驱动机制提供了基础数据和理论支撑。
图1. 中国草地甲烷采样点空间分布 (a) 中国四大草地类型 (b) 草地甲烷吸收通量采样点沿气候梯度（降水和温度）的分布。
研究结果表明：中国草地年平均甲烷吸收通量为44.4 μg CH4 m-2 h-1，变化范围为-21.99~149.5 μg CH4 m-2 h-1。空间上，内蒙古高原南部和东部以及准噶尔盆地的甲烷吸收通量较高，青藏高原东部的通量较低。近零或负吸收通量区域主要集中在东北松嫩平原部分地区（图2a）。甲烷吸收量较高的区域主要集中在40ºN~45ºN之间（图2b）。
此外，不同草地类型间甲烷吸收通量存在极显著差异（p < 0.01）。荒漠草地的甲烷吸收量最强，草甸草地的甲烷吸收量最弱。不同草地类型的年均甲烷吸收通量大小依次为：荒漠草地>典型草地>灌木草地>草甸草地（图2c）。荒漠草地和典型草地对总甲烷吸收量的贡献最大，分别占总甲烷吸收量的43%和30%。
图2. 中国草地甲烷吸收通量空间分布 (a) 1982年至2020年中国草地年平均甲烷吸收通量，并标注区域特征。I.准噶尔盆地；II.青藏高原东部；III.内蒙古南部高原；IV.内蒙古东部高原 (b)甲烷吸收通量的纬度变化模式 (c)不同草地类型甲烷吸收通量比较。DG：荒漠草地；TG：典型草地；MG：草甸草地；SG：灌木草地。
1982-2020年间，中国草地甲烷吸收通量时间变化趋势存在显著的空间异质性。例如，青藏高原西部和内蒙古西部地区甲烷吸收通量呈下降趋势，而青藏高原东部、内蒙古东部和新疆大部分地区（准噶尔盆地部分地区除外）的甲烷吸收通量则呈现显著的增加趋势（图3a）。华北地区和长江中下游平原地区的甲烷吸收通量也呈现显著的增加趋势。研究期内年平均甲烷吸收通量呈现显著的上升趋势（R2 = 0.47，p < 0.05）（图3b）。不同草地类型中，草甸草地（R2 = 0.60，p < 0.001）和灌木草地（R2 = 0.66，p < 0.001）的甲烷吸收通量显著增加（图3c）。相比之下，典型草地（TG）（R2 = 0.14，p < 0.05）和荒漠草地（R2 = 0.03，p > 0.05）的甲烷吸收通量增加趋势相对较弱甚至不显著（图3c）。此外，甲烷吸收通量不仅表现出明显的年际变化，而且季节差异也十分显著。
图3. 甲烷吸收通量时间变化及显著性趋势。（a）1982-2020年甲烷吸收通量时间变化。（b）中国草地甲烷吸收通量的年变化趋势。（c）中国不同草地类型甲烷吸收通量的年变化趋势。DG：荒漠草地；TG：典型草地；MG：草甸草地；SG：灌木草地。
进一步研究发现，气候变暖和土壤干燥是驱动中国草地甲烷吸收显著增加的主要因素。为进一步分析二者对草地甲烷吸收的具体影响，我们结合中国草地气候以及甲烷吸收现状，量化了三种情景的影响：变暖的独立效应、土壤干燥化以及二者的协同效应。研究表明，在48.6%的地区，包括青藏高原和新疆北部，变暖单独驱动了甲烷吸收；在31.7%的地区，包括内蒙古东部，土壤干燥单独驱动了甲烷吸收；在16.3%的地区，变暖和土壤干燥化的协同效应影响了甲烷吸收（图4）。换言之，变暖或土壤干燥化的独立效应是中国草地甲烷吸收增加的主要驱动因素。
图 4. 甲烷吸收与气候驱动因素之间的空间相关性（1982-2020 年）。仅变暖（a）、仅土壤干燥（b）以及变暖-土壤干燥协同效应（c）的空间相关性。（d）基于最高相关性的主要气候驱动因素。灰色区域表示相关性不显著（p > 0.05）。
该论文“Climate warming and soil drying significantly enhance the methane uptake in China's grasslands”已在线发表在国际知名期刊《Global Change Biology》, IF=12 (2024)。第一作者为甘肃农业大学草业学院硕士一年级研究生王泫博，通讯作者为甘肃农业大学唐庄生副教授和中国科学院地理科学与资源研究所李明旭副研究员，合作作者包括东北林业大学何念鹏教授和中国科学院地理科学与资源研究所康孝岩博士。本研究由国家自然科学基金（42301544）资助。
论文链接为：https://doi.org/10.1111/gcb.70286
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