当前针对全球碳循环研究大多着眼于森林、草地、湿地及农田等高生产力生态系统。但是,有研究表明,占全球土地面积约21%的广阔沙漠生态系统可在缺乏光合作用下吸收和封存二氧化碳,在促进“碳中和”和缓解气候变暖中发挥着积极的正贡献。

然而,沙漠碳汇仍因不同观测方法获取的二氧化碳通量数据间矛盾、内部驱动机制不明确,使沙漠固碳研究仍存在诸多的质疑,并无法准确判断沙漠生态系统在全球碳循环中的贡献及气候变化下的长期趋势,这限制了对沙漠广布的干旱地区固碳增汇潜力的深入挖掘。

针对上述科学问题,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联合兰州大学在沙漠固碳研究方面获新突破。他们联合通过拆分试验、控温实验、水热协同控制试验和野外观测验证的相互配合,分析引发不同观测方法间矛盾的原因,并开展流沙中单个组分二氧化碳通量贡献拆分。

在了解流沙单个组分对二氧化碳通量贡献过程的基础上,明确了控制流沙碳汇作用的关键过程及热量、水热协同和土壤性质三个主要驱动机制,并以此建立同时考虑水热交互作用及土壤性质因子的流沙二氧化碳通量经验估算方案。

据估算,塔克拉玛干沙漠流沙每年可通过无机过程固定二氧化碳100万吨左右,其中具有固碳作用的区域占据了整个沙漠的三分之二,位于沙漠西、北缘的喀什和阿克苏地区的流动沙面则因相对较高的降水量和有机碳含量成为了沙漠二氧化碳释放的主要区域。

未来随着全球变暖且沙漠极端降水事件的增加,塔克拉玛干沙漠流沙的无机固碳能力和碳汇稳定性均逐渐降低。荒漠化防治工程的实施可有效将原有的无机碳汇过程与植物光合作用相结合,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。

这项成果为准确评估全球沙漠的固碳总量和在碳循环中的贡献地位及缩小“碳失汇”缺口奠定基础,深化了对沙漠生态系统固碳机理的认识,发表在国际权威刊物Science Bulletin,并作为封面论文在权威期刊Environmental Science&Technology进行重点推介。同时,作为主要成果获得十一届新疆青年科技奖,在中国气象局科技成果评价中获得良好,并相继被多家媒体报道和科普宣传。

作者简介:

杨帆,理学博士,研究员,中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所副所长,新疆杰出青年科学基金、新疆五四青年和新疆第十一届青年科技奖获得者、中国气象局青年创新团队负责人。多年来主要从事沙漠陆气相互作用及碳收支研究工作,主持国家自然基金2项,省部级项目10项,主要成果以第一作者发表在国际权威刊物Science Bulletin、BAMS、Environmental Science & Technology等,其中关于沙漠碳汇估算方案的成果作为封面论文在环境领域顶级期刊Environmental Science & Technology进行重点推介;获得发明专利2项,实用新型专利专利3项。先后获得世界气象组织第7届“维拉•维萨拉教授博士仪器和观测方法开发和实施奖”(排名第一)、中国气象局“2022年全国气象工作先进个人”,入选2019年新疆维吾尔自治区“天山青年”人才计划、2021年中国气象局高层次科技创新人才“青年英才”计划。

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