使用Picarro分析儀測量農業管理泥炭地的溫室氣體排放特征

本研究的目的是評估在農業管理的泥炭地上覆蓋礦物土壤對溫室氣體排放的影響，特別是對二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）和氧化亞氮（N₂O）排放的影響。通過對比覆蓋與未覆蓋礦物土壤的泥炭地，研究旨在確定礦物土壤覆蓋是否能夠有效減少溫室氣體排放，尤其是氧化亞氮（N₂O）的排放。此外，研究還探討了礦物土壤覆蓋對土壤有機碳損失的影響，為泥炭地的可持續管理提供科學依據。

圖1：礦物土覆蓋功能示意圖

研究地點位于瑞士萊茵河谷的農業管理泥炭地，設置了覆蓋礦物土壤（Cov）和未覆蓋（Ref）的對照實驗區。

圖2：兩個配對的試驗點，沒有(Ref藍色框區)和有(Cov橙色框區)礦物土壤覆蓋。渦度相關(EC)系統、地下水觀測井、土壤傳感器等觀測設備位于Ref (E1)和Cov (E2)的中心。年累積足跡貢獻用黑色虛線表示。

使用Vaisala監測氣象參數，包括空氣溫度、壓力、相對濕度、全球輻射和降水。測量土壤特性，如pH值、土壤孔隙體積、水分含量和溫度。通過收獲生物質的質量和碳氮含量來確定收獲和施肥的碳氮交換量。使用元素分析儀對植被樣本進行碳和氮含量的測定。

NECB包括了生物量收獲、有機肥料的碳輸入、CO₂和CH₄的氣體交換。GHG預算綜合了CO₂、CH₄和N₂O的排放，并使用IPCC的全球變暖潛能（GWP）將不同GHG的年度通量轉換為CO₂當量。

這些方法的結合提供了一個全面的框架，用以評估和管理農業泥炭地的溫室氣體排放，為制定減少溫室氣體排放的策略提供了科學依據。

圖3：無(Ref)和有(Cov)礦質土壤覆蓋的凈生態系統碳收支(NECB)的碳組分。負數表示碳吸收，正數表示碳排放。

圖4：沒有(Ref)和有(Cov)礦物土壤覆蓋的場地的溫室氣體通量，CH₄排放量太小，無法可視化。不同的小寫字母表示Ref和Cov在同一年內存在顯著差異，不同的大寫字母表示Ref或Cov在三年內存在顯著差異。

覆蓋礦物土壤層在減少土壤有機碳損失方面效果有限，因為這些損失主要由空氣接觸的碳儲量大小決定。然而，礦物土壤覆蓋顯著降低了氧化亞氮（N₂O）排放，這主要是通過改變表層土壤屬性實現的。研究還發現，通過提高地下水位（相對于泥炭表面），可以有效地減少土壤有機碳損失。礦物土壤覆蓋層不僅能夠增加土壤的承載能力，提供非飽和的頂層土壤，從而允許定期農業生產，還為延長有機土壤的農業利用期限提供了一種可行的管理策略。因此，礦物土壤覆蓋可以作為在泥炭地不適合重新濕潤或因社會經濟限制而無法實施其他減排措施時的替代方案。