Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phát thải carbon từ một đám cháy rừng ở peatland ven biển ôn đới: sự đóng góp từ các cộng đồng thực vật tự nhiên và đất hữu cơ
Tóm tắt
Một trong những thách thức khoa học trong việc hiểu biến đổi khí hậu là xác định các yếu tố và chỉ số quan trọng của phát thải carbon (C) toàn cầu và sự diễn biến của C trong các vùng peatland nhiệt đới, cận nhiệt đới, boreal, cận cực và ôn đới. Các vùng peatland chiếm 3% diện tích đất toàn cầu, tuy nhiên chứa một kho dự trữ lớn là 550 gigaton (Gt) carbon trong đất, và đóng vai trò là bể chứa carbon với 0,37 Gt khí carbon dioxide (CO2) mỗi năm. Tại Hoa Kỳ, các vùng peatland ôn đới được ước tính lưu trữ 455 petagram carbon (PgC). Sự quan tâm ngày càng tăng đến vai trò của các đám cháy rừng trong việc tổ chức lại chu trình carbon và biến đổi peatland từ bể chứa carbon thành nguồn phát thải carbon chính. Chúng tôi đã ước tính phát thải carbon từ trên mặt đất và dưới mặt đất từ Đám cháy Pains Bay, một đám cháy rừng kéo dài (112 ngày; 18.329 ha) đã đốt cháy một vùng peatland ven biển ở phía đông Bắc Carolina, Hoa Kỳ. Phát thải carbon từ đất được ước tính dựa trên dữ liệu độ cao đất trước và sau cháy từ công nghệ Light Detection and Ranging (LIDAR), bản đồ chuỗi đất và hàm lượng carbon, mức độ cháy đất được cảm biến từ xa, và khảo sát thực địa sau cháy về độ cao đất. Tổng phát thải carbon từ trên mặt đất của đám cháy là 289.579 tấn C và 214 tấn C/ha cho 10 hiệp hội thực vật trong khu vực cháy. Các nguồn phát thải carbon từ trên mặt đất bao gồm chất thải (69.656 tấn C), bụi cây (168.983 tấn C) và tán lá (50.940 tấn C). Tổng phát thải carbon trung bình từ dưới mặt đất là 5.237.521 tấn C, với mức độ dao động từ 2.630.529 đến 8.287.900 tấn C, tùy thuộc vào hàm lượng chất hữu cơ của các chân đất khác nhau trong 7 chuỗi đất. Phát thải carbon trung bình từ dưới mặt đất trong khu vực cháy là 1.595,6 tấn C/ha và dao động từ 629,3 đến 2.511,3 tấn C/ha. So với các vùng peatland ôn đới không bị xáo trộn, những xáo trộn do con người tác động đến độ cao tự nhiên của peatland đã dẫn đến sự gia tăng tính không đồng nhất trong sự biến thiên và tập hợp thực vật, sản phẩm của các mẫu hình không gian và thời gian của mực nước ngầm và độ ẩm bề mặt trên các vùng peatland. Những thay đổi do con người gây ra trong thủy văn bề mặt và sử dụng đất đã ảnh hưởng đến đặc điểm nhiên liệu của thực vật tự nhiên và đất liên quan, từ đó ảnh hưởng đến nguy cơ, hành vi của cháy rừng và lượng phát thải carbon kết quả.
Từ khóa
#phát thải carbon #peatland #cháy rừng #khí carbon dioxide #địa lý ven biển #chất hữu cơTài liệu tham khảo
Joosten H. The global peatland CO2 picture. Greifswald University, Wetlands International. 2009. http://www.wetlands.org. Accessed 10 June 2021.
Brinson MM, Malvarez AI. Temperate freshwater wetland: types, status, and threats. Environ Conserv. 2002;29:115–33. https://doi.org/10.1017/S0376892902000085.
Maltby E, Legg CJ, Proctor MCF. The ecology of severe moorland fire on the North York Moors: effects of the 1976 fires, and subsequent surface and vegetation development. J Ecol. 1990;78:490–518. https://doi.org/10.1098/rstb.2015.0341.
Howard PJA, Loveland PJ, Bradley RI, Dry FT, Howard DM, Howard DC. The carbon content of soil and its geographical distribution in Great Britain. Soil Use Mgmt. 1995;11:9–15. https://doi.org/10.1111/j.1475-2743.1995.tb00488.x.
Alexeyev VA, Birdsey RA. Carbon storage in forests and peatlands in Russia. Gen Tech Rep. 1998. https://doi.org/10.2737/NE-GTR-244.
Nilsson S, Shividenko A, Stolbovoi V, Gluck M, Jonas M, Obersteiner M. Full carbon account for Russia. Interim Report IR-00-021, International Institute for Applied Systems Analysis, Laxenburg, Austria. 2000. http://www.iiasa.ac.at/Publications/Documents/IR-00-021.pdf. Accessed 10 June 2021.
Bradley RI, Milne R, Bell J, Lilly A, Jordan C, Higgins A. A soil carbon and land use database for the United Kingdom. Soil Use Manag. 2005;21:363–9. https://doi.org/10.1079/SUM2005351.
Holden J, Shotbolt L, Bonn A, Burt TP, Chapman PJ, Dougill AJ, Fraser EDG, Hubacek K, Irvine B, Kirby MJ, Reed MS, Prell C, Stagl S, Stringer LC, Turner A, Worrall F. Environmental change in moorland landscapes. Earth-Sci Revs. 2007;82:75–100. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2007.01.003.
Bonn A, Allott T, Evans M, Joosten H, Stonemann R. Peatland restoration and ecosystem services. Cambridge: Cambridge University Press; 2016. https://doi.org/10.1017/CBO9781139177788.021.
Ostle NJ, Levy PE, Evans CD, Smith P. UK land use and soil carbon sequestration. Land Use Pol. 2009;26:274–83. https://doi.org/10.1016/j.landusepol.2009.08.006.
Davies GM, Smith AA, McDonald AJ, Baker JD, Legg CJ. Fire intensity, fire severity, and ecosystem response in heathlands: factors affecting the regeneration of Calluna vulgaris. J Appl Ecol. 2010;47:356–65. https://doi.org/10.1111/j.1365-2664.2010.01774.x.
Bao K, Zhao H, Xing W. Carbon accumulation in temperate wetlands of Sanjiang Plain, Northeast China. Soil Sci Soc Amer J. 2011;75:2386–97. https://doi.org/10.2136/sssaj2011.0157.
Worrall F, Chapman P, Holden J, Evans C, Artz R, Smith P, Grayson R. A review of current evidence on carbon fluxes and greenhouse gas emissions from UK peatland. JNCC Report, No. 442. 2011. http://jncc.defra.gov.uk/pdf/jncc442_webFinal.pdf. Accessed 10 June 2021.
Davies GM, Gray A, Rein G, Legg CJ. Peat consumption and carbon loss due to smoldering wildfire in a temperate peatland. For Ecol Mgmt. 2013;308(15):169–77. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2013.07.051.
Coll J, Skeffington MS, Bourke D, Gormally M. Projected loss of active blanket bogs in Ireland. Clim Res. 2014;59(2):103–15. https://doi.org/10.3354/cr01202.
Davies GM, Domenech R, Grey A, Johnson PCD. Vegetation structure and fire weather influence variation in burn severity and fuel consumption during peatland wildfires. Biogeosci Disc. 2016;13(2):389–98. https://doi.org/10.5194/bg-13-389-2016.
Xing W, Guo W, Liang H, Li X, Wang C, He J, Xianguo L, Wang G. Holocene peatland initiation and carbon storage in temperate peatlands of the Sanjiang Plain, Northeast China. Holocene. 2015;26(1):70–9. https://doi.org/10.1177/0959683615596824.
Andersen R, Farrell C, Graf M, Muller F, Calvert E, Frankard P, Caporn S, Andersen P. An overview of the progress and challenges of peatland restoration in Western Europe. Restor Ecol. 2017;25(2):271–82. https://doi.org/10.1111/rec.12415.
Moore PR. The future of cool temperate bogs. Environ Conserv. 2002;29:3–20. https://doi.org/10.1017/S0376892902000024.
Parish F, Sirin A, Charman D, Joosten H, Minaeva T, Silvius M, Stringer L. Assessment on peatlands, biodiversity and climate change. Kuala Lumpur: Global Environment Centre; 2008.
Batjes NH. Total carbon and nitrogen in the soils of the world. Eur J Soil Sci. 1996;47:151–63. https://doi.org/10.1111/ejss.12115.
Wieder RK, Vitt DH. Boreal peatland ecosystems. Ecological Study Series 188, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg. 2006. https://epdf.pub/zdownload/boreal-peatland-ecosystems-ecological-studies.html?ckey=5587e9d1d8b2d98486c1277d8c375690. Accessed 10 June 2021.
Berendse F, Van Breemen N, Rydin H, Buttler A, Heijmans M, Hoosbeek MR, Lee J, Mitchell E, Saarinen T, Vasander H, Wallen B. Raided atmospheric CO2 levels and increased N deposition cause shifts in plant species composition and production of Sphagnum bogs. Global Change Biol. 2001;7(5):591–8. https://doi.org/10.1046/j.1365-2486.2001.00433.x.
Bubier JL, Moore TM, Crosby G. Fine-scale vegetation distribution in a cool temperate peatland. Can J Bot. 2006;84(6):910–23. https://doi.org/10.1139/b06-044.
Richardson CJ, Gibbons JW. Pocosins, Carolina bays, and mountain bogs. In: Martin WH, Boyce SG, Echternacht AC, editors. Biodiversity of the Southeastern United States: lowland terrestrial communities. New York: Wiley; 1993.
Poulter B, Christensen NL, Halpin PN. Carbon emissions from a temperate peat fire and its relevance to interannual variability of trace atmospheric greenhouse gases. J Geophys Res-Atmos. 2006;111:D06301. https://doi.org/10.1029/2005JD006455.
Mickler RA, Welch DP, Bailey AD. Carbon emissions during wildland fire on a North American temperate peatland. Fire Ecol. 2017;13(1):34–57. https://doi.org/10.4996/fireecology.1301034.
Sleeter R, Sleeter BM, Williams B, Hogan D, Hawbaker T, Zhu SZ. A carbon balance model for the great dismal swamp ecosystem. Carbon Balance Manag. 2017;12(1):2. https://doi.org/10.1186/s13021-017-0070-4.
Glasser PH. Raised bogs of eastern North America—regional controls for species richness and floristic assemblages. J Ecol. 1992;80:535–54. https://doi.org/10.2307/2260697.
Pellerin S, Langneau L, Lavoie M, Larocque M. Environmental factors explaining the vegetation patterns in a temperate peatland. Comptes Redus Biol. 2009;332(8):720–31. https://doi.org/10.1016/j.crvi.2009.04.003.
Mickler RA. Reintroduction of prescribed fire in coastal plain ecosystems to reduce wildland fire risk. Department of Defense Legacy Resource Management Program. Office of the Secretary of Defense, Arlington, VA, USA. 2006. https://www.lib.ncsu.edu/resolver/1840.20/38873. Accessed 22 April 2021.
Mickler RA, Welch D. Sea level rise risk assessment for DoD coastal installations. Department of Defense Legacy Resource Management Program. Office of the Secretary of Defense, Arlington, VA, USA. 2009. https://www.lib.ncsu.edu/resolver/1840.20/38872. Accessed 22 April 2021.
Frost EC. Presettlement fire regimes in southeastern marshes, peatlands and swamps. Tall Timbers Fire Ecology Conference Proceedings. 1995;19:39–60. http://talltimbers.org/wp-content/uploads/2014/03/Frost1995_op.pdf. Accessed 10 June 2021.
Bailey AD, Mickler RA. Fine scale vegetation classification and fuel load mapping for prescribed fire. In: Butler B, Cook W, editors . The fire environment-innovations, management, and policy. 26–30 March 2007, Destin Florida. Proceedings RMRS-P-46. Fort Collins, CO; U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Rocky Mountain Research Station. 2007. https://www.fs.usda.gov/treesearch/pubs/28567. Accessed 10 June 2021.
United States National Vegetation Classification (USNVC) United States National Vegetation Classification Database, V2.03. Federal Geographic Data Committee, Vegetation Subcommittee, Washington, DC. 2019. http://usnvc.org/explore-classification/. Accessed 10 June 2021.
Avery TE, Berlin GL. Fundamentals of remote sensing and airphoto interpretation. 5th ed. New York: Macmillan Publishing Company; 1992.
Grossman DH, Faber-Langendoen D, Weakley AS, Anderson M, Bourgeron P, Crawford R, Goodin K, Landaal S, Metzler K, Patterson K, Pyne M, Reid M, Sneddon L. International classification of ecological communities: terrestrial vegetation of the United States. Volume I: The National Vegetation Classification System: development, status, and applications. The Nature Conservancy, Arlington, VA, USA. 1998. https://www.csu.edu/cerc/researchreports/documents/TerrestrialVegetationUnitedStatesVolumeI.pdf. Accessed 10 June 2021.
Key CH, Benson NC. Measuring and remote sensing of burn severity. In: Neuenschwander LF, Ryan KC, editors. Proceedings joint fire science conference and workshop, vol. 2. Boise: University of Idaho and International Association of Wildland Fire; 1999.
Hudak A, Robichaud P, Evans J, Clark, Lannom K, Morgan P, Stone C. Field validation of Burned Area Reflectance Classification (BARC) products for post fire assessment. Proceedings of the Tenth Biennial Forest Service Remote Sensing Applications Conference. 2004. CD-ROM. USDA Forest Service RSAC: Salt Lake City, UT, USA. https://www.fs.fed.us/rm/pubs_other/rmrs_2004_hudak_a001.pdf. Accessed 10 June 2021.
Hudak A, Morgan P, Stone C, Robichaud P, Jain T, Clark J. The relationship of field burn severity measures to satellite-derived Burned Area Reflectance Classification (BARC) maps. American Society for Photogrammetry and Remote Sensing Annual Conference Proceedings. 2004. CD-ROM. https://www.fs.fed.us/rm/pubs_other/rmrs_2004_hudak_a003.pdf. Accessed 10 June 2021.
Environmental Systems Research Institute (ESRI). ArcGIS Release 10.1. Redlands: ESRI; 2012.
SAS Institute Inc. (SAS). Categorical data analysis using SAS. Cary: SAS; 2012.
North Carolina Flood Mapping Program. (2003) LIDAR and digital elevation data. http://www.ncfloodmaps.com/pubdocs/lidar_final_jan03.pdf. Accessed 10 June 2021.
Hodgson ME, Bresnahan P. Accuracy of airborne lidar-derived elevation: empirical assessment and error budget. Photogram Eng Remote Sens. 2004;70(3):331–9. https://doi.org/10.14358/PERS.70.3.331.
Peng MH, Shih TY. Error assessment in two LiDAR-derived TIN datasets. Photogram Eng Remote Sens. 2006;72:933–47. https://doi.org/10.14358/PERS.72.8.933.
Soil Survey Staff. Natural Resources Conservation Service, United States Department of Agriculture. Soil Survey Geographic (SSURGO) Database for Survey Area, State. 2011. http://soildatamart.nrcs.usda.gov. Accessed 10 June 2021.
Rasmussen C. Distribution of soil organic and inorganic carbon pools by biome and soil taxa in Arizona. Soil Sci Soc Amer J. 2006;70(1):256–65. https://doi.org/10.2136/sssaj2005.0118.
Tan Z, Tieszen LL, Zhu Z, Howard SM. An estimate of carbon emissions from 2004 wildfires across Alaskan Yukon River Basin. Carbon Balance Manag. 2007;2(1):12. https://doi.org/10.1186/1750-0680-2-12.
Seiler W, Crutzen PJ. Estimates of gross and net fluxes of carbon between the biosphere and atmosphere. Clim Change. 1980;2:207–47. https://doi.org/10.1007/BF00137988.
French NHF, Kasischke ES, Stock BJ, Mudd JP, Martell DL, Lee BS. Carbon release from fires in the North American boreal forest. In: Kasischke ES, Stocks BJ, editors. Fire, climate change, and carbon cycling in the boreal forest. Ecological studies, vol. 138. New York: Springer; 2000. p. 377–88.
French NHF, Kasischke ES, Williams DG. Variability in the emission of C-based trace gases from wildfire in the Alaskan boreal forest. J Geophys Res Atmos. 2002;107(D1):FFR 7-1-11. https://doi.org/10.1007/s11676-015-0162-5.
French NHF, de Groot WJ, Jenkins LK, Rogers BM, Alvarado E, Amiro B, de Jong B, Goetz S, Hoy E, Hyer E, Keane R, Law BE, McKenzie D, McNulty SG, Ottmar R, Perez-Salicrup DR, Randerson J, Robertson KM, Turetsky M. Model comparisons for estimating carbon emissions from North American wildland fire. J Geophys Res-Biogeosci. 2011;116:1–5. https://doi.org/10.1029/2001JD000480.
Schroeder P, Brown S, Mo JM, Birdsey R, Cieszewski C. Biomass estimation for temperate broadleaf forests of the United States using inventory data. For Sci. 1997;43:424–34. https://doi.org/10.1093/forestscience/43.3.424.
Jenkins JC, Chojnacky DC, Heath LS, Birdsey RA. National-scale biomass estimators for United States tree species. For Sci. 2003;49:12–35. https://doi.org/10.1007/s10342-006-0125-7.
MacLean DA, Wein RW. Biomass of jack pine and mixed hardwood stands in 17 northeastern New Brunswick. Can J For Res. 1976;6:441–7. https://doi.org/10.1139/x76-059.
Ottmar RD, Vihnanek RE. Stereo photo series for quantifying natural fuels: Volume VI: Longleaf pine, pocosin, and marshgrass types in Southeast United States. 2000. U.S. Department of Agriculture-Forest Service Pacific Northwest Research Station. PMS 835 Boise, ID: National Wildfire Coordinating Group, National Interagency Fire Center. https://www.fs.fed.us/pnw/fera/publications/photo_series_pubs.shtml. Accessed 10 June 2021.
Tant, PL (1992) Soil survey of Dare County, North Carolina. Unites States Department of Agriculture, Soil Conservation Service. 1992. https://www.nrcs.usda.gov/Internet/FSE_MANUSCRIPTS/north_carolina/NC055/0/dare.pdf. Accessed 10 June 2021.
Reardon J, Hungerford R, Ryan K. Factors affecting sustained smoldering in organic soils from pocosin and pond pine woodland wetlands. Int J Wildland Fire. 2007;16(1):107–18. https://doi.org/10.1071/WF06005.