模拟增温对西藏高原高寒草甸土壤供氮潜力的影响

过去几十年青藏高原呈现显著的增温趋势,冬季增温幅度显著高于生长季的季节非对称特征。气候变暖会对生态系统氮素循环产生重要影响,但关于全年增温与冬季增温对高寒生态系统氮循环的不同影响仍缺乏研究。在青藏高原高寒草甸区开展模拟增温试验,研究季节非对称增温对高寒草甸生态系统氮循环的影响。该试验布设于2010年7月,设置3种处理(不增温、冬季增温与全年增温)。研究结果发现,开顶箱增温装置造成了小环境的暖干化:显著提高了地表空气温度和表层土壤温度,降低了表层土壤含水量。冬季增温会加剧土壤中氮素的流失,所以在经历了冬季增温后土壤氮含量显著降低;在生长季节,土壤氮素周转速率受土壤水分的调控,在降雨较少的季节,增温引起的土壤含水量降低会抑制土壤氮周转速率。对于土壤微生物量而言,高寒草甸土壤微生物量碳表现出明显的季节动态,在生长季旺盛期较低,在生长季末期和初冬季节反而较高,这说明为了降低对土壤养分的竞争,高寒草甸植物氮吸收与土壤微生物氮固持在时间上存在分离。研究结果表明,冬季增温导致的土壤养分含量变化会影响随后生长季植物群落的生产力、结构组成与碳氮循环等过程,对生态系统过程产生深远的影响。     

不同幅度的实验增温对藏北高寒草甸净生态系统碳交换的影响

全球气候变暖将对陆地生态系统(尤其是高寒草甸生态系统)碳循环产生深远影响。该研究依托中国科学院地理科学与资源研究所藏北高原草地生态系统研究站(那曲站), 设置不同增温幅度实验, 模拟未来2 ℃增温和4 ℃增温的情景, 探究不同增温幅度对青藏高原高寒草甸净生态系统碳交换(NEE)的影响。研究结果显示: 1)在2015年生长季(6-9月), 不增温和2 ℃增温处理下NEE小于0, 总体表现为碳汇, 而4 ℃增温处理下NEE大于0, 总体表现为碳源; 2)在生长季的6月、8月及整个生长季, 与不增温相比, 4 ℃增温处理显著提高了NEE, 而2 ℃增温处理没有显著改变NEE; 7月, 2 ℃和4 ℃增温处理均显著提高了NEE; 3)在半干旱的高寒草甸生态系统, 土壤水分是决定NEE的关键因素, 增温通过降低土壤水分而导致高寒草甸生态系统碳汇能力下降。该研究可为青藏高原高寒草甸生态系统应对未来气候变化提供基础数据和理论依据。     

青藏高原高寒草甸生态系统的恢复能力

近年来,青藏高原高寒草甸生态系统呈现退化的趋势.本文利用中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站多年观测的长时间序列数据,采用定量方法度量高寒草甸自然生态系统的恢复能力,评估该系统的持久性,并结合系统现状提出避免系统崩溃的对策.结果表明,高寒草甸净初级生产力的动态行为以对降水和气温的即时直接响应为主.无论是净初级生产力对自身的"记忆"程度,还是主要气候因子对初级生产力的"滞后"作用,均比较微弱,说明高寒草甸生态系统有较强的恢复能力,即有较强的持久能力.与世界其他地区草地生态系统恢复能力度量结果相比较,高寒草甸生态系统显示较强的恢复能力.科学地利用高寒草地资源,积极恢复治理退化草地,是维持脆弱的高寒草甸生态系统持久的关键.     

Biotic effects dominate the inter-annual variability in ecosystem carbon exchange in a Tibetan alpine meadow

青藏高寒草甸生态系统碳交换年际变异主要受生物效应影响 位于西藏的高寒草甸生态系统具有敏感脆弱的特点,在全球气候变化背景下,其碳汇功能的变化受到了广泛的关注。因此,本研究旨在明确高寒草甸碳通量的年际变异特征,并进一步量化各驱动因素对碳通量变异的贡献。本研究基于7年(2012–2018)的碳通量与气象因子和生物因子数据,采用一组查表法(look-up tables,LUTs)对高寒草甸碳通量的年际变异来源进行了拆分和量化,并进一步利用线性扰动分析法量化了各个关键因子对碳通量变异的贡献。2012–2018年,高寒草甸生态系统净生产力(net ecosystem productivity, NEP)、总初级生产力(gross primary productivity, GPP)和生态系统呼吸(ecosystem respiration, Re)多年平均值分别为3.31 ± 26.90、210.18 ± 48.35和206.88 ± 28.45 g C m⁻² y⁻¹,表现出了较大的年际变异。本研究通过区分和量化气象因子和生物因子对碳通量年际变异的贡献,发现了生物因子对年际变异的主控作用。此外,发现了气象因子和生物因子之间的负反馈作用。在气象因子中,只有土壤水分对年际变异的贡献相对较大,并在气象因子和生物因子的相互作用中发挥着调节作用。这些结果表明,在气候变化背景下,若要准确估算碳通量,需考虑生物因子的作用。     

Experimental warming shifts coupling of carbon and nitrogen cycles in an alpine meadow

增温对高寒草甸生态系统碳氮循环耦合关系的影响 陆地生态系统碳吸收受土壤氮素可用性的调节。然而,全球变化背景下的不同生态系统组分的碳氮比及其所反映的碳氮循环耦合关系尚不十分清楚。本文运用数据同化的方法,将一个高寒草甸增温试验的14组数据同化到草地生态系统模型中,从而评估了增温如何影响陆地生态系统的碳氮循环耦合关系。研究结果表明,增温提高了土壤氮素的有效性,降低了土壤活性碳库的碳氮比,导致植物对土壤氮的吸收增加。但是由于植物叶片吸收的碳比吸收的氮增加更多,使得叶片中碳氮比增加,而根部的碳输入增加则低于氮的增加,导致根部的碳氮比减少。同时,增温降低了凋落物碳氮比,可能是在土壤高氮有效性的条件下,凋落物氮的固定得到增强;而且增温加速了凋落物的分解。同时增温还增加了慢速土壤有机质的碳氮比,使得该土壤碳库的碳固存潜力增大。由于大多数模型在不同的环境中通常使用相对固定的碳氮比,本研究所发现的气候变暖条件下碳氮比的差异变化可为模型参数化提供一个有效的参考,有利于模型对未来气候变化背景下生态系统碳氮耦合关系响应的预测。     

CO2 flux dynamics and its limiting factors in the alpine shrub-meadow and steppe-meadow on the Qinghai-Xizang Plateau

高寒灌丛草甸和草甸均是青藏高原广泛分布的植被类型, 在生态系统碳通量和区域碳循环中具有极其重要的作用。然而迄今为止, 对其碳通量动态的时空变异还缺乏比较分析, 对碳通量的季节和年际变异的主导影响因子认识还不够清晰, 不利于深入理解生态系统碳通量格局及其形成机制。该研究选取位于青藏高原东部海北站高寒灌丛草甸和高原腹地当雄站高寒草原化草甸年降水量相近的5年(2004-2008年)的涡度相关CO₂通量连续观测数据, 对生态系统净初级生产力(NEP)及其组分, 包括总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸的季节、年际动态及其影响因子进行了对比分析。结果表明: 灌丛草甸的CO₂通量无论是季节还是年际累积量均高于草原化草甸, 并且连续5年表现为“碳汇”, 平均每年NEP为70 g C·m ^-2·a ^-1, 高寒草原化草甸平均每年NEP为-5 g C·m ^-2·a ^-1, 几乎处于碳平衡状态, 但其源/汇动态极不稳定, 在2006年-88 g C·m ^-2·a ^-1的“碳源”至2008年54 g C·m ^-2·a ^-1的“碳汇”之间转换, 具有较大的变异性。这两种高寒生态系统源/汇动态的差异主要源于归一化植被指数(NDVI)的差异, 因为NDVI无论在年际水平还是季节水平都是NEP最直接的影响因子; 其次, 灌丛草甸还具有较高的碳利用效率(CUE, CUE = NEP/GPP), 而年降水量和NDVI是决定两生态系统CUE大小的关键因子。两地区除了CO₂通量大小的差异外, 其环境影响因子也有所不同。采用结构方程模型进行的通径分析表明, 灌丛草甸生长季节CO₂通量的主要限制因子是温度, NEP和GPP主要受气温控制, 随着气温升高而增加; 而草原化草甸的CO₂通量多以季节性干旱导致的水分限制为主, 其次才是气温的影响, 受二者的共同限制。此外, 两生态系统生长季节生态系统呼吸主要受GPP和5 cm土壤温度的直接影响, 其中GPP起主导作用, 非生长季节生态系统呼吸主要受5 cm土壤温度影响。该研究还表明, 水热因子的协调度是决定青藏高原高寒草地GPP和NEP的关键要素。     

青藏高原两种植被类型净初级生产力与气候因素的关系及周转值分析

基于2008—2016年青海海北站9年净初级生产力及气候因子监测数据,分析了青藏高原高寒小嵩草草甸和高寒金露梅灌丛两种植被净初级生产力年际动态,并探讨了气候因子对其影响及其不同土层深度根系周转值特征。结果表明:(1)年际尺度上,小嵩草草甸地上净初级生产力表现为显著增加趋势,增幅为7.02 g m~(-2) a~(-1),而金露梅灌丛地上净初级生产力相对较为稳定;对于其地下净初级生产力和总生产力,小嵩草草甸和金露梅灌丛均表现为增加趋势(P0.05),9年间小嵩草草甸地上、地下和总净初级生产力平均值分别为(217.55±9.95)、(1882.75±161.33) g m~(-2) a~(-1)和(2100.30±163.38) g m~(-2) a~(-1),金露梅灌丛地上、地下和总净初级生产力9年间平均值分别为(256.27±11.4)、(1614.31±173.03) g m~(-2) a~(-1)和(1870.58±177.93) g m~(-2) a~(-1)。(2)不同植被类型地上净初级生产力对气候因素响应不同,金露梅灌丛地上净初级生产力主要受温度影响,而温度对小嵩草草甸地上净初级生产力无显著影响。此外,降水不是限制高寒生态系统草地地上净初级生产力主要因子,相比于降水影响,高寒生态系统地上净初级生产力更受温度调控。(3)年均温和年降水对金露梅灌丛和小嵩草草甸地下净初级生产力均无显著影响(P0.05),表明高寒生态系统,其地下生产力受外界气候条件变化影响微弱,是一个稳定的碳库。(4)两种植被类型其根系周转值均随着土壤深度的增加呈逐渐增加趋势,且高寒灌丛根系周转值明显高于高寒草甸根系周转值。研究表明,在全球气候变暖背景下将会增加金露梅灌丛地上净初级生产力,而对小嵩草草甸地上净初级生产力无显著影响。     

青藏高原高寒灌丛草甸和草原化草甸CO_2通量动态及其限制因子

高寒灌丛草甸和草甸均是青藏高原广泛分布的植被类型,在生态系统碳通量和区域碳循环中具有极其重要的作用。然而迄今为止,对其碳通量动态的时空变异还缺乏比较分析,对碳通量的季节和年际变异的主导影响因子认识还不够清晰,不利于深入理解生态系统碳通量格局及其形成机制。该研究选取位于青藏高原东部海北站高寒灌丛草甸和高原腹地当雄站高寒草原化草甸年降水量相近的5年(2004–2008年)的涡度相关CO_2通量连续观测数据,对生态系统净初级生产力(NEP)及其组分,包括总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸的季节、年际动态及其影响因子进行了对比分析。结果表明:灌丛草甸的CO_2通量无论是季节还是年际累积量均高于草原化草甸,并且连续5年表现为"碳汇",平均每年NEP为70 g C·m~(–2)·a~(–1),高寒草原化草甸平均每年NEP为–5 g C·m~(–2)·a~(–1),几乎处于碳平衡状态,但其源/汇动态极不稳定,在2006年–88 g C·m~(–2)·a~(–1)的"碳源"至2008年54 g C·m~(–2)·a~(–1)的"碳汇"之间转换,具有较大的变异性。这两种高寒生态系统源/汇动态的差异主要源于归一化植被指数(NDVI)的差异,因为NDVI无论在年际水平还是季节水平都是NEP最直接的影响因子;其次,灌丛草甸还具有较高的碳利用效率(CUE,CUE=NEP/GPP),而年降水量和NDVI是决定两生态系统CUE大小的关键因子。两地区除了CO_2通量大小的差异外,其环境影响因子也有所不同。采用结构方程模型进行的通径分析表明,灌丛草甸生长季节CO_2通量的主要限制因子是温度,NEP和GPP主要受气温控制,随着气温升高而增加;而草原化草甸的CO_2通量多以季节性干旱导致的水分限制为主,其次才是气温的影响,受二者的共同限制。此外,两生态系统生长季节生态系统呼吸主要受GPP和5 cm土壤温度的直接影响,其中GPP起主导作用,非生长季节生态系统呼吸主要受5 cm土壤温度影响。该研究还表明,水热因子的协调度是决定青藏高原高寒草地GPP和NEP的关键要素。     

高寒草甸植被-土壤系统对气候变暖响应的研究进展

低温限制环境下发育的高寒草甸对气候变暖响应极为敏感,因此,研究高寒草甸响应气候变暖特征对预测未来气候变化下高寒生态系统可能产生的变化具有重要意义。为进一步加深高寒生态系统响应气候变暖机制的理解,从植物个体水平、群落水平特征,以及土壤物理、化学、生物特性等方面,综述了气候变暖对高寒草甸植被-土壤系统的影响,并指出现有研究存在的不确定性,同时对今后的工作做了展望。温度升高促进高寒草甸植物生长发育。在适度增温下植物的光合呼吸、生物量、物种多样性有所增加,然而不同植物种类具有不同的生理结构和生态位,加之增温幅度和时间不同,导致植物光合呼吸强度、生物量分配、物候期出现差异;而温度过度升高则会导致高寒草甸物种趋于单一化,引起物种多样性降低,对群落演替产生重要影响。同时,温度升高增加高寒草甸土壤温度,减少土壤含水量,从而导致土壤有机碳含量降低或增加。在短期增温下,土壤碳和酶活性升高,土壤呼吸速率增加;但随着时间延长,土壤呼吸速率不再增加,表现出对增温的适应性。因此,高寒草甸生态系统不同组分和各生命过程对温度响应模式的差异,导致了气候变暖对高寒草甸植被-土壤系统各组分的影响存在很大不确定性,建议深入开展不同增温幅度和时间下高寒草甸植被-土壤系统各组分正负效应的定量化阈值判断及其生态-分子生物学响应机制研究。     

青藏高原高寒草甸生长期CO2排放对气温升高的响应

采用高度分别为0.4 m(OTC-1)和0.8 m(OTC-2)的开顶式增温小室(open top champers,OTCs),对青藏高原高寒草甸生态系统进行模拟增温处理,研究了高寒草甸生态系统的CO2排放强度及过程对气温升高的响应.结果表明:在平均气温分别提高1.25℃(OTC-1)和3.68℃(OTC-2)的条件下,对照及2种不同幅度增温处理高寒草甸生态系统CO2排放通量表现出明显的季节变化特征,并同时在植被生长旺盛期(7-8月)达到峰值,分别为2.31、2.35和6.38μmol·m-2·s-1;CO2排放通量在不同季节都表现出随增温幅度的升高而逐渐增大的趋势,表明随着气温升高,CO2排放通量逐渐增大;不同处理CO2排放通量与气温、5 cm土壤温度和5 cm土壤含水量之间表现出显著的相关关系,CO2排放通量与气温及5 cm土壤温度之间均符合指数关系,而与5 cm土壤含水量之间则符合二次多项式关系.     

模拟增温对青藏高原东部高寒灌丛土壤氮转化的影响

本文研究了青藏高原东部窄叶鲜卑花高寒灌丛生长季前期、生长季后期和非生长季3个生育期的土壤氮转化速率对模拟增温的响应,分析全球气候变暖对高寒灌丛土壤氮循环过程的影响。结果表明: 模拟增温使高寒灌丛土壤温度显著升高1.2 ℃,土壤水分显著降低2.5%。高寒灌丛生长季土壤净氮矿化(氨化和硝化)速率显著高于非生长季,但土壤净氮固持速率显著低于非生长季。土壤氮矿化在生长季前期以硝化作用为主,在生长季后期和非生长季以氨化作用为主。模拟增温对高寒灌丛土壤氮转化过程的影响在不同时期存在显著差异。模拟增温显著增加了生长季前期土壤净氨化、净硝化、净氮矿化、净氮固持速率和非生长季土壤净硝化、净氮矿化速率,并显著降低了生长季后期土壤净硝化、净氮矿化、净氮固持速率和非生长季土壤净氨化速率。但模拟增温对高寒灌丛非生长季净氮固持速率和生长季后期净硝化速率的影响不显著。未来气候变暖将显著改变青藏高原东部高寒灌丛土壤氮转化,进而加速高寒灌丛土壤氮循环过程。     

青藏高原多年冻土区不同水分条件的高寒草甸根系功能性状对增温的响应

在青藏高原多年冻土广泛分布的风火山地区,选择小嵩草（Kobresia pygmea）草甸和藏嵩草（Kobresia tibetica）沼泽化草甸为研究对象,采用开顶增温室（Open top chambers, OTCs）模拟气候变暖,探讨模拟增温对土壤水分差异的两种草甸地下生物量及根系功能性状的影响。结果显示,（1）增温显著增加小嵩草草甸0—20 cm根系生物量,主要是由于表层（0—10 cm）根系生物量显著增加,而对藏嵩草沼泽化草甸根系生物量无影响。（2）增温显著增加了小嵩草草甸根组织密度,同时提高了藏嵩草沼泽化草甸10—20 cm的比根长和比根面积（3）增温降低了小嵩草草甸的根系碳含量及10—20 cm根系氮含量,增加了藏嵩草沼泽化草甸的碳含量及10—20 cm根系氮含量,显著提高了小嵩草草甸和藏嵩草沼泽化草甸深层（10—20 cm）根系碳氮比。这些结果预示着增温使得土壤水分较低的小嵩草草甸朝着资源保守的慢速生长型发展,以适应暖干化的环境;土壤水分较高的藏嵩草沼泽化草甸朝着资源获取的快速生长型发展,加速利用土壤中的养分满足植物生长需要。可见,土壤水分可以调节高寒草甸对气候变暖的演变趋势,强调了水分的重要性。     

Warming Effects on Ecosystem Carbon Fluxes Are Modulated by Plant Functional Types

Despite the importance of future carbon (C) pools for policy and land management decisions under various climate change scenarios, predictions of these pools under altered climate vary considerably. Chronic warming will likely impact both ecosystem C fluxes and the abundance and distribution of plant functional types (PFTs) within systems, potentially interacting to create novel patterns of C exchange. Here, we report results from a 3-year warming experiment using open top chambers (OTC) on the Tibetan Plateau meadow grassland. Warming significantly increased C uptake through gross primary productivity (GPP) but not ecosystem respiration (ER), resulting in a 31.0% reduction in net ecosystem exchange (NEE) in warmed plots. The OTC-induced changes in ecosystem C fluxes were not fully explained by the corresponding changes in soil temperature and moisture. Warming treatments significantly increased the biomass of graminoids and legumes by 12.9 and 27.6%. These functional shifts were correlated with enhanced local GPP, but not ER, resulting in more negative NEE in plots with larger increases in graminoid and legume biomass. This may be due to a link between greater legume abundance and higher levels of total inorganic nitrogen, which can potentially drive higher GPP, but not higher ER. Overall, our results indicate that C-climate feedbacks might be closely mediated by climate-induced changes in PFTs. This highlights the need to consider the impacts of changes in PFTs when predicting future responses of C pools under altered climate scenarios.     

Effects of Warming and Clipping on Ecosystem Carbon Fluxes across Two Hydrologically Contrasting Years in an Alpine Meadow of the Qinghai-Tibet Plateau

Responses of ecosystem carbon (C) fluxes to human disturbance and climatic warming will affect terrestrial ecosystem C storage and feedback to climate change. We conducted a manipulative experiment to investigate the effects of warming and clipping on soil respiration (Rs), ecosystem respiration (ER), net ecosystem exchange (NEE) and gross ecosystem production (GEP) in an alpine meadow in a permafrost region during two hydrologically contrasting years (2012, with 29.9% higher precipitation than the long-term mean, and 2013, with 18.9% lower precipitation than the long-tem mean). Our results showed that GEP was higher than ER, leading to a net C sink (measured by NEE) over the two growing seasons. Warming significantly stimulated ecosystem C fluxes in 2012 but did not significantly affect these fluxes in 2013. On average, the warming-induced increase in GEP (1.49 µ mol m⁻²s⁻¹) was higher than in ER (0.80 µ mol m⁻²s⁻¹), resulting in an increase in NEE (0.70 µ mol m⁻²s⁻¹). Clipping and its interaction with warming had no significant effects on C fluxes, whereas clipping significantly reduced aboveground biomass (AGB) by 51.5 g m⁻² in 2013. These results suggest the response of C fluxes to warming and clipping depends on hydrological variations. In the wet year, the warming treatment caused a reduction in water, but increases in soil temperature and AGB contributed to the positive response of ecosystem C fluxes to warming. In the dry year, the reduction in soil moisture, caused by warming, and the reduction in AGB, caused by clipping, were compensated by higher soil temperatures in warmed plots. Our findings highlight the importance of changes in soil moisture in mediating the responses of ecosystem C fluxes to climate warming in an alpine meadow ecosystem.     

Warming and Nitrogen Addition Increase Litter Decomposition in a Temperate Meadow Ecosystem

Background

Litter decomposition greatly influences soil structure, nutrient content and carbon sequestration, but how litter decomposition is affected by climate change is still not well understood.

Methodology/Principal Findings

A field experiment with increased temperature and nitrogen (N) addition was established in April 2007 to examine the effects of experimental warming, N addition and their interaction on litter decomposition in a temperate meadow steppe in northeastern China. Warming, N addition and warming plus N addition reduced the residual mass of L. chinensis litter by 3.78%, 7.51% and 4.53%, respectively, in 2008 and 2009, and by 4.73%, 24.08% and 16.1%, respectively, in 2010. Warming, N addition and warming plus N addition had no effect on the decomposition of P. communis litter in 2008 or 2009, but reduced the residual litter mass by 5.58%, 15.53% and 5.17%, respectively, in 2010. Warming and N addition reduced the cellulose percentage of L. chinensis and P. communis, specifically in 2010. The lignin percentage of L. chinensis and P. communis was reduced by warming but increased by N addition. The C, N and P contents of L. chinensis and P. communis litter increased with time. Warming and N addition reduced the C content and C:N ratios of L. chinensisand P. communis litter, but increased the N and P contents. Significant interactive effects of warming and N addition on litter decomposition were observed (P<0.01).

Conclusion/Significance

The litter decomposition rate was highly correlated with soil temperature, soil water content and litter quality. Warming and N addition significantly impacted the litter decomposition rate in the Songnen meadow ecosystem, and the effects of warming and N addition on litter decomposition were also influenced by the quality of litter. These results highlight how climate change could alter grassland ecosystem carbon, nitrogen and phosphorus contents in soil by influencing litter decomposition.     

藏北高寒草甸群落结构与物种组成对增温与施氮的响应

气候变暖和氮沉降增加作为全球环境问题,将严重影响陆地生态系统的结构与功能.研究发现,近几十年来青藏高原增温显著,其中冬季升温最明显.而已有的研究更多关注全年增温,对冬季增温研究较少.本文基于高寒草甸地区增温和氮素添加影响研究的不足,在青藏高原高寒草甸区开展模拟增温和氮添加试验,研究长期增温与氮添加对高寒草甸群落结构与物种组成的影响.试验布设于2010年7月,地点在西藏当雄高寒草甸区,共有3种增温方式:对照、全年增温、冬季增温;每种增温处理下设置5个氮素添加梯度:0、10、20、40、80 kg N·hm^-2·a^-1,系统研究气候变暖与氮添加对高寒草甸生态系统群落结构与物种组成的影响.结果表明: 2012—2014年,增温与施氮处理均显著影响群落总盖度:全年增温处理降低了群落总盖度;在不施氮处理下,冬季增温降低了群落盖度,但在施氮处理下,随着氮剂量的提高群落盖度逐渐升高.增温与施氮对不同功能群植物的影响不同,增温处理降低了禾草与莎草植物盖度,而施氮提高了禾草植物盖度.相关分析表明,植被群落总盖度与生长旺盛期土壤含水量呈正相关关系,推测在降雨较少的季节增温导致的土壤含水量降低是群落盖度降低的主要原因.半干旱区高寒草甸土壤水分主要受降雨的调控,未来气候变化情景下,降雨时空格局的改变会显著影响植被群落盖度及组成,且大气氮沉降的增加对植被群落的影响也依赖于降雨条件的变化.     

增温对青藏高原高寒草甸呼吸作用的影响

生态系统呼吸(ER)和土壤呼吸(SR)是草地生态系统碳排放的关键环节,其对气候变化极为敏感。高寒草甸是青藏高原典型的草地生态系统,其呼吸作用对气候变化的响应对区域碳排放具有重要的影响。以高寒草甸生态系统为对象,于2012—2016年采用模拟增温的方法研究呼吸作用对增温的响应。结果表明:增温对高寒草甸ER的影响存在年际差异,2013年和2014年增温对ER无显著影响,其他年份显著增加ER(P0.05),综合5年结果,平均增幅达22.3%。增温显著促进了高寒草甸SR(P0.05),较对照处理5年平均增幅高达67.1%;增温总体上提高了SR在ER中的比例(P0.05),最高增幅达到59.9%。ER和SR与土壤温度有显著的正相关关系(P0.05),与土壤水分没有显著的相关关系(P0.05)。对照样地中,土壤温度分别能解释33.0%和18.5%的ER和SR变化。在增温条件下,土壤温度可以解释20.5%和13.0%的ER和SR变化。在增温条件下,SR的温度敏感性显著增加,而ER的温度敏感性变化较小,导致SR的比重进一步增加。因此,在未来气候变暖条件下,青藏高原高寒草甸生态系统碳排放,尤其是土壤碳排放有可能进一步增加,土壤碳流失风险增加。     

Warming and grazing enhance litter decomposition and nutrient release independent of litter quality in an alpine meadow

增温和放牧对高寒草甸凋落物分解及其养分释放的影响不依赖于凋落物品质在放牧生态系统中,增温、放牧和凋落物品质共同决定着凋落物分解和养分释放。然而,在以往的研究中这些因子的效应通常被单独地研究。在本研究中,我们在青藏高原高寒草甸开展了一个昼夜非对称增温和中度放牧两因子的凋落物分解试验。从每个处理中收集了凋落物样品,这些凋落物一部分放在它们的来源处理小区,另一部分放在其他处理小区以此来探究增温、放牧以及凋落物品质对凋落物分解和养分释放的影响。研究结果表明,增温而不是放牧显著增加了凋落物质量的损失、单位面积全碳、全氮以及全磷含量的损失,这主要是因为增温增加了凋落物生物量和分解速率。然而,尽管同时增温放牧处理也加快了凋落物分解速率,但由于降低了凋落物生物量,所以增温放牧处理并没有显著影响单位面积的凋落物碳和养分释放量。相比木质素含量和碳氮比而言,季节性土壤平均温度能够更好地预测凋落物分解速率。增温和放牧对凋落物分解存在交互作用,但它们和凋落物品质对凋落物的影响均不存在交互作用。单位面积的总氮释放的温度敏感性要高于总磷。因此,我们的结果表明,增温对凋落物分解以及养分释放的影响要显著大于凋落物品质变化对其分解的影响。在高寒草甸,氮释放的增加可能会间接导致土壤磷有效性的缺乏。     

增温和刈割对高寒草甸土壤呼吸及其组分的影响

评估土壤呼吸及其组分对增温等全球变化的响应对于预测陆地生态系统碳循环至关重要。本研究利用红外线辐射加热器(Infrared heater)装置在青藏高原高寒草甸生态系统设置增温和刈割野外控制实验。通过测定2018年生长季(5—9月)土壤呼吸和异养呼吸,探究增温和刈割对土壤呼吸及其组分的影响。研究结果表明：(1) 单独增温使土壤呼吸显著增加31.65% (P<0.05),异养呼吸显著增加27.12% (P<0.05),土壤自养呼吸没有显著改变(P>0.05);单独刈割对土壤呼吸和自养呼吸没有显著影响(P>0.05),单独刈割刺激异养呼吸增加32.54% (P<0.05);(2) 增温和刈割之间的交互作用对土壤呼吸和异养呼吸没有显著影响(P>0.05),但是对自养呼吸的影响是显著的(P<0.05),土壤呼吸和异养呼吸的季节效应显著(P<0.05);(3)土壤呼吸及其组分与土壤温度均成显著指数关系,与土壤湿度呈显著的正相关关系(P<0.05),处理影响它们的响应敏感性。本研究表明青藏高原东缘高寒草甸土壤碳排放与气候变暖存在正反馈。