模拟增雨对荒漠植物新固定碳分配的影响研究

The quantification of the allocation of recently photosynthesized carbon to roots, shoots, leaves, soil and respiration is essential for understanding the global carbon cycle. Changes in rainfall patterns caused by global change will have very important effects on terrestrial ecosystem carbon cycles, especially on that of the arid regions. In this study, a field manipulative experiment was conducted with two simulated rain addition treatments (natural rains plus 50%,100%) and two simulated rainfall patterns treatments (only irrigating in early or late growing season), in a desert ecosystem in Northwest China, where the carbon cycle is extremely sensitive to the changes of rainfall amount and pattern. The fraction of recently assimilated C allocated in roots, shoots, leaves, soil and respiration by a desert shrub Nitraria tangutorum was determined by 13C pulse labeling. The results would help to analyze the effects of rainfall amounts and patterns on the allocation pattern of fresh photosynthesized C at plant level, to reveal the changes of the allocation patterns of annual C at ecosystem level under the climate change, rainfall amount and pattern changes, and help to accurately evaluate the carbon budget of the arid regions in Northwest China, and will deepen our understanding of desert system carbon cycle.

植物新固定碳在植物组织、土壤和呼吸损失的分配是陆地生态系统碳循环的关键过程，对于深入理解全球碳循环具有重要意义。未来气候变化情景下降水增加和降水格局的改变将对陆地生态系统，特别是干旱区荒漠生态系统的碳循环产生重要影响。本项目以我国西北干旱区白刺荒漠生态系统为研究对象，基于野外原位模拟增雨控制实验，采用13C稳定同位素标记技术，追踪荒漠植物白刺新固定碳在茎、叶、根、土壤和呼吸损失中的分配动态，揭示降水增加和降水格局改变条件下，白刺新固定碳在“大气-植物-土壤”连续体中的分配格局，以此为基础估算白刺荒漠生态系统年固定碳量及其向不同碳库的分配。研究结果将为正确评估未来降水增加和降水格局的改变对干旱区荒漠生态系统碳收支的影响提供科学依据，同时也将进一步加深对荒漠生态系统的碳循环过程的理解。

植物新固定碳在植物组织、土壤和呼吸损失的分配是陆地生态系统碳循环的关键过程，对于理解全球碳循环必不可少。全球变化导致的降雨格局的改变将对许多陆地生态系统，特别是干旱和半干旱地区生态系统的碳循环产生重要影响。 . 本项目以对降雨最为敏感的我国西北干旱和半干旱地区白刺荒漠生态系统为研究对象，开展野外原位模拟增雨实验，设置2个增雨梯度，2种季节分配模式（在生长季前期(E50%, E100%)和后期(L50%,L100%)分别增加多年平均降水量的50%和100%），借助13C稳定同位素标记技术，追踪荒漠植物白刺新固定碳（新碳）在“植物-土壤-大气连续体”中的分配动态，探讨不同增雨量和不同季节分配对荒漠植物新碳在茎、叶、根、土壤和呼吸损失中分配的影响。. 研究结果表明：荒漠植物白刺新碳在“植物-土壤-大气连续体”中转运速度非常快，4 h内可达根系，18h可至土壤。. 白刺新碳在叶、茎、果实、根、土壤中的分配的比例分别为23.99-33.71%、21.16-25.47%、30.51-45.01%、3.88-8.23%、0.00-0.46%，通过地上部自养呼吸损耗的比例为0.40-3.51%，通过土壤呼吸损耗的比例为1.21-2.46%。E50%处理增加了新碳向叶、茎和根的分配，降低了对生殖器官（果）和土壤的分配，L50%处理则使新碳向生殖器官的分配比例增加10%左右；E100%处理增加了新碳向茎和土壤的分配，降低了其向根的分配，L100%处理显著增加了新碳向生殖器官和土壤的分配，降低了向茎和根的分配。. 白刺新碳主要贮存于地上，向地下碳库分配的比例不足10%。前期增雨（E50%、E100%），尤其是E50%有利于白刺新碳在茎和根中贮存；后期增雨（L50%、L100%）处理后，白刺新碳主要用于生殖分配，增雨量越大，生殖分配比例越高。 . 分配至地下部分的新碳50%以上贮存在根中，E50%促进了新碳向根的分配，L50%则促进了根中贮存的碳向土壤中转移；E100%和L100%均促进了根中新碳向土壤中的运移，L100%处理变幅大于E100%处理。. 未来降水格局改变背景下，生长季前期降雨增多对白刺生长有利；而后期降雨增多对白刺生长不利，但利于土壤碳贮存，可能引起当地植被演替。