中国北方草地土壤微生物呼吸对增温的适应性现象及机理

目前发现的土壤呼吸对长期增温响应程度降低的现象有两种假说：微生物的温度适应性(Acclimation)和基质消耗(Substrate depletion)；根据这两种假说对陆地生态系统碳循环的预测会产生相反的结果，因此迫切要求对其做出机理性的解释来校正现有的模型。本项目以北方草地东西样带三种典型的草地类型为研究对象，通过模拟增温实验和观测土壤呼吸对长期温度升高的响应，来验证在不同区域长期增温条件下土壤呼吸的适应性现象；通过野外土壤的室内培养实验探索和比较这三个区域土壤微生物呼吸对温度升高的响应及其适应性机理；通过比较土壤中两种主要类型的碳库在增温条件下的温度敏感性变化趋势，来量化土壤中不同碳库对增温条件下碳循环及其反馈作用的相对贡献。从而揭示在全球变暖背景下我国北方不同类型草地生态系统土壤微生物碳循环响应机制，验证目前的碳循环模型并为预测区域性及全球性的碳循环模型提供机理和参数。

在半干旱温带草原自2006年开始进行为期七年的增温控制实验，通过野外测定土壤呼吸，结果表明增温对土壤呼吸的影响自2006到2009年均表现出的是正效应，从2011年开始表现出负效应，即增温处理的第六年开始表现出适应性的现象。室内培养实验表明增温后土壤微生物呼吸提高，但随着培养时间的延长这种效应逐渐减弱，并且土壤微生物呼吸的Q10值在前一个月内增温处理下高于对照样地土壤微生物呼吸的Q10值，但是随着培养时间的延长，增温样地土壤微生物呼吸的Q10值逐渐与对照样地接近。这一结果表明，对于土壤微生物呼吸而言，对高温确实有适应性的存在。这一结果在野外可能由于土壤水分、微环境、以及植物碳源的输入等其它因素的干扰而没有表现出来。土壤微生物呼吸对高温适应性的存在表明目前的模型预测全球变暖背景下的碳排放可能过高。该项目检验出了适应性的存在，但其机理实验还在进行中。