季节不对称增温对天山高寒草原温室气体通量的影响

Increased concentrations of greenhouse gases in the atmosphere is the key factor in global change, and the unevenness of temperature has significant influence to the greenhouse gas flux of grassland ecosystems, but the research in this aspect is relatively lack. Therefore, this study carry out the asymmetric warming experiments of growing season and non-growing season in alpine steppe of Tianshan Mountains in Xinjiang. For long-term monitoring of greenhouse gas flux, there are to clear its annual, seasonal and daily dynamic emissions. Furthermore, from the aspects of structure of plant community, soil environment and climate factors, this study analyze greenhouse gas flux of the alpine grassland on the response characteristics of asymmetric warming season, as well as the regulation mechanism of biotic and abiotic factors. This study helps to evaluation of the uncertainty of the greenhouse gas emissions under the background of global change in alpine grassland ecosystem, to predict greenhouse gas flux is great significance in alpine region.

大气中温室气体浓度的增加是全球变化的关键因素，而温度升高的不均匀性已显著影响到草地生态系统的温室气体通量，但是在此方面的研究还相对较缺乏。为此，本研究拟在新疆天山中部巴音布鲁克高寒草原开展生长季、非生长季的不对称增温实验，对温室气体通量进行长期定位监测实验，进而明确其在年际、季节和日动态的排放规律。从植物群落结构、土壤环境和气候要素方面，分析高寒草原温室气体通量对季节不对称增温的响应特征，揭示生物和非生物因素对温室气体通量的调控机理。本研究有助于评价全球变化背景下高寒草原生态系统温室气体排放的不确定性，对预测高寒地区温室气体通量具有重要意义。

大气中温室气体浓度的增加是全球变化的关键因素，而温度升高的不均匀性已显著影响到草地生态系统的温室气体通量。项目以天山高寒草原紫花针茅（Stipa purpurea）群落为研究对象，采用野外开顶箱模拟增温法（Open-Top Chamber，OTC），针对季节增温的不对称性，设置4个模拟增温处理（全年增温、生长季增温、非生长季增温和不增温），连续3年动态监测空气和土壤的温湿度变化，以及监测CO2、CH4和N2O通量，定期开展群落结构组成、土壤理化性质等研究。结果表明：CO2、CH4和N2O通量日最大值为118.83 mg C m-2 h-1、-101.93 µg C m-2 h-1和22.73 µg N m-2 h-1，月均最大值分别为98.03 mg C m-2 h-1、-94.30 µg C m-2 h-1和11.37 µg N m-2 h-1，暖季比冷季的CO2、CH4和N2O通量分别增加3.2、2.0和7.2倍。季节不对称增温下高寒草原温室气体通量在年际、季节和日变化差异显著，在冷季和暖季对温度升高的响应程度也存在差异。全年增温导致生物和非生物因素对温度升高产生一定适应性，温室气体通量对升温的敏感性降低。然而暖季和冷季增温处理打破了温室气体通量对温度升高的适应性，增加了其对升温的敏感性，进而影响到生态系统的碳氮循环。因此，仅考虑均匀升温试验，不能够准确的掌握温室气体通量的变化规律，而且会低估全球变化对陆地生态系统温室气体排放的影响。在季节不对称增温下，土壤温度和含水量的升高均显著增加了暖季的CO2、N2O排放速率和CH4的吸收速率，但仅有群落结构变化显著影响了暖季的CO2通量。冷季的CO2通量受到土壤温度和含水量的共同影响，而冷季的CH4和N2O通量仅受到土壤含水量的影响，减少了CH4的吸收速率和N2O的排放速率。本研究通过开展季节不对称增温对高寒草原温室气体通量的影响研究，研究结果有助于评价全球变化背景下草地生态系统温室气体通量的不确定性，对预测高寒地区温室气体通量具有重要意义。