气候变化及其诱导的季节性冻土冻融格局变化对高寒草甸生态系统碳循环关键过程的影响及其机制

It is precondition for understanding of effects of climate change on structure and function of grassland ecosystem to make adaptive strategies. Our researches will use a field platform of warming gradient and increased water, combined with incubation experiments in door and technologies of isotope, molecular biology, high throughput sequencing and GeoChip of functional gene. The objectives are from different scales in an alpine meadow ecosystem to determine (1) the non-linear responses of key processes of carbon (C) cycle to warming gradients and their thresholds, and how soil moisture to modify warming effects on them; (2) the effects of different climate change scenarios on soil freeze-thaw cycle and its effect on annual C sequestration of the ecosystem; (3) what are factors driving C source/sink transferring under different climate scenarios in the alpine region. Our results will help to develop global change ecology and provide background for national negotiation about climate change in the world.

气候变化对高寒草地生态系统结构和功能影响的关键过程和机理研究是科学认知和制订适应性管理策略的科学基础。本项目以那曲小嵩草高寒草甸生态系统为研究对象，依托现有不同增温幅度和增水的野外可控试验平台，同时结合自动循环培养箱技术开展室内培养试验，利用同位素技术、分子生物学技术、高通量测序技术、功能基因芯片技术等现代技术手段，从植物-土壤-生态系统等不同层次，深入开展气候变化及其诱导的土壤冻融交替变化等对高寒草甸生态系统碳循环关键过程特别是地下生态过程的影响及其机理的研究，揭示高寒草甸生态系统碳循化关键过程对增温的非线性反应机制及其阈值、以及土壤水分对增温效应的调控作用；阐明不同气候变化情景下土壤冻融交替格局的变化及其对全年生态系统固碳能力的影响；回答不同气候变化情景下高寒草甸生态系统的碳源／汇效应及其主要驱动因子等关键科学问题，为发展全球变化生态学做出一定贡献。

气候变化对高寒草地生态系统结构和功能影响的关键过程和机理研究是科学认知和制订适应性管理策略的科学基础。本项目以那曲小嵩草高寒草甸生态系统为研究对象，依托不同增温幅度和增水的野外可控试验平台，同时结合培养技术开展室内培养试验，利用同位素技术、分子生物学技术、高通量测序技术、功能基因芯片技术等现代技术手段，从植物-土壤-生态系统等不同层次，深入开展气候变化及其诱导的土壤冻融交替变化等对高寒草甸生态系统碳循环关键过程特别是地下生态过程的影响及其机理的研究，揭示高寒草甸生态系统碳循化关键过程对增温的非线性反应机制及其阈值、以及土壤水分对增温效应的调控作用；阐明不同气候变化情景下土壤冻融交替格局的变化及其对全年生态系统固碳能力的影响；回答不同气候变化情景下高寒草甸生态系统的碳源／汇效应及其主要驱动因子等关键科学问题，为发展全球变化生态学做出一定贡献。. 研究结果表明：（1）增温通过缩短土壤冻结期而缩短了整个土壤冻融交替的时间，进而降低了秋冬季、冻结期和冬春季各个时期的生态系统呼吸速率及总呼吸量；然而，尽管增温延长了土壤整个融化期，但并没有增加生态系统的呼吸；相反，增水没有显著影响土壤冻融交替模式，但却显著提高了土壤呼吸。因此，温度诱导的土壤冻融交替模式的变化对高寒草甸全年生态系统呼吸的影响并不显著；（2）土壤微生物对增温的适应降低了土壤呼吸对增温的响应。温度升高能够增加青藏高原高寒草地土壤呼吸。但随着增温时间的延长，土壤呼吸增加的程度又逐渐降低。这种土壤呼吸的下降是由于土壤中易分解碳限制以及微生物群落的温度适应导致的。此外，易分解碳限制以及微生物群落的温度适应对土壤呼吸降低的相对贡献具有生态系统特异性。（3）在半干旱的高寒草甸地区，温度对凋落物分解的影响大于土壤湿度的影响，且凋落物分解对温度的响应存在非线性变化，较低的凋落物品质具有较高的分解温度敏感性。