白刺荒漠生态系统碳交换对人工模拟增雨的响应

The research of carbon budget and carbon cycle of terrestrial ecosystem has been hot topic in the field of global climate change for a long time. To study the change rules of carbon exchange of desert ecosystems to the change of precipitation amounts and especially the precipitation patterns is very important for further understanding the response of the carbon cycle of desert ecosystem to global climate change. Due to the harsh natural environment, the study foundation in desert ecosystem is very weak. This project is based on a platform of longtime field manipulated rainfall addition experiment on a Nitraria tangutorum ecosystem at the east edge of Ulan Buh desert. We plan to measure the carbon exchange and its components with static assimilation chamber under three simulated rainfall addition patterns of rainfall addition in average in the growing season and rainfall addition during the early and late growing season, and then analyze the variations of the carbon exchange and carbon/sink characteristics of the ecosystem, define the response thresholds of addition amounts,.compare the influences of different rainfall addition patterns, and reveal the possible response mechanisms by combining the early accumulation of plant physical and ecological data. Furthermore, this research would provide scientific basis for the prediction and simulation of the response of the carbon/sink characteristics of desert ecosystem in the arid region of our country to the future climate change, especially the variation of rainfall patterns.

陆地生态系统碳收支及碳循环一直是全球气候变化研究领域的热点问题。研究降水量特别是降水格局变化条件下荒漠生态系统碳交换的变化规律对于深入理解荒漠生态系统碳循环对全球气候变化的响应具有重要意义。由于干旱荒漠区自然条件恶劣，荒漠生态系统碳循环研究基础相对薄弱。本项目拟基于在乌兰布和沙漠东缘建立的白刺荒漠生态系统人工模拟增雨实验平台，采用静态同化箱法对生长季平均增雨、生长季前期和后期分别增雨三种增雨格局下白刺荒漠生态系统的碳交换过程及其组分进行测定，分析白刺荒漠生态系统碳源汇变化规律，确定影响碳源汇转换的增雨量阈值，比较三种增雨格局对白刺荒漠生态系统碳源汇特征的影响，并结合增雨实验前期积累的大量植物生理生态数据分析白刺荒漠生态系统碳交换对人工模拟增雨的响应机制。研究结果将为预测和模拟我国西北干旱区荒漠生态系统碳源汇特征对未来全球气候变化特别是降水格局变化的响应提供科学依据。

在全球变化的大背景下，荒漠生态系统碳循环如何响应未来降水量和降水格局的变化，已成为生态学界关注的焦点。本研究基于中国林科院长期人工模拟增雨平台，在位于乌兰布和沙漠东缘以唐古特白刺（Nitraria tangutorum）为单优势种的荒漠生态系统进行了增雨实验，设计了不同增雨量梯度(0%, 50%和100%)和三种不同的增雨方式（生长季平均增雨，生长季前期增雨和生长季后期增雨），利用静态箱法等研究方法，系统分析了在增雨情境下，白刺荒漠生态系统碳交换过程的响应以及内在机理。本研究主要发现以下结论：.（1）白刺荒漠生态系统主要表现为碳中性或较弱的碳汇作用，人工模拟增雨可以促进白刺荒漠生态系统的碳汇能力，但其过程是非线性的，其中净碳交换（NEE）的非线性响应过程是总呼吸（ER）的线性响应与总光合（GEP）的非线性响应的综合作用的结果。（2）长期增雨处理后，非优势种油蒿（Artemisia ordosica）的优势度有所增加，说明长期水分可利用性的变化可能导致生态系统群落结构的改变。（3）不同时期的人工模拟增雨对白刺NEE的影响效果有所不同，其中生长季前期增雨对GEP的促进更明显，而后期增雨对ER的促进更明显。（4）通过对比三种不同增雨方式下荒漠生态系统碳交换过程及其影响因子的响应过程可知，生长季前期降雨对于植被生长以及碳的固定最为有利，而生长季后期的降雨对于微生物的活动以及碳的释放有促进作用，而生长季平均增雨同时受到两个时期的影响。同时，碳交换对于降雨量的非线性响应阈值也受到降雨量季节变化的调控。（5）对白刺沙包的土壤水分动态监测结果显示，沙包独特的两相结构使得其内土壤水分分布不均匀，其中黏土层汇水作用十分重要，这种特殊的水文过程将影响白刺对土壤水分的利用，可能是今后在相关领域研究的重要方向。.综上所述，本项目系统研究了白刺荒漠生态系统碳交换对模拟增雨的响应，研究结果将为预测和模拟我国西北干旱区荒漠生态系统碳源汇特征对未来全球气候变化特别是降水格局变化的响应提供科学依据。