温带典型草原土壤呼吸温度敏感性对氮添加的反应及其机制

In the background of global change, it is important to study the temperature sensitivity of soil respiration to nitrogen amendment. The results might reveal the coupling relationship between carbon cycle and nitrogen cycle, which is critical for the prediction of ecological structure change and function change in terrestrial ecosystems. We are going to use 13C isotope as a tracer to partition root respiration and microbial respiration from soil respiration, and analyze responses of their temperature sensitivity to nitrogen additions. To discover their mechanisms, root biomass and soil microbe biomass, C:N:P stoichiometry of root and microbial organisms, enzyme activity related to respiration, litter of plant, soil characters including temperature and moisture are going to be considered.

在全球变化的背景下，研究土壤呼吸的温度敏感性对氮添加的反应及其机制，对于揭示碳氮循环的耦联关系、预测陆地生态系统结构和功能的变化有着极为重要的意义。我们将选择内蒙古温带典型草原，采用13C同位素原位标记法区分土壤呼吸中的根系呼吸和土壤微生物呼吸，分析它们的温度敏感性对氮素添加的反应。充分考虑不同氮添加处理中植物根系和微生物生物量、植物根系和微生物C:N:P化学计量特征、植物根系呼吸和微生物呼吸相关酶的活性、植物凋落物量、包括温度和水分在内的土壤理化性质等因素的季节变化，深入揭示土壤呼吸温度敏感性对氮素添加的反应及其机制。

大气CO2浓度升高、氮沉降增加及全球变暖，都是工业革命以来全球变化的重要内容，并且三者之间存在着复杂的偶联关系。通过土壤呼吸释放的CO2远大于人类活动引起的CO2排放量。多数研究还认为，温度是土壤呼吸最好的预测因子。然而，氮沉降对土壤呼吸的影响具有很大的不确定性。鉴于中国草原生态系统的氮沉降在逐年增加，为了更好地预测中国草原生态系统对全球碳循环的贡献，有必要对其土壤呼吸及其组分的温度指数模型中关键参数-温度敏感性同氮沉降之间的关系进行深入研究。.我们选择内蒙古的温带典型草原，采用人工模拟氮沉降的方法，研究了外源氮素对土壤呼吸及其组分的温度指数模型中的基础呼吸和Q10指标的影响，并分析了昼夜温度差异情况下的异养呼吸和Q10的异同。同时，便于将得到的结果同其他不同研究进行比较，我们研究了全球尺度上气候对基础呼吸和Q10对氮沉降的反应率的影响，并分析了二者之间的关系。.结果表明：（1）施氮显著降低了土壤呼吸及其组分的温度敏感性，且在所有处理中自养呼吸的温度敏感性均显著高于异养呼吸。施氮情况下，土壤总呼吸、自养呼吸和异养呼吸的温度敏感性分别降低了35%、30%和37%；（2）昼夜之间土壤呼吸异养呼吸的温度敏感性没有显著差异；（3）在全球尺度上，在氮沉降情况下，土壤呼吸Q10的反应率95%分布在-0.6到0.6之间，均值为-0.027，且随着温度和降水的增加而呈下降趋势。土壤呼吸Q10的反应率与基础呼吸的反应率之间呈显著的权衡关系。我们的研究中，草原生态系统Q10呈负反应，但反应强度明显高于全球的平均水平。.这些结果说明，如果仅仅从温度敏感性入手，预测氮沉降对土壤呼吸的影响还不够，基础呼吸速率与Q10对氮沉降反应之间的权衡关系也说明了基础呼吸速率的重要性，所以今后要建立一个合适的预测模型，还应关注另外一个关键系数-基础呼吸对氮沉降的反应。