光合作用对半干旱草原生态系统土壤呼吸的调控机理

作为碳从生态系统释放到大气的主要途径，土壤呼吸强烈影响着生态系统的碳平衡与净碳固持能力。本研究通过土壤呼吸自动测定系统和涡度相关技术连续测定高频度的土壤呼吸和生态系统碳交换量，验证在我国内蒙古半干旱是否存在土壤呼吸与土壤温度间的迟滞现象，对比不同时间（天、季节和年际）尺度上植物光合活性与土壤呼吸的之间的关系。同时结合野外遮荫增雨控制实验，通过改变植物地上光合产物对地下部的分配，定量植物光合对土壤呼吸调控作用的大小；并通过碳同位素标记技术，确定地上光合所固定的碳向地下根系运输并通过土壤呼吸返回大气的比例以及所需时间，初步阐明植物光合作用对土壤呼吸调控的机理及其与土壤水分状况的关系。本研究的结果对准确定量我国干旱－半干旱草原生态系统土壤呼吸碳释放量，评估其在区域和全球碳平衡中的贡献与作用以及预测其对未来气候变化的响应都具有非常重要的作用和意义。

作为碳从生态系统释放到大气的主要途径，土壤呼吸强烈影响着生态系统的碳平衡与净碳固持能力。因此系统研究半干旱草原土壤呼吸的生物和非生物调控机理，对更深入地理解和预测土壤呼吸对未来降水格局变化的响应是非常重要的。结合野外土壤呼吸连续测定技术和因子控制实验，本研究主要取得了以下三个研究进展：1）通过土壤呼吸自动测定系统和涡度相关技术连续测定高频度的土壤呼吸和生态系统碳交换量，发现了在生长季的不同时期，土壤呼吸与土壤温度的日变化间都存在明显的迟滞效应（hysteresis effect），随着植物的生长和水分条件的改善，这种效应表现得愈加明显，表明了植物光合底物供给对土壤呼吸的影响和调控作用。同时结合野外遮荫增雨控制实验，通过改变植物地上光合产物对地下部的分配，定量了植物光合对土壤呼吸调控作用的大小。2）采用数学方程拟合并定量描述了土壤呼吸对不同降雨量大小的降雨事件的响应过程；将雨前土壤水分和温度状况与降水大小进行整合构建了降水指数，解决了降水量不同的年份土壤呼吸降水响应过程拟合的不一致性，为我们进一步定量拟合降雨量波动较大的不同年份土壤呼吸脉冲响应提供了基础。3）生态系统的碳水交换过程（生态系统光合、呼吸和蒸散）对降水量增加的响应都是非线性增加的趋势，且对减水处理响应的敏感性显著大于增水处理。土壤呼吸对降水量的增加也呈现出非线性增加的趋势，随着降水量的增加，异养呼吸占总呼吸的比例线型增加。土壤水分含量和植物冠层盖度是土壤呼吸异养和自养组分主要的影响因子。因此，未来降水量的增加会有利于半干旱草原生态系统的碳固持过程，而生态系统主要碳交换过程在对降水变化的响应上的差异，会使得未来降水格局变化对草原生态系统源汇关系的影响更加复杂，因此考虑组分间的响应的差别将有助于提高我们对草原生态系统对未来气候变化响应的能力。以上研究结果对准确定量我国干旱－半干旱草原生态系统土壤呼吸碳释放量，评估其在区域和全球碳平衡中的贡献与作用以及预测其对未来气候变化的响应都具有非常重要的作用和意义。