温带荒漠区生物土壤结皮对土壤碳通量的影响

生物结皮广泛分布于干旱半干旱区，是土壤碳循环过程的重要组成部分，然而，现有的荒漠生态系统土壤碳通量测定和碳循环模型中往往忽略了生物结皮的作用。本项目以古尔班通古特沙漠发育良好的藻类、地衣和苔藓结皮覆盖土壤为研究对象，采用红外气体分析的方法，通过观测土壤碳通量的日变化和季节动态，阐明生物结皮覆盖土壤的碳通量特征；通过同步观测生物结皮的CO2交换及相关土壤性状，确定生物结皮影响土壤碳通量的关键因素，重点阐述生物结皮CO2交换对土壤碳通量的影响；通过室内模拟不同环境条件（降水、温度和光照），观测生物结皮CO2交换和结皮覆盖土壤的碳通量协同变化规律，阐述生物结皮的CO2交换对土壤碳通量影响的环境调节作用。本项研究不仅丰富了荒漠生态系统土壤碳通量的相关研究，而且有助于深入理解干旱半干旱区生物结皮在土壤碳循环中的功能。

生物结皮广泛分布于干旱、半干旱区，是土壤碳循环过程的重要组成部分，然而，现有的荒漠生态系统土壤碳通量测定和碳循环模型中往往忽略了生物结皮的作用。本项目以古尔班通古特沙漠发育良好的藻类、地衣和苔藓结皮覆盖土壤为研究对象，采用红外气体分析的方法，观测了野外自然环境特征中的土壤碳通量在不同时间尺度上的变异特征，包括天，季节和年际；同时，水分作为主要的调节因子，通过模拟不同大小的降雨（0 mm, 2 mm，5 mm，和15mm），连续观测生物结皮发育土壤，去除生物结皮土壤的净通量和暗呼吸动态特征。研究结果表明：1. 生物结皮覆盖土壤的碳通量在一年中土壤干旱的时节显著高于去除结皮覆盖的土壤碳通量值，这主要是由于结皮层异养微生物的呼吸作用所致，这反应了生物结皮中的自养微生物能为其提供光合作用所需的底物，亦即荒漠区生物结皮的的出现能够截留大气CO2，是土壤碳素累计的一个源；2. 在一年的干旱的时段内，苔藓结皮覆盖土壤的碳通量往往显著低于蓝菌-地衣覆盖土壤的碳通量，同时考虑到苔藓结皮较蓝菌结皮高的光合速率和苔藓结皮覆盖土壤较蓝菌结皮覆盖土壤低的温度敏感性，我们可以推断，苔藓结皮覆盖土壤往往较蓝菌结皮覆盖土壤能截获更多的大气CO2；同时，在全球变化的背景下，干旱区逐步向暖湿气候转变，而随着土壤水分的增加，苔藓结皮在干旱区的覆盖无疑会增加，这说明，在未来气候变化的背景下，生物结皮的发育将会截获更多的大气CO2输入土壤；3. 生物结皮发育土壤无论是在常规观测还是在水分处理后，均未出现碳素的吸收，虽然结皮发育土壤的暗呼吸高于净通量，结皮有机体的光合作用在水分处理有所表现。这些结果说明，荒漠生态系统，维管植物的生长是区域碳截获的贡献者，而生物结皮发育土壤在一年的绝大多数时间内是碳源，它们的碳汇功能或许是处于很低的量值，并且碳汇功能仅局限于水分出现的有限的时间短内。