梯度增温及增水对高寒草甸生态系统新近光合碳分配及呼吸组分变化的影响

Studies showed that soil organic carbon was increased in the past 10 years. But it was unclear what do result in the increasing. It may because more new photosynthetic carbon distributed to soil, even soil recalcitrant organic carbon or decreased the origin of soil respiration from soil recalcitrant organic carbon. The shortage of the knowledge of the procession and mechanism limited seriously our ability to evaluate and predict alpine grassland carbon sink. Here, we use 13C label and soil respiration distinguish technology to separate plant root respiration or soil microbial respiration from soil respiration. Our experiment will be perform at gradient warming and adding water platform at Naqu Tibet. We will be to find the model of plant new photosynthetic carbon distribution from aboveground to belowground (include plant root and soil) and the variation of soil respiration components (root respiration vs soil microbial respiration; the ratio of the respiration between the soil label carbon and the recalcitrant organic carbon). From the plant-soil-ecosystem level, we will study the soil carbon cycling procession, especially the procession belowground and the inner mechanism under different climate change level, uncover the inner mechanism of the response of the origin and fate of alpine meadow ecosystem carbon and the soil respiration components and the effect of adding water on the warming effect. The research result will provide scientific proof for evaluate and predict accurately alpine grassland carbon sink.

研究发现过去10年间青藏高原高寒草地土壤有机碳含量显著增加，然而这种增加是来源于光合碳更多地分配到土壤碳库特别是惰性碳库所致，还是降低了土壤呼吸过程中惰性碳库的比例？由于缺乏对这些过程和内在机理的系统认识，严重制约了未来气候变化条件下高寒草地碳汇潜力的评估及预测。本项目利用13C同位素标记和土壤呼吸组分原位区分技术，依托那曲高寒草甸梯度增温和增水试验平台，探讨不同处理条件下新近光合碳在地上、地下（包括根和土壤）的分配模式以及呼吸组分（根系呼吸vs微生物呼吸、活性碳vs惰性碳在微生物呼吸中的比例）的变化，从植物-土壤-生态系统等不同层次，系统地开展不同气候变化情景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研究，揭示高寒草甸生态系统碳来源与去向组分等关键过程对增温的响应机制、以及土壤水分对增温效应的修饰作用，为准确评估及预测未来气候变化条件下高寒草地碳汇潜力提供科学依据。

土壤有机碳库容量大约是大气碳库的两倍，因此土壤碳库微小的变化会显著引起大气二氧化碳浓度的变化，进而影响区域乃至全球气候。研究发现过去10年间青藏高原高寒草地土壤碳库增加，主要是土壤有机碳的累积增加，但其变化的过程和内在机理还不十分清楚。我们的研究发现：增温2℃时SOC含量显著降低，但4℃时SOC含量增加，其中以MAOC的变化为主。表明土壤SOC对温度变化的响应是非线性的。进一步研究发现，增温2℃显著降低植物地上生物量，增温4℃时促进土壤表层根系生长。表明植物地上地下部分对增温的响应并不相同。在增温2℃下减水显著促进植物根系生物量增加，而增温1℃下增水促进植物根系生长。这表明增温耦合水分是土壤碳累积变化的驱动之一。进一步研究发现，增温2℃显著降低木质素酚的总量，丁香基酚类（S）、肉桂基酚类（C）含量也显著降低。这意味着植物源C降低可能是2℃增温时土壤SOC降低的途径之一。研究发现增温2℃显著升高土壤真菌的比例，但温度和水分对土壤氨基糖总量变化不显著。植物源碳累积变化可能是气候变化条件下土壤碳累积变化的主要原因。我们的研究结果将为未来气候变化条件下土壤碳损失提供依据。