青藏高原东缘高山森林冬季土壤呼吸对模拟雪被变化的响应

Global warming has been changing the spatial and temporal patterns of seasonal snow cover in alpine cold regions. Winter soil respiration of alpine forests is regulated by seasonal snow cover at large. Thus, warming-caused changes in snow cover have great potential to affect soil carbon dynamics of alpine forests, yet it run short of systemic study and attention. Therefore, we here hypothesized that changes in snow cover would alter soil microenvironments, and further change soil physical and biochemical properties, which in turn affect soil respiratioin processes. In this project, alpine forests with significant seasonal snow cover on the eastern Tibetan Plateau will be taken as study subject. Soil carbon component pools, aggreagates, respiration rates, and microbial properties/enzyme activities related closely to soil carbon cycling over the non-growing and growing seasons will be measured. Moreover, soil environmental factors will also be monitored during the experimental period. We will comprehensively analyze all parameters and soil respiraiton, and explore the underlying mechanisms of responses of soil carbon dynamics to warming-caused changes in snow cover. This project may be helpful to understand the theory of biological matter cycle in wintertime and completely know the response and adaptation of ecosystem process in cold regions to climate change.

全球气候变化已经并正在改变高寒地区季节性雪被的时空格局，高寒森林冬季土壤呼吸极大地受季节性雪被所调控，那么气候变化所导致的雪被变化可能对高山森林土壤碳动态产生显著的影响，但一直缺乏相应的关注。因此，本项目基于“季节性雪被变化改变土壤微环境，影响土壤物理和生物化学特性，进而驱动土壤呼吸过程发生变化”的科学假设，以具有显著季节性雪被的青藏高原东缘高山森林为研究对象，拟采用野外人工控制雪被和动态监测研究方法，研究非生长季和生长季关键时期异质性雪被下土壤碳组分库动态、团聚体组成特征、土壤呼吸速率以及与碳循环密切相关的土壤微生物特征及酶活性，结合土壤环境因子监测，揭示高山森林土壤呼吸对雪被变化的响应机制。本项目的实施可丰富和提升高山森林冬季物质循环的理论研究，同时对于全面认识高寒生态系统过程对气候变化的响应和适应机制具有重要理论意义。

冬季气候变化已经并正在减少青藏高原冬季降雪量，高寒森林冬季土壤碳动态很大程度上受季节性雪被所调控，因此，气候变化所导致的冬季雪被下降可能对高寒森林土壤碳动态产生显著的影响，但一直缺乏相应的关注。按照《资助项目计划书》的要求，本项目以具有显著季节性雪被的青藏高原东缘高山森林为研究对象，采用野外控制试验和动态监测研究方法，连续4年监测了冬季和生长季异质性雪被下土壤碳组分库动态、团聚体组成、环境因子、土壤呼吸速率以及与碳循环密切相关的土壤微生物特征及酶活性。研究成果表明：(1) 雪被去除显著降低了冬季土壤温度，增加了土壤冻结强度、冻融循环频次和持续时间，且雪被效应随土壤深度增加而下降，而雪被去除对生长季节土壤温度没有显著影响。同样，雪被去除对冬季和生长季土壤体积含水量均没有影响；(2) 雪被去除显著降低了冬季土壤呼吸速率，而对生长季土壤呼吸速率没有显著影响；同样，雪被去除降低了冬季土壤微生物呼吸，而对生长季土壤微生物呼吸没有影响；雪被去除没有影响土壤呼吸温度敏感性(Q10)，但冬季土壤呼吸温度敏感性(Q10)显著高于生长季Q10；(3) 雪被去除对土壤团聚体组成和细根生物量都没有显著影响，同样对冬季和生长季土壤活性碳库也没有显著影响；(4) 雪被去除显著降低了冬季土壤磷脂脂肪酸总量及酶活性，而对生长季节土壤磷脂脂肪酸总量及酶活性没有显著影响。此外，雪被去除对冬季和生长季土壤细菌和真菌微生物群落组成和多样性均没有显著影响。综上所述，气候变化情景下季节性雪被缺失可能会抑制青藏高原东缘高山森林冬季土壤微生物活性，降低土壤碳排放，而对生长季土壤碳动态没有明显影响，这对于全面认识高寒生态系统过程对气候变化的响应和适应机制具有重要意义。基于此项目相关研究，发表科研论文 38 篇，其中SCI 收录 19 篇，培养研究生 9 人，项目主持人获得四川省杰出青年科技人才项目。