基于组分区分的南亚热带地带性森林土壤呼吸对长期模拟酸雨的响应

Soil respiration in forest is a key process that underlies our understanding of the global carbon cycle and therefore, its response to environmental changes is an increasing concern. The objective of this project is to investigate the response patterns and mechanisms of soil respiration to long-term elevated acid rain in a subtropical zonal monsoon evergreen broadleaved forest in southern China, where acid rain has become a serious environmental threat in recent year. Based on the experimental platform of long-term sumilated acid rain (SAR) which has already been built in the forest, rates of soil respiration and its components (respirations derived from mineral soil, litter layer, and plant roots) and its environmental and bilogical factors would be determined under different SAR treatments. The differences of response pattern of different respiration components to SAR would be further compared and quantified. In addition, as compared with the traditional manipulated experiments, we highlight the significance of dynamic changes of response pattern of soil respiration over time under long-term SAR treatment. This project will provide basic data and scientific basis for the evaluation on the feedback of carbon cycle of subtropical forest ecosystems in southern China to global climate change.

森林土壤呼吸作为全球碳循环的关键环节之一，其对全球变化的响应一直备受关注。本项目针对中国南亚热带近年来日益严重的酸雨问题，选择该区域地带性季风常绿阔叶林为研究对象，利用已有的野外模拟酸雨长期实验平台，研究长期模拟酸雨下森林土壤呼吸及其组分以及其相关环境和生物影响因子的变化响应特征。与传统的实验方法相比较，本项目基于原位断根和移除凋落物的组分区分方法，准确区分和量化土壤呼吸不同组分(矿质土壤呼吸、凋落物层CO2排放和植物根系呼吸)对长期模拟酸雨的响应差异；同时，突出土壤呼吸在长期模拟酸雨处理下，其响应模式随处理时间延长的动态变化，最终揭示南亚热带森林土壤呼吸对长期酸雨加剧的响应规律及机制。研究结果将为评价该区域森林土壤碳循环过程及其对全球变化的响应提供基础数据和科学依据。

本项目选择南亚热带鼎湖山季风常绿阔叶林为研究对象，针对该区域酸雨问题日益严重的趋势，开展野外模拟酸雨控制实验，研究长期酸雨加剧对森林土壤呼吸及其组分（矿质土壤呼吸、凋落物层CO2排放和植物根系呼吸）的影响，最终揭示南亚热带森林土壤呼吸对长期酸雨加剧的响应规律及机制。主要结论如下：.1. 通过对以往数据进行分析，发现模拟酸雨对鼎湖山针阔叶混交林土壤总呼吸的抑制作用很大程度归因于凋落物层CO2释放通量的显著下降，表明土壤呼吸各组分对酸雨的响应程度可能存在差异。.2. 模拟酸雨显著抑制了季风常绿阔叶林土壤总呼吸、矿质土壤呼吸和凋落物层CO2排放，且抑制作用只出现在湿季；植物根系呼吸在各处理间差异不显著。土壤呼吸及其组分与土壤温度均成指数相关关系，与土壤湿度均成线性关系。酸雨处理降低了土壤总呼吸、矿质土壤呼吸和凋落物层CO2排放的温度敏感性，但对植物根系呼吸的温度敏感性则影响不大。.3. 模拟酸雨对土壤呼吸的抑制作用与其胁迫下土壤酸化而引起土壤微生物异养呼吸及凋落物CO2释放量下降有关。表现为：长期模拟酸雨显著降低了表层土壤pH值和土壤微生物碳氮含量，抑制了土壤总微生物量，特别是细菌生物量和真菌生物量，以及与有机碳分解相关的水解酶和氧化酶活性。在未来的工作中应以土壤微生物对酸雨的响应为切入点，深入探讨其对土壤呼吸及各组分的调控机制。.4. 长期模拟酸雨改变了南亚热带森林土壤C、N、P耦合关系，导致土壤C：P和N：P显著增加，从而改变了土壤C：N：P生态化学计量特征，加剧了南亚热带森林土壤P限制的趋势。.5. 模拟酸雨使各组分占土壤总呼吸的比例发生变化。模拟酸雨使凋落物层CO2排放占土壤总呼吸的比例降低，植物根系呼吸占土壤总呼吸的比例则相反，而矿质土壤呼吸占土壤总呼吸的比例大致不变；这意味着凋落物层CO2排放对模拟酸雨的响应更敏感，未来酸雨对南亚热带地区森林土壤总呼吸的影响也会逐渐以抑制森林凋落物CO2排放的形式来体现。