云南哀牢山亚热带森林土壤呼吸对气候变暖的响应及其机制研究

Climate warming is changing the global ecosystem and increasing soil CO2 efflux to atmosphere, this strengthen the feedback between soil respiration and global temperature changes. Based on long term carbon flux observatory and soil warming on soil respiration in subtropical forest in Ailao Mountains, Yunnan, SW China, we will measure surface soil respiration and soil respiration at different depth in the soil profile..Other factors affecting soil respiration, such as soil enzymes, soil microbes, SOC, litter decompositon, nitrogen mineralization, soil temperature and soil moisture will be analyzed synthetically. We will also try to differenciate heterotrophic respiration from total soil respiration by using 13C isotope technique. Our goal is to demonstrate how soil respiration response to soil warming and the controlling mechanisms. This study.will be helpful for understanding soil CO2 efflux and the feedback between soil respiration and climate warming. We will provide data for carbon balance-global warming model, and suggesions for policy-makers.

基于哀牢山亚热带常绿阔叶林生态系统长期通量观测及野外土壤增温实验，探讨增温对土壤呼吸、深层土壤有机碳排放、土壤氮矿化和凋落物分解的影响；利用碳稳定性同位素技术区分土壤呼吸的组分，利用高通量测序技术对土壤微生物群落结构、多样性及功能性微生物进行研究，阐述增温对土壤呼吸影响的控制机制；探明哀牢山亚热带森林土壤碳排放对全球变暖的敏感性及其对生态系统碳平衡的影响。以上研究对深入了解全球气候变化下土壤碳排放格局、碳的生物地球化学循环、碳-气候反馈作用具有重要意义，所产生的研究数据对碳平衡-全球变化模拟分析及国家制定森林固碳增汇与应对气候变化政策也具有重要意义。

基于哀牢山亚热带常绿阔叶林生态系统长期通量观测及野外土壤增温实验，设置了土壤剖面（5cm，10cm，20cm，40cm）的土壤碳排放观测装置，结合土壤在不同海拔的移植实验，探讨了增温对地气界面与深层土壤呼吸、CH4、深层土壤有机碳排放的影响，得出：随着温度的增加，高、中、低海拔的土壤碳排放均增加，但是高海拔的土壤碳排放对温度的敏感性（Q10）显著高于中海拔和低海拔的，表明高海拔的土壤碳对气候变化更加敏感，土壤碳稳定性更弱；沿剖面的连续观测表明，土壤CO2浓度随着剖面深度增加而增加，而土壤CH4浓度随着剖面加深而减小，但是增温对深层的CO2与CH4的影响均不显著（p<0.05）; 与切根处理相比，增温与切根处理对土壤理化性状和酶活性的影响具有季节差异：与干季的切根处理相比，土壤深层溶解态有机氮、溶解态氮和微生物氮（含量平均下降42.2%、10.9%和38.6%，但是湿季的影响并不显著；与湿季的切根处理相比，切根并增温使过氧化氢酶（PER） 和β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG） 活性平均降低36.5%和14.7%；与干季的切根处理相比，切根并增温使NAG、酸性磷酸酶（AP） 和 尿酶（UR） 活性均显著提高164.5%、92.2%和30.9%，但土壤酶和土壤理化性质与土壤CO2和CH4排放的关系并不明确；结合本研究土壤微生物多样性与全球森林生态系统的微生物种群特征，预测未来气候变暖情景下生态集群空间分布差异，得出：在气候变暖情景下：好酸性和喜温性的微生物群体的物种可能正在向北扩张；在低纬度(<25°N)升温情景下，易于土壤有机碳贫化生存的微生物群组预计将增加，这些物种的增加将会增加温暖地区土壤有机碳的储量；在高纬度地区(>45°N)，这类生态群组的相对丰度与温度的升高呈负相关，表明在较冷地区，与微生物预测相关的SOC 储量高度依赖于升温情景。以上研究对深入了解全球气候变化下土壤碳排放格局、碳的生物地球化学循环、碳-气候反馈作用具有重要意义，所产生的研究数据对碳平衡-全球变化模拟分析及国家制定森林固碳增汇与应对气候变化政策也具有重要意义。基于本研究已经发表研究论文8篇(SCI6篇),培养研究生6名(博士2名，硕士4名)，博士后1名，2名项目参与者晋升为副高级职称，召开一次国际学术交流会(150余人)，获得ChinaFlux 20周年10大科学进展。