梯度增温对东北稻田生态系统呼吸的影响及其机理研究

Terrestrial ecosystem respiration is the most important component of CO2 flux released to the atmosphere. Understanding the effects of gradient warming on ecosystem respiration and its mechanism could help deeply understand the responses of ecosystem respiration to global warming. In addition, it would provide a solid theory basis for clarifying the interactions between ecosystem carbon cycle and air temperature. Using the rice paddies in Northeast China as the studying materials and employing a set of gradient warming experiments, the ecosystem respiration and its components would be observed by static chamber-infrared gas analyzers in this project. Then, how the respiration and its components would response to gradient warming could be studied. Furthermore, factors related to ecosystem respiration, including the biotic factors, meteorological factors, and soil characteristics, would be observed to reveal the mechanisms of the responses of ecosystem respiration to gradient warming from different aspects. For instance, the variations of ecosystem respiration components, the ratio of ecosystem respiration components, and the temperature sensitivity of ecosystem respiration would be studied. The results of this project will provide a basis for assessing the spatiotemporal variations of ecosystem respiration and predicting its future trends.

生态系统呼吸是陆地生态系统向大气释放CO2的最大分量，揭示梯度增温对生态系统呼吸的影响及机理有助于充分理解生态系统呼吸对大气温度升高不同幅度的响应规律，进而为阐明生态系统碳循环与气温升高间的反馈作用提供理论依据。以东北稻田生态系统为研究对象，本研究利用野外梯度增温控制试验系统模拟不同空气增温幅度，利用静态箱-红外气体分析仪法测定生态系统呼吸及其组分，探讨生态系统呼吸及其组分对梯度增温的响应，同时观测生态系统呼吸相关的生物、气象及土壤因子，从生态系统呼吸组分的响应、生态系统呼吸组分所占比例的响应及生态系统呼吸敏感性的角度分别揭示生态系统呼吸对梯度增温的响应机制。本研究结果可以为评估生态系统呼吸及碳收支的时空格局、预测生态系统呼吸的变化趋势提供参考。

全球变暖对陆地生态系统的碳循环将产生深远影响。生态系统呼吸作为陆地生态系统最大的碳通量途径之一，其微小的波动会引起大气中CO2浓度的显著变化，分析梯度增温对生态系统呼吸的影响及机制有助于预测未来气候变暖条件下生态系统呼吸的变化趋势。本研究利用野外梯度增温控制系统在东北稻田生态系统设置5个增温处理（0W、500W、1000W、1500W和3000W增温处理），采用静态箱-红外气体分析仪法测定生态系统呼吸及其组分，同时观测生态系统呼吸及其组分相关的生物、气象和土壤因子，从生态系统呼吸组分、生态系统呼吸组分所占比例和温度敏感性3个方面揭示生态系统呼吸对气候变暖的响应机制。主要研究结果如下：（1）梯度增温对生态系统呼吸及其组分起促进作用，其呼吸速率在1500W增温处理时达到最大值，即生态系统呼吸及其组分对梯度增温呈非线性响应；（2）梯度增温显著增加了自养呼吸占生态系统呼吸的比例，降低了异养呼吸占生态系统呼吸的比例，并且自养呼吸占生态系统呼吸的比例远大于异养呼吸占生态系统呼吸的比例；（3）增温引起的自养呼吸的增加主要与增温引起的总生物量的增加有关，而增温引起的异养呼吸的增加主要与增温引起的土壤微生物生物量碳的增加有关；（4）生态系统呼吸的变化与其组分密切相关，生态系统呼吸对梯度增温的非线性响应可能主要来自自养呼吸的非线性响应，而自养呼吸的非线性响应主要与总生物量的变化有关。本研究的结果可以为评估全球陆地生态系统呼吸及碳收支的时空格局、阐明生态系统呼吸对气候变化的响应规律，进而为预测未来气候变化趋势、应对气候变化的影响提供参考。