凋落物输入水平对若尔盖泥炭地温室气体排放影响及微生物机制

Global climate change, in the form of global warming and elevated CO2 concentrations in the atmosphere, is altering the structure and function of terrestrial ecosystems. A large number of global climate change experiments and prediction models indicate that, in the future global climate change has generally modified net primary production (NPP) which leads to increasing litter inputs in some terrestrial ecosystem. However how litter addition will impact the ecosystems greenhouse gases (CO2, CH4, and N2O) emission and the microbial mechanisms is still lacking. So, in the project we select the Zoige alpine peatlands ecosystem in Qinghai-Tibetan Plateau as the study objects. We use the litter addition method to study how different levels of litter addition will impact the ecosystem greenhouse gases (CO2, CH4, and N2O) emission, the microbial community and enzyme activity related with greenhouse gases. Then we analysis the greenhouse gas emission efflux differences, and to examine whether litter addition will deduce priming effect of soil organic matter decomposition? If the priming effect does exist, to find out what causes the strength and direction of the priming effect? To clarify how the litter addition change the patterns of ecosystem greenhouse gases emission and the hidden microbial mechanisms. The results will provide theoretical supports for carbon dynamics assessment in the future.

以全球变暖和大气CO2浓度升高为主要特征的全球气候变化正在改变着陆地生态系统的结构和功能。大量的全球气候变化模拟实验和预测模型表明，在未来气候背景下，陆地生态系统的生产力将增加，进而增加了生态系统的凋落物输入。但是，针对凋落物输入增加对生态系统温室气体（CO2、CH4和N2O）排放的影响及其微生物机制还缺乏深入研究。因此，本项目以青藏高原若尔盖泥炭地生态系统为研究对象，采用添加凋落物的方法，研究未来气候背景下，凋落物输入水平对高寒泥炭地生态系统温室气体排放、微生物群落结构和酶活性的影响。通过对比分析不同凋落物输入水平下温室气体排放的差异性，探讨未来气候背景下，凋落物输入增加对泥炭地温室气体排放的影响，对土壤有机质分解是否存在激发效应？如果存在，引起激发效应强度和方向的原因是什么？阐明凋落物输入增加对温室气体排放影响的微生物机制。研究结果能为未来气候背景下高寒泥炭地碳动态评估提供理论支持。

凋落物输入增加可能会改变土壤有机碳的分解速率，即产生激发效应，激发效应被认为是调控土壤碳氮循环的重要机制之一。但是，凋落物输入增加对泥炭地温室气体排放的影响及其微生物机制还缺乏研究。因此，本项目选取若尔盖泥炭地为研究对象，采用凋落物添加的方法，初步研究了未来不同气候情景下，凋落物输入增加对泥炭地含碳温室气体排放、土壤微生物的影响。研究要点主要包括1）凋落物输入增加对泥炭地温室气体排放的影响；凋落物输入增加对土壤激发效应影响和相关性分析；2）凋落物输入增加对土壤微生物群落结构的影响；3）凋落物分解过程中的微生物群落动态研究。主要结论如下：.(1)泥炭地温室气体排放量受到凋落物添加的显著影响。随着凋落物添加量的增大，温室气体排放量都增加。凋落物添加所引起的土壤激发效应的强度随着凋落物添加量增加逐渐增大（最小8%，最高可达34%），但是增加的趋势是非线性的；同一个凋落物添加处理对泥炭地激发效应的强度随着时间延长逐渐减小，在生长季末激发效应最小。.(2)泥炭地土壤细菌总生物量明显高于真菌放线菌等其他群落生物量；凋落物添加引起泥炭地土壤微生物所有生物量的增加，但是，随着凋落物添加量的增加，增加的趋势是非线性的。凋落物添加对土壤微生物群落的影响，第二年效果要比第一年更加明显。.(3)随着凋落物的分解，凋落物化学性质和微生物群落结构都发生变化，伴随着易溶性物质的减少和难溶性物质的增加。在凋落物分解的前期，凋落物分解速率主要是由化学性质来控制，到了后期，分解速率由微生物群落来控制。在所有的取样时期，凋落物化学性质都与微生物群落结构存在相关性。.研究结果进一步证明了土壤激发效应的普遍性以及凋落物在调控生态系统功能方面发挥的重要作用。阐明了土壤微生物对凋落物输入增加的响应是形成土壤激发效应的内在驱动力。研究结果对完善高寒泥炭地碳收支模型、碳动态评估、以及预测未来气候变化具有重要意义。