我国典型冻土区土壤碳循环对温度响应的研究

This research aims to reveal the temperature response of carbon cycle in the typical frozen soil from high-latitude and high-altitude areas of China. A comparative study will be carried out by selecting high-altitude frozen soil from Qinghai-Tibet Plateau and high-latitude frozen soil from Greater Khingan Range in Heilongjiang province.In order to find out the difference of temperature-sensitivity of carbon cycle, such as soil respiration, methane emission or consumption, between high-latitude and high-altitude habitats in soil, and to explore the potential effect on carbon cycle of carbon micro-organisms, several methods such as GDGT, PLFA analysis, and simulation experiments will be comprehensively performed. Four experiments will be carried out at freezing and non-freezing temperatures conditions for detecting temperature-sensitivity of soil respiration, determining the metabolism activity of methanotrophs and temperature-sensitivity of methane oxidation, determining the production of methane and its temperature-sensitivity, and detecting the function of microbes and their temperature responses.This research will provide fundamental data and theoretical basis for China's regional responds of carbon biochemical cycle in frozen soil under the background of global warming.

全球变暖条件下，冻土作为一种特殊的负温地质体，对气候变暖和环境变化极为敏感。本研究旨在揭示我国典型冻土区土壤碳循环对未来全球变暖的响应。拟选择青藏高原腹地高海拔冻土和黑龙江大兴安岭高纬度冻土为研究对象，进行对比研究。在冰冻和非冰冻条件下开展冻土土壤呼吸、甲烷释放和消耗对温度敏感性等的室内模拟实验，同时结合冻土中与碳循环有关的功能微生物对不同碳源代谢能力及其对环境因子敏感性等功能测试的研究，了解高纬度和高海拔两种不同生境中冻土土壤碳循环对温度响应的异同，探讨功能微生物在冻土碳循环温度响应中的作用潜力。该项研究将为全球变暖背景下，我国冻土中碳的生物地球化学循环的区域响应提供基本的数据资料和理论依据。

冻土是最大的土壤碳库，与全球碳循环密切相关，了解冻土碳循环对全球气候变化的响应具有重要的意义。本研究选择我国青藏高原腹地高海拔冻土和黑龙江大兴安岭高纬度冻土为研究对象，研究了温度升高对不同生境冻土土壤呼吸和甲烷收支的影响，比较了高纬度和高海拔冻土氧化甲烷和产甲烷与其功能微生物之间及其对温度的响应，结合微生物对碳源代谢功能多样性的分析，明确了冻土碳循环过程中微生物的作用，揭示了温度变化对冻土碳循环的影响。主要研究成果如下：. 通过好氧冻土微生物与甲烷氧化关系对温度响应的实验研究发现，不同温度梯度下的高纬度冻土氧化甲烷的能力差异显著，在25℃下表现出显著的氧化高浓度甲烷的能力。PLFA的数据表明温度升高引起的对甲烷氧化能力的提高，与甲烷氧化菌群的变化密切相关。而部分高海拔冻土氧化甲烷的能力不显著，可能与甲烷氧化菌群落结构随温度变化不显著有关。通过厌氧冻土微生物与产甲烷关系对温度响应的实验研究发现，不同温度条件下高海拔和高纬度冻土均能产甲烷，且产量与产甲烷菌相对丰度之间呈正相关关系。尤其是25℃下高纬度冻土产甲烷量的最大，产甲烷菌相对丰度最高。不同的温度下冻土产甲烷量存在差异，总体呈现随温度升高，产甲烷量增加的趋势。本研究认为温度是通过影响冻土中氧化甲烷和产甲烷菌的群落结构，对冻土甲烷收支产生影响的。. 冻土呼吸和甲烷产生速率的温度响应实验研究表明，不同温度条件下，高纬度和高海拔冻土呼吸的Q10值差别不大，二者均对低温条件下温度的升高更敏感。而冻土甲烷的产生速率也在5℃-15℃下对温度变化更为敏感。冻土微生物碳源代谢的研究表明，冻土微生物对碳源的代谢能力和生境关系密切。淹水环境下的冻土微生物碳源代谢活性较弱，而非淹水环境下的冻土微生物碳源代谢活性较高，且高纬度和高海拔冻土之间差异不显著。以上研究成果对于为客观评价全球变暖背景下，冻土中碳的生物地球化学循环的区域响应提供基本的数据资料和理论依据。