古尔班通古特沙漠土壤呼吸组分的拆分及其影响因素的研究

As the main contributor to ecosystem respiration, soil respiration is the most important determinant of ecosystem carbon balance. Based on the different carbon resources, the components of soil respiration must dependent on different biological and ecological processes, and the response of the components to environmental change must be entirely different. Hence, we need to understand the fundamental mechanisms of soil respiration, which is crucial to accurately predict the response of ecosystem to future climatic change. Aimed at the above problem, we will use both isotopic method and component integration method to partition soil respiration into root respiration and decomposition of soil organic matter (SOM) in Gubantonggut Desert, western China. By comparing the different of soil respiration and its components in different rainfall treatments, quantitatively assess the response of soil respiration to environmental and biological factors, and finally determine the key process and regulating factors of soil respiration in desert ecosystem and reveal the underlying mechanism in soil respiration. We believe the results of this study will not only provide the basic data to build mechanism-based soil respiration model and supply scientific evidence for assess the function of desert ecosystem in the carbon source and carbon sink.

土壤呼吸作为生态系统呼吸最主要的贡献者，是生态系统碳平衡的重要决定因素。根据利用碳源的不同，各呼吸组分依赖于不同的生物学和生态学过程，对环境变化的响应也截然不同。因而，从机理上理解土壤呼吸过程对于准确预测生态系统对未来气候变化的响应至关重要。本研究以西北干旱生态系统--古尔班通古特沙漠为例，利用同位素法和成分综合法两种方法相结合，拆分土壤CO2通量中根系呼吸以及有机物分解的贡献，在比较不同降水特征下土壤呼吸及其各组分贡献差异的基础上，定量评价土壤呼吸对环境、生物因子的响应，确定荒漠生态系统土壤呼吸的关键过程和主要调控因子，从而揭示荒漠生态系统土壤呼吸的内在机制。研究结果不仅为建立基于机理的荒漠生态系统土壤呼吸模型提供基础数据，并将为准确评价荒漠生态系统碳源、汇功能提供科学依据。

土壤呼吸作为生态系统碳循环中的一个重要过程，是将植物光合作用所固定的碳，再以CO2形式返回大气的主要途径。土壤呼吸各组分依赖于不同的生物学和生态学过程，表现出对环境变化响应的差异性。因此，本项目以古尔班通古特沙漠为例，通过原位、连续的土壤呼吸观测，并结合草本层剔除和降雨处理控制实验，对土壤呼吸中自养呼吸（根系呼吸）和异养呼吸（有机物分解）的贡献进行拆分并加以量化。同时，定量评价土壤呼吸对环境、生物因子的响应特征，揭示荒漠生态系统土壤呼吸的关键过程和主要调控因子。主要结果如下：.1、存在一个独立于温度的因子—植物冠层光合来调控土壤呼吸日过程。在灌木为主的阶段（150-生长季末），土壤呼吸的日变化由土壤温度调控，植物冠层光合的影响十分有限；而在草本植物为主的阶段（91-149天），依赖于温度的呼吸不足以解释晴天土壤呼吸的日过程，此时植物光合对土壤呼吸的平均贡献率为40.8%。. 2、根系呼吸对土壤总呼吸的贡献存在明显的季节变化，整个生长季的平均贡献率为33.2%。在生长季初期短命植物为主阶段，平均贡献率为64.5%。而随着短命植物死亡，根系呼吸的贡献仅不到15%。降雨加倍处理会显著地增加根系呼吸，但不会显著的改变根系呼吸对土壤总呼吸的贡献。根系呼吸速率的季节变化可以很好地由细根生物量来解释，而异养呼吸则决定于土壤温度。.3、降雨对土壤呼吸有显著的刺激作用，但这种刺激作用主要来源于异养呼吸，自养呼吸虽有所增加，但变幅很小。降雨后土壤异养呼吸的日过程仍由土壤温度主导，但温度敏感性显著的升高。通过构建双指数回归模型，量化了降雨诱导呼吸。而与降雨量的回归关系表明，降雨量可以很好的预测降雨诱导的土壤呼吸CO2释放。以上结果说明水分是该荒漠生态系统土壤呼吸的主要限制因子，而降雨诱导的碳排放是土壤呼吸的重要部分，其碳排放量可比于甚至远远超过整个生长季内干旱时期的碳排放。.