长白山苔原生态系统代表植物对变暖响应的研究

苔原生态系统是气候变暖的最敏感区域，是理想的气候变暖研究平台，过去40年气象资料显示，长白山苔原经历着明显的变暖。长白山苔原与北极苔原具有相似的气候背景和植被类型，由于进入苔原以及在苔原从事科学研究有很多困难，所以对苔原生态系统一直没有进行过系统的研究。我们根据国际苔原标准，在长白山苔原(2450米)建立开顶箱被动增温系统，研究变暖对苔原典型矮小灌木仙女木(Dryas octopetala L.)和笃斯越橘(Vaccinium uliginosum L.)地上和地下部分主要生态功能的影响。明确植物物候、生长和生物量对变暖的响应方向和尺度，结合营养器官物质代谢、生态系统碳氮通量以及土壤养分的同步研究，阐明变暖对生长的影响是否受土壤养分限制，最终揭示长白山苔原生态系统响应目前及未来变暖的模式及相关机制。

气候变暖已成为不可争议的事实，最近50年气温的上升趋势几乎是近100年来的两倍，温度明显影响生态系统与大气间碳交换。全球尺度上的温度变化并不是均匀的，北半球、高纬度地区或苔原生态系统是气候变化的敏感区域。苔原生态系统主要集中在北极，我国只有长白山和阿尔泰山有独特的苔原生态系统，苔原生态系统对气候变暖的响应是揭示未来植被变化及生态系统碳格局的理想平台。本项目自2012年起，根据国际苔原标准，在长白山苔原带（海拔2028米）建立10个开顶箱被动增温系统，箱内外安装自动记录空气温湿度、土壤温湿度及光合有效辐射的小型气象站，以苔原典型矮小灌木仙女木(Dryas octopetala)、笃斯越橘(Vaccinium uliginosum)和牛皮杜鹃(Rhododendron aureum)为研究对象，在生长季(6-9月)开展野外温室气体通量监测，同步取样进行室内养分等分析。连续四年的研究结果显示，苔原生长季增温使土壤CO2排放增加，但同时也增加了NO2和CH4的吸收，温室气体的变暖潜力主要由土壤CO2决定；生长季增温明显增加了土壤细菌和真菌含量并改变了二者在土壤中的相对比例，由于增温导致土壤细菌/真菌比增加，因此，长期变暖可能会降低土壤稳定性；增温会改变苔原土壤矿质元素含量，使土壤中Fe、Al和K含量增加，但Cu、Mg、Mn、Zn和Ga含量降低；三种优势植物叶片中养分含量对增温的响应并不一致，且与土壤养分变化也未呈现同步响应，牛皮杜鹃和笃斯越桔叶K含量增加，但东亚仙女木叶片养分含量基本未受增温影响；叶片中次生代谢物质含量在增温条件下降低，可能使苔原植物在防御上的投放减少。因此，增温会明显影响苔原土壤与大气间的碳氮交换及改变植物功能。