南亚热带地带性森林土壤CO2排放对降雨格局改变的响应：降雨频度与强度

Long-term observation data showed little change in total annual precipitation amounts in low subtropical region of China in the past three decades, but significant increase in no-rain days and raifall intensity on annual. Accordingly, the regional forest soil moisture decreased significantly. However, most of the current researches had been restricted to the effects of change in annual precipitation amounts, seasonal precipitation patterns or individual precipitation pulse on soil CO2 efflux. The objective of the project is to investigate the response patterns and mechanisms of soil CO2 efflux to change in rainfall frequency and intensity in a monsoon evergreen broadleaved forest in southern China though a precipitation manipulated experiment. In this manipulated experiment, we would decrease rainfal frequency and increase rainfall intensity on annual, as actual precipitation patterns change in southern China. Soil CO2 efflux rate and its environmental and bilogical factors would be determined in both precipitation treatment and the control. To further highlight the significance of rainfall frequency and intensity impacts on soil CO2 efflux, we also compared the experimental effects with another traditional manipulated experiment with decrease in total precipitation amounts. This project will provide basic data and scientific basis for the evaluation on the feedback of subtropical forest ecosystems in southern China to global climate change.

长期的观测数据表明在过去三十年里，我国南亚热带区域降雨量年际间变化不明显，但无雨日显著增加，单个降雨事件越趋增强,并导致了区域内森林土壤湿度的极大下降。然而，当前大多数探讨干旱/降雨格局背景下土壤CO2排放过程的研究多注重于降雨量变化、降雨季节变化或单个降雨脉冲的影响。本项目在原有的研究基础上,选择南亚热带季风常绿阔叶林为研究对象，以该区域实际的降雨格局变化趋势为切入点，利用人工控制实验手段,进行野外控制降雨频度减少同时强度增加处理，研究土壤CO2排放及其相关环境和生物因素的变化,进而揭示降雨频度和强度改变对南亚热带森林土壤CO2排放的影响程度和规律,并尝试阐述其可能的机制。同时，与传统的控制降雨量减少实验相比较，将进一步突出降雨频度和强度变化对土壤CO2排放影响的重要意义，为评价南亚热带森林生态系统对全球变化的贡献提供基础数据和科学依据。

本项目选择位于南亚热带季风气候区的鼎湖山季风常绿阔叶林为研究对象，针对该区域实际的降雨格局变化趋势，即降雨量变化不大、降雨频度减少同时强度增加开展野外控制实验，探讨了降雨频度和强度改变对土壤呼吸影响的程度及其规律，揭示了南亚热带森林土壤呼吸对干旱/降雨格局改变响应的潜在机制。本项目按照任务书安排，完成了预定目标，主要结论如下：.1..通过对以往数据进行分析，发现提高大气CO2浓度和氮肥添加在雨季均能增加南亚热带森林土壤呼吸，且无交互效应；在旱季，仅提高大气CO2浓度能增加土壤CO2排放，氮肥添加则对土壤CO2排放影响不大；分析发现，氮肥添加处理导致土壤CO2排放产生的变化与土壤湿度具有显著的正相关关系，表明氮肥添加处理下土壤变干可能是土壤CO2排放在旱季无明显变化的主要原因。研究进一步表明南亚热带森林土壤CO2排放对土壤湿度变化的响应非常敏感，有必要通过降雨控制实验进行深入验证和探讨其机制。.2..鼎湖山季风常绿阔叶林土壤呼吸会随着模拟单个降雨事件快速地上升单个模拟降雨事件能促进，然而去除凋落物后，土壤呼吸则无明显变化。土壤呼吸增加的幅度会随降雨强度的增加而减弱，并与凋落物淋溶有机质浓度成正相关关系，说明凋落物淋溶有机质对南亚热带森林土壤呼吸脉冲现象具有重要的调控作用。.3..改变降雨显著影响鼎湖山季风常绿阔叶林土壤呼吸，其中干旱显著减少旱季的土壤呼吸速率，而增加降雨频度则显著增加雨季的土壤呼吸速率。干旱减少基础土壤呼吸和凋落物呼吸，而增加降雨频度处理只增加凋落物呼吸。此外，增加降雨频度处理增加了凋落物淋溶有机质的浓度及其总的输入量，同时显著增加了雨季的土壤微生物生物量和细根生物量，说明增加降雨频度可能是通过改变凋落物淋溶有机质的输入，影响土壤呼吸。.4..土壤呼吸及其组分与土壤温度成指数相关关系，而与土壤湿度仅在旱季成线性关系。干旱对土壤的温度敏感性影响不大，然而增加降雨频度能显著提高凋落物呼吸的温度敏感性。