气候变化对青藏高原高寒草甸BVOC排放动态的影响

Biogenic volatile organic compounds (BVOC) have significant effect on global climate change and atmospheric chemical processes. The Tibetan Plateau has experienced significant warming during the past decades. Despite many studies on ecosystem carbon cycling processes, BVOC emission and its response to climate warming in the alpine grassland ecosystem remain poorly studied. In this project, we combine an in situ soil-warming experiment by transplanting grassland mesocosms from higher altitudes to lower altitudes and the cutting-edge techniques of BVOC monitoring to investigate BVOC emission dynamics. Specially, we aim to 1) clarify the variation of the relative concentration, chemical composition, and emission rate of BVOC under various warming conditions; 2) investigate the relative contribution of plant and soil to the ecosystem BVOC emission in response to the warming conditions; and 3) reveal the mechanisms underlying the BVOC emission by integrative analysis of plants, soil and microbes. This study will benefit our projection of BVOC emission from alpine meadow ecosystems in response to climate warming, and the results will provide scientific basis for assessing the response of the alpine grassland ecosystem to climate change on the Tibetan Plateau.

生物源挥发性有机物(Biogenic volatile organic compounds, BVOC)对全球气候变化和大气化学过程具有重要影响。最近几十年，青藏高原经历了显著的气候变暖。虽然已有很多生态系统碳循环的研究，但是高寒草地BVOC排放动态及其对气候变暖的响应机制尚不明确。本项目拟以青藏高原高寒草甸为研究对象，结合不同海拔梯度原土移位增温实验，利用BVOC研究的最新监测技术，试图：1)阐明增温条件下，BVOC的相对含量、化学组成和排放速率的变化；2)探讨植物和土壤源BVOC对生态系统BVOC排放的贡献及其对增温的响应；3)综合分析植物、土壤、微生物和环境等因子驱动高寒草甸BVOC排放动态的机制。本研究将有助于预测未来气候变暖背景下高寒草甸BVOC排放的动态变化，结果将为评估高寒草地生态系统对气候变化的响应提供科学基础。

植物释放的BVOCs对大气环境质量和全球气候变化具有重要的影响。以往的研究多集中于BVOCs组分的辨识以及植物排放BVOCs的排放速率和通量的测定，而气候变化尤其是增温和干旱胁迫对青藏高原高寒草甸BVOCs排放影响的研究较少。.本项目基于中国科学院青海海北高寒草甸生态系统研究站，结合土壤剖面增温控制实验平台，对高寒草甸生态系统和土壤排放的BVOCs进行了为期三个月（2019年7月-9月）的原位采样和测定，探究不同来源（植物和土壤）BVOCs排放对增温的响应差异。为验证高寒草甸BVOCs排放对增温响应的结果，本项目对全球尺度不同生态系统BVOCs排放对增温和干旱胁迫响应的研究进行了整合分析，以期探究增温和干旱胁迫对不同生态系统BVOCs排放的影响差异和生理生态调控机制。本研究基于野外试验和整合分析，得到了以下结论。.（1）增温引起高寒草甸生态系统BVOCs排放速率大小依次为：生态系统排放源 > 植物排放源 > 土壤排放源。植物源和土壤源排放占生态系统排放的比例会受增温处理而发生变化。7月和8月的排放较高，9月排放较低。.（2）不同生态系统三种主要的类异戊二烯物质（异戊二烯、单萜烯和倍半萜烯）排放对增温都表现出正响应，分别增加了103%，50.8%和84.1%。增温显著促进了叶片源异戊二烯排放。增温显著促进了生态系统源的异戊二烯、单萜烯和倍半萜烯的排放。异戊二烯响应比与光合电子转移速率响应比显著正相关，而与生理参数（净光合速率、气孔导度和胞间CO2浓度）的响应比和非生理参数（叶面积和叶生物量）响应比的关系不显著。此外，随机森林模型分析显示，增温对BVOCs排放影响较大的主要因子是增温幅度、增温方式、生态系统类型和年均温。.（3）整合不同生态系统，干旱抑制了异戊二烯和单萜烯的释放，分别下降了31.1%和43.8%，但干旱并没有导致倍半萜烯排放发生显著变化 (p > 0.05)。随机森林模型分析结果表明，干旱对BVOCs排放影响较大的主要因子是年均温、植物生活型、年均降水、干旱持续时间、光合有效辐射和干旱程度。