内蒙古半干旱草原植物源VOCs排放对全球变暖和氮沉降的响应

研究表明全球变化背景下的植物源挥发性有机物（BVOCs）对生态系统功能，区域乃至全球大气质量和气候可能产生深远影响，但由于观测数据少，特别是不同生态系统和区域研究不均衡，严重制约了模型预测的准确性。本项目拟选择目前研究相对缺乏的草原生态系统（内蒙古多伦县典型的半干旱草原）为研究对象，利用现有大型全球变化试验平台，采用红外线辐射器增温和氮素添加模拟全球变暖和氮沉降。通过对比研究增温，氮添加，增温+氮添加和对照四种样地内BVOCs排放、光合有效辐射，叶片内BVOCs前体物，植物光合与呼吸、以及微气候环境等，探讨BVOCs释放对全球变暖和氮沉降的响应机制，初步回答全球变暖和氮沉降对半干旱草原BVOCs释放的影响，明确BVOCs对植物固碳的损失量；通过观测近地表O3和BVOCs的特征光氧化产物等，初步探索气候变化导致的BVOCs改变对区域近地表大气O3的影响。

全球变化背景下的植物源挥发性有机物（BVOCs）排放对生态系统结构与功能，区域乃至全球大气质量和气候都可能产生深远影响，但由于观测数据缺乏，特别是不同生态系统和区域研究的不均衡，严重制约模型预测的准确性。覆盖全球1/4陆地面积的草原生态系统已受到气候变化严重影响，但对BVOCs的研究几乎空白。本研究以欧亚大陆典型的半干旱草原生态系统为研究对象，利用内蒙古多伦恢复生态学试验示范研究站(以下简称：多伦站) 的大型全球变化多因子控制试验平台，采用红外线辐射器增温和氮素添加模拟全球变暖和氮沉降。通过对比研究增温，氮添加，增温+氮添加和对照四种样地内BVOCs（主要为单萜和异戊二烯）排放及相关环境变化因子，探讨半干旱草原BVOCs释放对全球变暖和氮沉降的响应机制。我们的研究结果表明气候变化影响下的半干旱草原正成为重要的BVOC上排放源，退化物种冷蒿是关键的单萜排放者，其排放率可以高达6.7μg g−1 dw h−1, 而受氮磷沉降显著影响的苔草则是极高的异戊二烯排放者，排放率最高观测到18.8 mg g−1 dw h−1。单萜排放对增温的响应受到水分的调节，其阈值为体积水分含量8.2%，当土壤水分含量大于该阈值，气候变暖增加单萜的排放，而小于该阈值，单萜排放受到干旱的抑制。在湿润年增温可以增加43%的单萜排放因子，而干旱年则降低24%。尽管在干旱年单萜的排放因子是湿润年的2倍，但由于生物量较低，其单位面积的自然排放率仅为湿润年的2/5。氮沉降可以有效的降低冷蒿的盖度，从而减少单萜的排放，两个生长季的观测表明氮沉降可以降低24%的单萜排放。 但是氮沉降同时显著增加苔草的盖度，继而增加异戊二烯的排放。我们的研究结果暗示了受气候变化影响的退化半干旱草原存在严重的BVOCs 排放风险，尤其是干旱和过度放牧导致的高单萜排放冷蒿覆盖面积的增加，而氮沉降一方面降低冷蒿的覆盖，但同时增加强异戊二烯排放苔草的覆盖。半干旱草原BVOCs的排放对气候变化的响应受到多个因子的影响，其对BVOCs排放的直接影响小于其间接通过改变关键排放物种分布和生物量的影响。