温性荒漠地区生物土壤结皮碳收支对降雨格局的响应机理

温性荒漠地区生物土壤结皮对生态系统碳输入主要取决于其有效水分含量及持续时间，而干湿交替是该区降雨格局影响下的土壤水分主要分布模式。了解这种降雨格局对生物土壤结皮碳收支的影响及其对生态系统碳通量的贡献，是全面解析荒漠地区碳循环不可或缺的重要环节，也是进一步研究荒漠生态系统如何适应和响应全球变化机制的重要前提。本项目以广布于腾格里沙漠东南缘的两种生物土壤结皮（蓝藻类和藓类）为研究对象，通过降雨格局（自然降雨，增加或者减少50%降雨及春夏季节分异，降雨事件大小，降雨总量不变而降雨频数变化）的控制实验，达到影响土壤水分的动态模式，监测生物土壤结皮的光合固碳和呼吸释放碳组分的变化，研究温性荒漠地区不同降雨格局对两种生物土壤结皮碳收支的影响差别，量化生物土壤结皮在荒漠生态系统碳量平衡中"源-汇"关系，揭示我国温性荒漠地区生物土壤结皮碳收支组分对降雨格局响应的机理。

温性荒漠地区生物土壤结皮对生态系统碳输入和输出，主要取决于其有效水分含量及持续时间。本项目以广布于腾格里沙漠东南缘的两种生物土壤结皮为研究对象，通过降雨格局的控制实验，达到影响土壤水分的动态，监测了生物土壤结皮的光合固碳和呼吸释放碳组分特征。研究结果表明：脉冲式降雨激发的生物土壤结皮覆盖土壤CO2释放通量随降雨量的增加而降低，激增的CO2释放（源）效应有效时间随降雨量的增高而延长；降雨激发的土壤碳释放总量随着降雨量的增高显著增加，且藓类结皮覆盖土壤碳释放总量显著高于藻类结皮（P<0.05）；生物土壤结皮CO2吸收固定效应的时间随降雨量的增高而延长，碳固定峰值也越高；降雨量越高，苔藓类结皮的光合碳固定量越多，而藻类结皮的光合碳固定当降雨量增加一定程度时，其光合碳固定量反而降低；在无降雨的干旱期，生物土壤结皮覆盖土壤表现为较低水平的净碳排放效应，不同程度降雨的初期阶段都有短暂增加土壤碳汇效应，且碳汇效应的时间随降雨量的增加而延长；适度的降雨会降低长期干旱藻类结皮覆盖土壤向大气的碳排放量，而过高或过低的降雨都会不同程度地增加藻类结皮覆盖土壤向大气的碳排放，降低土壤碳的储量。降雨频率改变的初期降低了生物土壤结皮覆盖土壤碳释放通量，处理一段时间后的的同期则增加了碳释放通量，且藓类结皮增加的碳释放通量高于藻类结皮，但三种降雨频率间土壤碳释放通量无显著差异（P<0.05）；降雨频率改变增加了苔藓类结皮的碳固定通量，藻类结皮在降雨频率改变的初期降低了碳固定通量，而处理一段时间后的的同期则增加了碳固定通量；降雨频率的变化将自然降雨下的生物土壤结皮覆盖土壤向大气的的碳释放（源）模式转变为了碳吸收（汇）模式。春季和夏季的增雨增加了结皮覆盖土壤的碳释放通量与生物土壤结皮碳固定通量，而春季和夏季的减雨及季节分异既降低了结皮覆盖土壤向大气的碳释放通量，也未显著增加结皮碳固定通量；春季和夏季增雨处理初期增加了结皮覆盖土壤向大气CO2交换通量即增加了源效应，而其他测定期以及春季和夏季的减雨及季节分异都降低了结皮覆盖土壤向大气的CO2碳交换量即降低了源效应。降雨格局变化对生物土壤结皮碳收支及其对土壤与大气碳交换之间的影响，充分说明了生物土壤结皮在应对全球气候变化方面对荒漠生态系统碳循环的作用。本研究为全面解析荒漠地区碳循环，以及荒漠生态系统适应和响应全球变化机制奠定了基础。