中亚热带常绿阔叶林土壤异养呼吸对增温的响应及其机制

Heterotrophic respiration is one of important component of the forest ecosystem carbon balance, and plays an important role in forest ecosystem carbon losses. Together with the net primary productivity, heterotrophic respiration determine capacity of forest carbon sinks. Minor changes in the rate of heterotrophic respiration could impose a great impact on future atmospheric CO2 concentrations. Many studies have shown that soil warming increased the heterotrophic respiration in mid- to high- latitude ecosystems. However, there are few reports on in situ soil warming experiments at low latitudes. We conduct a soil warming manipulation experiment in an evergreen broad-leaved forest in mid-subtropics, and heating cables are used to enhance soil temperature by 5 °C. At the mean time litter addition and exclusion treatments are set up. The multiple channel automated chamber system aimed for high temporal frequency measurements is aslo employed to assess how heterotrophic respiration and its components are affected by warming. Furthermore, with collecting litter DOM and soil sampling regularly in situ, we tend to understand the effect of warming on heterotrophic respiration and reveal its microbial mechanism with PLFA technique. This project is of great significance in better evaluating the response of forest ecosystem to global warming, and improving forest carbon cycling model.

土壤异养呼吸是森林生态系统碳平衡主要分量之一，也是森林生态系统碳库损失的重要途径，与净初级生产力共同决定森林碳汇的大小。其微小的变化直接影响全球碳平衡。中高纬度地区增温实验表明，土壤增温将导致土壤异养呼吸增加，而热带、亚热带地区野外增温实验还鲜见报道。本项目拟以中亚热带常绿阔叶天然林红壤为研究对象，通过野外原位模拟土壤增温（埋加热电缆）5℃，以不增温为对照，同时设置保留和去除凋落物处理，采用多通道土壤碳通量长期自动观测系统，对各处理异养呼吸和矿质土壤呼吸（壕沟法）进行高频观测，通过野外原位收集凋落物DOM和定期采集土壤样品，从土壤微生物学（PLFA技术）角度，探讨土壤异养呼吸对增温的响应及其机制。研究结果对深入理解全球变暖对森林生态系统的影响具有重要科学价值，对完善全球碳循环模型具有重要意义。

土壤异养呼吸是森林生态系统碳库损失的重要途径，也是森林生态系统碳平衡重要的分量之一，与净初级生产力一起决定森林碳汇的大小，但在亚热带地区，森林土壤异养呼吸对增温的响应及其机制仍不明确。本项目以福建师范大学三明森林生态系统与全球变化野外科学研究观测站的格氏栲天然林土壤增温平台为研究对象，采用网袋法研究凋落物分解及其养分释放动态变化，利用零压力法研究了凋落物淋溶的可溶性有机质数量及其结构等关键因素的变化，同时结合多通道土壤碳通量自动观测系统研究了土壤异养呼吸及其组分对增温的响应，得出了以下主要结论：.（1）研究发现，与对照相比，在分解后期（360d），增温处理的凋落物分解速率小于对照，而其余时期两者的分解速率无显著差异，但两者的分解系数k值相同（k=0.002）；增温并未改变凋落物养分（C，N，P）的释放模式，增温处理的凋落物中C、N、可溶性组分和木质素含量均无显著变化，但在分解后期，增温处理凋落物P含量显著高于对照处理。.（2）研究发现增温和对照处理的凋落物层淋溶液通量无显著差异，分别为865L/m2和849L/m2。与对照相比，增温处理的凋落物淋溶液中DOM月通量和总通量均无显著变化，其中DOC浓度在增温处理后也无显著差异，但DON浓度在6月份显著低于对照。此外，凋落物的腐殖化程度和芳香化指数两者之间均无显著差异。总体上看，增温处理对凋落物层淋溶液DOM数量和质量均无显著影响。.（3）研究发现，增温显著抑制了天然林的土壤总呼吸和自养呼吸，但对土壤异养呼吸无影响。研究还发现该本区特有的台风活动是增温对土壤碳排放影响的转折点，台风带来的强降雨和降雨后长时间的干旱提高了对照土壤异养呼吸速率，但抑制了增温处理的自养呼吸。.研究结果对深入理解全球变暖对亚热带森林生态系统土壤碳排放的影响具有重要科学价值，对完善全球碳循环模型具有重要意义。.