青藏高原多年冻土区不同土壤呼吸组分对模拟增温的响应

Permafrost carbon pool in the Qinghai-Tibet Plateau is one of the important terrestrial ecosystem carbon pool. Studies showed that warming stimulates soil respiration ,while the different respiration components responses to warming are not clear, which brings uncertainty in predicting carbon loss/gain of alpine ecosystem. This project proposes to use root removal and C isotope method to investigate the effects of respiration components responses to warming. Alpine meadow ecosystem near the Beiluhe River would be set as research object. Warming would be implemented by infrared heaters. Soil respiration, heterotrophic respiration would be monitored by li-cor 6400-09，and the difference between soil respiration and heterotrophic respiration will be the autotrophic respiration. Heterotrophic flux and 14C isotope of the heterotrophic flux would be used to build simultaneous equations to obtain the flux of soil organic carbon decomposition in the roo zone and permafrost layers. Results of this project would provide scientific evidence to predict the carbon loss/gain of the alpine ecosystem in the Qinghai-Tibet Plateau.

青藏高原冻土碳库是我国陆地生态系统碳库的重要组成部分。已有的研究表明气候变暖促进了高寒生态系统的土壤呼吸，但是气候变暖对该生态系统不同土壤呼吸组分的影响还不清楚，这给准确预测气候变暖背景下高寒生态系统的碳库功能带来了不确定性。本项目拟选择北麓河多年冻土区高寒草甸为研究对象，红外辐射灯作为增温手段，通过测量自养呼吸和异养呼吸速率、异养呼吸释放的CO2的Δ14C、根区土壤有机碳和冻土"老碳"的Δ14C，建立不同土壤呼吸组份和该组分Δ14C的联立方程，进而分析各土壤呼吸组分对气候变暖的响应，确定"老碳"对土壤呼吸的贡献及增温后的变化。本项目的研究成果可为预测气候变暖背景下青藏高原高寒生态系统的碳库功能提供科学依据。

青藏高原冻土碳库是我国陆地生态系统碳库的重要组成部分。已有研究表明气候变暖促进了高寒生态系统的土壤呼吸，但是气候变暖对该生态系统土壤呼吸组份(自养呼吸和异养呼吸)，特别是气候变暖对冻土中“老碳”分解的影响是预测气候变暖背景下高寒生态系统碳库功能不确定的主要来源。本项目选择北麓河多年冻土区高寒草甸为研究对象，采用红外辐射增温的手段，采用根去除法测量了异养呼吸和总呼吸速率速率，计算了增温后通过自养和异养呼吸的年碳释放量。采集土壤气体，分析了根区土壤有机质、植物碎屑、冻土中“老碳”和土壤表面气体的Δ14C。该项目是在中科院百人计划项目的基础上进行的，故项目的自养和异养呼吸速率从2010年开始进行，而土壤有机质、植物碎屑和土壤气体的Δ14C从2014-2015年进行的。研究结果表明：增温会促进土壤有机碳分解，土壤温度增加2oC, 土壤表面年碳释放量约增加125.8 g m-2；增温会同时促进自养呼吸和异养呼吸，但自养呼吸相对增加幅度大于异养呼吸。生长季土壤呼吸、自养呼吸和异养呼吸分别增加了21.5%、27%和15.6% ；增温对土壤及其组份的影响受土壤水分的影响，湿润的样方内增温后总土壤呼吸及其组份都增加，而干旱的样方土壤呼吸及其组份都降低；增温同时促进了生态系统呼吸和生态系统生产力。增温后群落生产力（GEP）增加1.49 u mol m-2 s-1而群落呼吸（ER）增加0.80 u mol m-2 s-1，致使群落净碳交换量（NEE）增加了0.70u mol m-2 s-1；增温后土壤氮矿化速率显著增加, 增加的矿化氮促进了植物特别是根的生长；土壤表面气体的Δ14C与土壤有机质的Δ14C接近，远远大于植物的死根、活根和地上部分，表明多年冻土区高寒草甸生态系统土壤表面气体的来源主要是土壤有机质的分解。增温后土壤表面气体Δ14C降低。该项目的研究结果表明气候变暖促进高寒草甸生态系统的碳释放，但当年平均土壤水分小于6%时，气候变暖确会抑制土壤呼吸，土壤碳释放的增加主要是由于土壤有机碳分解，特别是“老碳”分解引起的，但由于目前土壤气体的Δ14C数据只有一期，故无法定量“老碳”分解对土壤呼吸增加量的贡献。在第二期土壤气体数据测量测量完成后，将会补充这一部分结果。