冬季降雪对荒漠地区生物土壤结皮碳固存的影响研究

Biological soil crust (BSC) is one of the important factors involving in the carbon cycling in desert ecosystems. However, the research about carbon fixation is very few. In the previous studies, many researches underestimated the ability of BSCs to conform the environments and demonstrated that carbon fixation of biological soil crust is zero in winter.Systematcally studies on the mechanisms of the carbon fixing/emission of the typical BSCs to snowfall and snow covering in winter is very important to evaluate the BSCs carbon sequestation in desert area. This project aims to study the carbon dioxide exchange feature and response mechanism to snow fall of different types of biological crust; to determine the threshold value of biological crust photosynthesis and respiration to temperatures and soil moisture, to build up carbon exchange prediction model of the crust through combination of field observations and laboratory analysis. Understanding effects of snow fall and snow coverage on carbon uptake and release of temperate desert crust will provide solid base for precise estimation of carbon sequestration potential of biological crust.

生物土壤结皮（生物结皮）是荒漠生态系统碳循环的重要参与者，但有关生物结皮碳固定能力的研究起步较晚，长期以来没有得到应有的重视；目前在评估荒漠结皮的碳固定潜力时，一般都低估了结皮生物极强的环境适应能力，并认为生物结皮在冬季对碳固定的贡献为零。系统研究冬季降雪及积雪覆盖对温带荒漠结皮碳固定/释放的影响机理，是精确评估生物结皮固碳潜力的重要补充。本项目基于已有的研究基础，选择腾格里沙漠东南缘沙坡头地区和新疆古尔班通古特荒漠作为研究区域，综合应用野外观测、控制实验、实验室分析等手段，系统研究不同种类生物结皮的CO2交换特征及其对降雪的响应机制；揭示稳定积雪对荒漠结皮碳固定潜力的影响；确定生物结皮的光合与呼吸速率对水分和温度响应的阈值；构建受降雪驱动的荒漠结皮碳固定模型，综合评估冬季降雪对典型荒漠结皮碳固定能力的影响。研究结果将为精确评估温带荒漠结皮碳固定潜力提供基础依据，是目前相关研究的重要补充。

生物土壤结皮(BSC)是荒漠区生态系统重要组成之一，在生态修复与重建中发挥着重要作用。本课题以腾格里沙漠东南缘人工固沙植被区和古尔班通古特沙漠常见的BSC类型(真藓、土生对齿藓、蓝藻、地衣结皮)为研究对象，通过室内模拟冬季低温(-4℃、0℃、4℃、8℃)和野外降雪试验，分析低温和降雪对BSC净光合速率、呼吸速率及光合生理特性的影响，探讨BSC对低温和降雪的适应和响应机制。主要研究结果：(1)低温削弱了BSC光合能力且加剧了其膜脂过氧化程度，但可以通过其自身渗透调节积累脯氨酸及可溶性糖以适应低温环境，说明BSC在低温仍具有生理活性；(2)适量降雪对BSC的光合生理活性具有促进效应，在冬季BSC的碳固存不可忽视。过度降雪抑制了藻和地衣结皮的生理活性，藻结皮的最优含水量相对较高，比藻和地衣结皮更易适应过度降雪；(3) BSC的叶绿素荧光参数、叶绿素含量、光合和呼吸速率随降雪量的减少而降低，即BSC的光合和呼吸作用随冬季降雪的改变而改变，阐明了冬季长期降雪的存在影响了BSC碳固定潜力和生物量的累积。不同类型BSC对冬季降雪的响应与反馈，在一定程度上影响了荒漠地区BSC的多样性及组成，进而导致BSC生态功能发生改变，为气候变化大背景下荒漠区生态系统的稳定性和健康研究提高基础依据。