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    土壤有机碳矿化对温度敏的感性问题探究

    时间:2017-06-27 来源:学术堂 所属分类: 农艺学论文 本文字数:24500字

    北京赛车pk10绝密规律 www.newsen.com.cn   摘要: 全球变暖的大背景下,土壤作为陆地生态系统中最大碳汇的载体,其微小变化都会引起大气 CO2浓度显着的改变。土壤有机碳对气候变化的响应和适应对于预测未来气候变化具有十分重要的作用。然而,目前增温对土壤有机碳的影响及其影响机制仍存诸多未解决的问题。综述了目前土壤有机碳矿化的研究方式及增温对土壤有机碳矿化影响的国内外研究进展。结果发现增温往往会促进土壤有机碳排放,主要源于土壤微生物代谢活性或群落组成的改变。同时该排放强度因生态系统类型、增温方式和幅度以及增温季节和持续时间的不同而存在巨大差异,且长期增温反而使土壤微生物产生适应及驯化现象,从而降低或缓解陆地生态系统对全球变暖的正反馈效应。但这些结果大都基于温带实验,而原位增温实验对高生产力、多样性丰富的热带亚热带地区的影响是否与温带一致仍待进一步考证。室内模拟实验虽可深入研究温度对土壤有机碳矿化的影响机制,却无法真实反映野外自然环境。同时,野外增温方式及室内研究方式的多样均降低不同研究之间的可比性,进而难以预估由实验方法本身差异引起的结果变异。
      
      关键词: 野外原位观测; 室内培养; 移地重填; 矿质土壤呼吸; 温度敏感性。
      
      Abstract: Soil organic carbon is the largest carbon pool of the terrestrial ecosystem. Global warming could affect the size ofcarbon fluxes and result in a net release of carbon from soil to the atmospheric as CO2. The response and adaptation of soilorganic carbon to climate change play an important role in predicting future effects of climate change. However,there aremany unsolved issues regarding the effect of warming on soil organic carbon mineralization and its mechanism. This studyreviewed the effects of warming on soil organic carbon mineralization. The results showed that warming could promote soilorganic carbon emission,which primarily resulted from changes in soil microbial metabolic activity or microbial communitycomposition. Moreover,there was a large difference in emission intensity with different ecosystem types,warming modes,warming seasons,and the durations of warming. Furthermore,soil microorganisms would acclimate and adapt to long-termwarming,thus reduced or alleviated the positive feedback effect of the terrestrial ecosystem on global warming. However,these results were based mainly on temperate regions,and the effect of warming experiments in situ for areas with highproductivity and rich biodiversity,such as the tropical and subtropical regions,need further research. The method of soilincubation could reveal the influence and mechanism of temperature on soil organic carbon mineralization but cannotsimulate real field results. Similarly,different types of field warming,as well as variety in the types of incubation,couldreduce the comparability among different methods. Moreover,it is difficult to estimate the discrepancy among the resultsderived from the differences in the methods. Therefore,this review put forward the prospect of an additional study,toprovide a theoretical basis for further research concerning the effects of warming on soil organic carbon.
      
      Key Words: field in situ research; incubation; refilled soils; mineral soil respiration; temperature sensitivity.
      
      政府间气候变化专门委员会( IPCC) 第五次报告明确指出自工业革命以来,人类活动使大气中的温室气体---CO2浓度大幅增加,与大气 CO2浓度不断上升相对应的是全球气候变暖,这已是不争的事实。土壤作为陆地生态系统中最大碳汇的载体( 1576 Pg)[1],其储量超过大气和植被碳的总量[2],因此土壤碳库在全球碳循环与碳平衡中具有十分重要的作用,理解土壤碳积累和稳定的调控机制是预测地球未来气候变化的关键。
      
      土壤呼吸指的是土壤释放 CO2的过程,主要包括异养呼吸和自养呼吸,其中异养呼吸主要是土壤微生物呼吸,而自养呼吸主要指植物根系呼吸。土壤呼吸的观测主要采用野外原位的方法,但由于野外观测中环境因子的复杂性,如土壤异质性、温度和土壤水分不断变化,难以深入分析确定影响土壤呼吸的机制。研究者们又通过室内培养的方法来剥离各种复杂因素的作用。室内培养方法主要去除根系,并将土壤混匀后以最大限度降低土壤的异质性,并设置一定的温度和土壤湿度对土壤进行培养。由于室内培养中无植物活根的参与,观测到的有机碳排放大都来源于土壤微生物分解有机碳的呼吸,即土壤有机碳的矿化过程。
      
      鉴于土壤有机碳在全球碳循环中的重要地位,每年均有大量的文献报道与土壤有机碳有关的研究,但不同研究所采用的方式不同,导致最终结果可比性大大降低。本研究通过综述国内外土壤有机碳矿化的研究方式并探讨增温对土壤有机碳矿化影响以及温度敏感性问题,深入分析不同研究方法的手段对研究结果可能产生的影响,并以此为基础提出有关的研究展望,以期为今后进一步研究土壤有机碳对增温的响应提供理论依据。
      
      1 研究方式。
      

      1.1 野外原位观测。
      
      野外原位观测主要为枯落物添加和去除转移实验( Detritus Input and Removal Treatment,DIRT) ,该方法主要包括( 1) 无任何处理的对照; ( 2) 使用挖壕沟的方法排除根系处理; ( 3) 去除凋落物处理; ( 4) 没有地上凋落物和根系的输入处理,而且小区内植物、苔藓以及地衣等也被移除了; ( 5) 双倍凋落物添加处理。其中,无输入小区的土壤呼吸即为矿质土壤呼吸[3].矿质土壤呼吸作为土壤呼吸中重要组成部分,占总土壤呼吸50%以上[4].因此矿质土壤呼吸对增温的响应极大影响未来全球气候变暖背景下土壤碳对全球变暖的反馈。
      
      当前国内外有关野外原位监测方法已有较为全面的阐述[5-6],大都发现所有研究方法中,采用 Li-8100 观测是目前较为理想的测定方法。该方法一般以无雨天气 9: 00-12: 00 的观测值作为当天土壤呼吸的平均水平[7],并以此外推获得土壤呼吸月变化甚至年变化。但该外推方法会忽略夜间、雨季以及极端天气的呼吸,而极端气候频率的增加会显着影响土壤有机碳的矿化[8],这将造成高估或者低估矿质土壤呼吸。目前研究中已开始意识到采用 Li-8100 观测土壤呼吸的缺陷[6],因此有研究采用自主研发的自动观测系统监测土壤呼吸的变化[9-10],以此来弥补野外原位观测中无法长期监测的不足,如捕捉到突发天气情况如寒潮天气、突发降雨等极端气候的土壤呼吸数据。同时该方法数据的时间分辨率更高[11],获取的矿质土壤呼吸通量更加精确可靠,并可以最大限度节省人力物力。尽管采用自动观测系统在野外原位观测中具有明显的优势,但因其价格昂贵,若想大范围实现多点同时观测,所需成本高昂,受到极大限制。
      

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