降水季节分配变化对常绿阔叶混交林土壤温室气体通量的影响

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以全球变暖为主要变化特征的气候变化正在改变全球降水格局和水循环,高纬度区域降水增加,亚热带区域降水减少,并且干旱和极端降水事件频繁发生。我国南亚热带区域呈现出雨季强降雨事件增多,干季降雨次数减少而年总降水量基本不变的降水季节变化特征。这种降水季节变化特征将会对常绿阔叶混交林关键生态过程尤其是土壤温室气体通量产生何种影响目前研究较少,而土壤温室气体通量对降水格局变化的响应规律又是准确评估陆地生态系统碳循环对全球气候变化响应的关键所在。依据南亚热带降水季节变化特征,在鹤山国家野外生态观测站荷木-火力楠常绿阔叶混交林内设置了干季更干,湿季更湿(Drier DrySeason and Wetter Wet Season,缩写为DD)和延长干季,湿季更湿(Extended DrySeason and Wetter Wet Season,缩写为ED),并保持年降水总量不变的野外降水季节分配变化控制实验平台(precipitation seasonal distribution changes,PSDC)。基于该平台本研究进行了为期两年的土壤CO2、CH4和N2O三种主要温室气体通量的野外连续观测,探索常绿阔叶混交林土壤温室气体通量对降水季节分配变化的响应机制,并结合室内培养实验,为深入了解我国南亚热带森林土壤碳循环对气候变化的响应提供理论依据。主要研究结果如下:  (1)DD和ED处理对干季土壤温度影响不显著,但降低了湿季10cm和50cm土壤温度,提高了湿季10cm和50cm土壤湿度,并且DD处理降低了干季10cm土壤湿度。DD处理降低了干湿季及年均表层土壤有机碳(TOC)和有机质(SOM)含量以及干季表层土壤可溶性碳(DOC)含量,提高了干湿季及年均表层土壤铵态氮(NH4+-N)含量,降低了年均硝态氮(NO3--N)含量,但差异不显著。这表明通过搭建由隔水系统和加水系统组成的野外穿透水控制实验平台能够有效地调控土壤湿度,达到了模拟干旱处理的效果,并对关键的土壤理化性质产生一定的影响。  (2)不同降水处理下土壤CO2排放通量具有相似的干湿季变化趋势,湿季土壤CO2排放通量高于干季。DD和ED处理提高了干季及年均土壤CO2排放通量。不同降水处理下土壤CH4净通量表现为干季吸收、湿季排放的季节变化格局,并且DD处理增加了干季土壤CH4吸收通量和湿季土壤CH4排放通量。DD和ED处理使得年均土壤CH4净通量表现为排放。不同降水处理下,湿季较干季具有较高的土壤N2O排放通量,并且DD处理抑制了干湿季及年均土壤N2O排放通量。此外,隔离沟阻断了侧向地表径流和壤中流并对土壤CO2排放通量具有一定的抑制作用,并提高了干季土壤CH4吸收通量、降低了湿季土壤CH4排放通量,而对土壤N2O排放通量未产生显著影响。  (3)在干季,降水事件促进了DD和ED处理土壤CO2排放通量;在湿季,降水事件对DD和ED处理下的土壤CO2排放通量具有一定的抑制作用,但统计检验不显著。降水事件促进了土壤CH4通量的排放,并在降水事件结束后快速恢复为吸收状态,但DD处理使得土壤CH4通量对降水事件的响应出现滞后现象。降水事件提高了土壤N2O排放通量,但大强度的降水事件对土壤N2O排放通量具有一定的抑制作用,DD处理使得土壤N2O通量对降水事件的响应出现滞后现象。  (4)易分解碳基质添加促进了土壤微生物呼吸速率,且添加的基质浓度越高,土壤微生物呼吸速率越高。在低温区间,高浓度基质提高了培养前期土壤微生物呼吸温度敏感性而降低了培养后期土壤微生物呼吸温度敏感性;在高温区间,高浓度基质降低了培养前期和后期土壤微生物呼吸温度敏感性。
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