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作者：
陈骥
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摘要：
碳循环是生物地球化学循环中主要的组成部分之一,是一个生命关键元素从外部环境进入到生物体再最终返回到外部环境中的过程.陆地生态系统碳循环不仅受到全球气候变化和人类活动的影响,同时,陆地生态系统碳循环也反馈于气候变化和人类活动.这一过程为地球上的生命体提供了物质循环与能量流动的驱动力,很多生命关键要素都参与其中.研究生态系统碳循环每个组分对全球变化是如何响应的,对我们更准确的理解碳循环与气候变化间的反馈有重要的意义.然而我们目前对生态系统碳循环对外界干扰的响应的理解还相对比较薄弱.我们采用了国际冻原计划所指定的开顶箱模拟增温实验(OTC)研究了青海湖北岸高寒草甸化草原生态系统碳循环对模拟增温的响应.同时我们也观测了生态系统碳循环过程对自由放牧和围栏封育的响应.OTC模拟增温显著地增加了土壤温度,但却降低了土壤湿度.三年的野外控制实验的结果表明,OTC模拟增温样地的土壤温度平均比对照样地的土壤温度高1.03 oC,而OTC模拟增温样地的土壤湿度要比对照样地的土壤湿度低3.7%.同时,模拟增温也显著地增加了地上生物量和地下生物量,与对照样地相比三年的模拟增温实验平均增加了地上生物量的17.4%,也平均增加了地下生物量的24.3%.模拟增温还显著地改变了群落的物种组成,与对照样地相比,模拟增温显著地增加了禾草科,豆科,和莎草科物种的重要性,但是降低了杂草科物种的重要性.各物种的生物量累积也发生了变化,与对照样地相比模拟增温分别增加了禾草科,豆科,和莎草科地上生物量的12.9%,27.6%,和21.5%,但对杂草地上生物量没有影响.土壤呼吸和生态系统呼吸对我们实验中的的增温(约1度)响应不显著.但是土壤呼吸和生态系统呼吸的组分对模拟增温有显著的响应.我们三年的野外观测表明,与对照样地相比,模拟增温显著地增加了地上植物呼吸的28.7%,和总植物呼吸的19.9%;与此相反,模拟增温降低了土壤异养呼吸的10.4%.模拟增温对地下植物呼吸没有显著地影响.同时,模拟增温也改变了不同生态系统呼吸组分对生态系统呼吸的贡献.与对照样地相比,模拟增温增加了地上植物呼吸和总植物呼吸对生态系统呼吸贡献的17.3%和8.4%;但是模拟增温降低了土壤呼吸和土壤异养呼吸对生态系统呼吸贡献的10.8%和19.0%.多元回归分析表明,土壤湿度在不同生态呼吸组分中都起着重要的作用,这表明土壤呼吸和生态系统呼吸对模拟增温的不敏感性可能和模拟增温导致的水分降低有关.另外模拟增温引起的地上植物呼吸和总植物呼吸与增温引起的地上生物量的增加显著相关,而模拟增温引起的土壤异养呼吸的降低和增温引起的微生物碳含量的降低显著相关.模拟增温分别增加了净生态系统碳交换和总生态系统碳交换的31.0%和18.7%.otc模拟增温引起的土壤温度和土壤湿度的改变不足以解释模拟增温引起的生态系统碳交换过程.然而,模拟增温引起的生态系统碳交换过程和模拟增温引起的植物功能群落的改变是密切相关的.我们的研究表明,otc模拟增温引起的群落结构的改变会明显的改变生态系统碳交换过程.与自由放牧样地相比,围栏封育显著地增加了土壤湿度的但降低了土壤温度.同时,与自由放牧样地相比,围栏封育也增加了地上生物量的40.5%,降低了土壤微生物碳含量,但对地下生物量没有影响.围栏封育显著地降低了土壤呼吸的23.35%,但围栏封育增加了净生态系统碳交换的47.37%,生态系统呼吸的36.55%,和总生态系统碳交换的33.14%.多元线性回归表明,围栏封育引起的土壤呼吸的降低和围栏封育引起的土壤温度和湿度的变化,以及围栏封育引起的土壤微生物碳的降低显著相关.围栏封育引起的净生态系统碳交换,生态系统呼吸,和总生态系统碳交换和围栏封育引起的生物量的变化显著相关.我们的研究表明围栏封育是一个有效的生态系统固碳方式.模拟增温显著地降低了土壤呼吸和生态系统呼吸的温度敏感性.我们的研究表明,模拟增温和生态系统碳循环间的正反馈作用可能没有我们之前预测的那么强烈.然而围栏封育增加了土壤呼吸和生态系统呼吸的温度敏感性,我们的研究表明尽管围栏封育是一种有效的生态系统固碳方式,然而围栏封育样地所固定碳在将来全球变暖的背景下更容易被分解.我们的研究结果表明模拟增温和围栏封育都会显著地影响到生态系统碳循环,当我们考虑到生态系统碳循环的过程的时候需要把这些因素引起的生态系统碳交换的变化考虑在内.同时,模拟增温和围栏封育间可能有一些交互作用,我们以后的研究应