【摘 要】
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气候变暖存在明显季节差异性,表现为春季、冬季增温显著高于夏季和秋季。不同季节温度变化对陆地生态系统碳氮过程的影响特征及作用机制是否存在差异性,目前尚不清晰。本研究利用meta分析并结合野外控制实验,就冬季和生长季增温的生态效应进行了研究。其中,在冬季增温对生态系统碳氮过程影响方面,利用近30年全球冬季增温实验数据,通过分层meta分析,评估了陆地生态系统,特别是草地生态系统碳氮过程及不同环境因子对
【基金项目】
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国家自然科学基金—黄土高原封育草原生产力对休眠期温度和降雪变化的响应机制研究（41701606）； 西北农林科技大学“青年英才培育计划”卓越新星—生态恢复及其环境效应（2452020009）； 陕西省自然科学基础研究计划—气候暖干化对渭北旱塬不同退耕模式草地生态系统稳定性影响（2021JM-093）；
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气候变暖存在明显季节差异性,表现为春季、冬季增温显著高于夏季和秋季。不同季节温度变化对陆地生态系统碳氮过程的影响特征及作用机制是否存在差异性,目前尚不清晰。本研究利用meta分析并结合野外控制实验,就冬季和生长季增温的生态效应进行了研究。其中,在冬季增温对生态系统碳氮过程影响方面,利用近30年全球冬季增温实验数据,通过分层meta分析,评估了陆地生态系统,特别是草地生态系统碳氮过程及不同环境因子对冬季变暖的响应规律。此外,还利用野外控制实验,在宁夏云雾山草原植物生长季进行模拟增温实验,探究了草地群落地上生物量及地下0-5 cm、5-10cm、10-15 cm土层土壤有机碳、全氮、速效磷、微生物量碳、微生物量氮、硝态氮和铵态氮等变化规律。结果表明:（1）冬季变暖加速了陆地生态系统碳氮过程,具体表现为:冬季增温显著提高了植被总初级生产力（23%）、土壤有机碳（2%）、冬季生态系统呼吸（30%）和次年生长季生态系统呼吸（22%,P＜0.05）。此外,冬季变暖对地上初级生产力（71%）、地上生物量（4%）、叶片C和N含量（96%和24%）、叶片C:N（37%）、净生态系统交换（24%）和土壤无机N含量（1%）亦有促进作用（P＞0.05）。然而,冬季增温降低了土壤微生物碳含量（13%,P＞0.05）。研究进一步探究了不同生态系统中上述指标对冬季增温的响应特征,结果表明苔原生态系统对冬季变暖反应最为强烈,且为正响应;而草地等其他生态系统中不同指标间无统一响应规律。（2）生长季增温提高了黄土高原典型草原植物地上生物量（122.87%）。生长季增温使不同深度土壤平均温度升高2.03℃-2.93℃,尤以表层增温（0-5 cm）较为显著,其温度增幅高于下层。土壤温度的升高导致土壤水分含量降低。表层土壤养分对于增温的响应程度强于下层,增温使表层土壤有机碳含量显著降低了18.47%（P＜0.05）。此外,生长季增温显著提高0-5 cm土壤速效磷含量,降低了土壤微生物量氮含量（P＜0.01）。与表层土壤响应不同,5-10 cm土壤中,增温下土壤养分指标变化均不显著;10-15 cm土壤中,仅土壤硝态氮含量在增温处理后显著增加了23.89%（P＜0.05）,其他土壤养分指标变化均未呈现明显变化趋势。研究还发现,在0-5 cm土壤中,土壤速效磷含量与地上生物量呈显著正相关（r=0.89,P＜0.05）,土壤有机碳、全氮、硝、铵态氮及微生物碳、氮与地上生物量及土壤速效磷均呈负相关关系。（3）研究对比分析了冬季和生长季增温生态效应的差异性,主要发现如下:生长季增温显著降低了土壤有机碳含量,与冬季增温实验和meta分析结果相反;土壤无机氮含量对不同季节增温的响应存在较大差别,冬季增温与生长季增温均降低了硝态氮含量（P＞0.05）,而铵态氮则相反,在冬季增温后呈显著上升趋势（P＜0.05）,而在生长季增温后下降（P＞0.05）。植物地上生物量在冬季和生长季增温下均表现上升趋势。综上所述,冬季和生长季增温的生态效应存在一定差异性。冬季变暖对冬季及后续生长季大部分指标影响呈现正效应,增温加速了陆地生态系统碳氮过程,尤其是苔原生态系统。生长季增温对土壤养分的影响主要在表层土壤,增温显著提高了土壤速效磷含量,而有机碳、微生物量氮等指标含量则呈现相反变化趋势。植物地上生物量在冬季和生长季增温后都表现了上升趋势。但需指出的是,目前不同季节增温生态效应对比研究较为缺乏,测试指标的统一化将有助于提升该领域分析水平。此外,冬季气候变化的研究相对匮乏,且大部分冬季研究集中在苔原等高海拔地区,其他生态系统的冬季研究也亟待加强。
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