【摘 要】
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降水格局改变是全球变化的主要方面之一。土壤呼吸作为土壤向大气释放CO2的重要途径,其对降水格局改变的响应可能会影响陆地生态系统碳循环进程,从而对全球变化产生反馈作用。然而,目前关于降水量变化下土壤呼吸的响应规律尚缺乏一致的结论,尤其在极端降水条件下。本文以宁夏荒漠草原为研究对象,基于2014年设置的降水量变化(减少50%、减少30%、自然、增加30%以及增加50%)的野外控制试验,研究了 2020
【基金项目】
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国家自然科学基金“氮硫沉降下西北荒漠煤矿区植物群落多样性和稳定性的维持机制”(32160277); 国家自然科学基金“氮沉降增加对宁夏荒漠草原植物—土壤碳氮磷化学计量特征的影响机制”(31760144); 宁夏自然科学基金“降水量变化及氮添加下荒漠草原碳源/汇特征研究”(2022AAC02012);
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降水格局改变是全球变化的主要方面之一。土壤呼吸作为土壤向大气释放CO2的重要途径,其对降水格局改变的响应可能会影响陆地生态系统碳循环进程,从而对全球变化产生反馈作用。然而,目前关于降水量变化下土壤呼吸的响应规律尚缺乏一致的结论,尤其在极端降水条件下。本文以宁夏荒漠草原为研究对象,基于2014年设置的降水量变化(减少50%、减少30%、自然、增加30%以及增加50%)的野外控制试验,研究了 2020年6~10月土壤呼吸速率的时间动态(日动态和月动态),探讨了降水量对8月土壤性质(物理、化学和生物学)和植物群落特征(生物量、多样性和C:N:P生态化学计量特征)的影响,分析了土壤呼吸速率与土壤性质和植物特征的关系,以期为科学评估降水格局改变下荒漠草原碳汇及区域碳排放提供数据支撑。主要结论如下:(1)降水量变化下土壤呼吸速率的日动态和月动态均呈现先升高后降低的变化趋势。日动态的峰值出现在9:30或12:00左右,月动态的峰值出现在8月下旬或9月上旬。与自然降水量相比,减少降水量倾向于削弱土壤呼吸速率,增加降水量(尤其增加50%)倾向于提高土壤呼吸速率,但其影响程度随日测定时间段和月份而异。日测定时间段上,减少降水量的影响较小,增加降水量的影响较大。月份上,减少降水量的影响在整个生长季差异较小,增加降水量的影响则在生长季前期较大、后期较小;(2)降水量对各土壤性质的影响程度不同。与自然降水量相比,减少50%降水量显著降低了土壤含水量、有机碳含量和C:N,提高了 NO3--N浓度、微生物生物量碳含量和C:N。增加30%降水量显著提高了土壤含水量和电导率,降低了温度。增加50%降水量显著提高了土壤含水量和电导率。减少和增加降水量均对其它土壤性质无显著影响;(3)降水量对植物生物量影响较大,对多样性和C:N:P生态化学计量学特征影响较小。与自然降水量相比,减少50%降水量显著降低了植物生物量,提高了全氮浓度。减少30%降水量显著降低了植物生物量。增加30%降水量显著提高了植物生物量。增加50%降水量显著提高了植物生物量、Patrick丰富度指数,降低了全氮浓度。减少和增加降水量均对其它植物特征无显著影响;(4)降水量变化下,土壤呼吸速率与土壤因子和植物特征存在不同程度的关系。土壤呼吸速率与土壤含水量、温度、电导率、有机碳含量、C:N、C:P、蔗糖酶活性、脲酶活性、磷酸酶活性均存在显著的正线性关系,与NO3--N浓度存在显著的负线性关系,与其它土壤性质无显著的线性关系。土壤呼吸速率与植物生物量和Patrick丰富度指数存在显著的正线性关系,与其它植物特征无显著的线性关系。进一步的回归分析结果显示,土壤含水量、C:N、蔗糖酶活性以及植物生物量和Patrick丰富度指数会对土壤呼吸速率产生极显著的正向影响。以上结果意味着,减少降水量对荒漠草原土壤呼吸速率的影响较小,反应了荒漠草原土壤呼吸作用对干旱环境的适应性;增加降水量(尤其极端增加)则可能通过提高土壤水分有效性、刺激土壤酶活性、调节土壤生态化学计量特征等,促进植物生长和微生物活动,从而加速荒漠草原土壤呼吸和碳排放。
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