论文部分内容阅读
随着全球变暖加剧,大气环流和水文循环加强,导致了降雨格局的改变。受水分限制的中国北方温带草原,生长季节极端降雨发生时机剧烈变化。作为生态系统呼吸(ER)和总生态系统生产力(GEP)的差值,净生态系统碳交换(NEE)是反映陆地生态系统碳汇或碳源的一个重要指标。近年来多数研究侧重于降雨量变化对碳循环的影响,较少探讨改变生长季极端降雨时机对碳循环的影响。模拟改变生长季不同时期降雨研究降水变化对我国北方典型草原生态系统碳循环的影响,可以丰富和预测中国北方温带草原未来的净碳平衡。2015年在我国北方典型草原生态系统设置改变极端降雨发生时机的野外控制实验,研究气候变化情景下极端降雨时机变化对中国北方温带草原生态系统碳通量的影响及其可能的作用机制。实验共包括7种处理,分别为:对照(C)、减少60%的生长季前期(4-6月)自然降雨(DEP)、增加60%的生长季前期自然降雨(IEP)、减少60%的生长季后期(7-9月)自然降雨(DLP)、增加60%的生长季后期自然降雨(ILP)、减少60%的生长季(4-9月)自然降雨(DP)以及增加60%的生长季自然降雨(IP)。每个处理5个重复,共计35个实验小区。主要研究结果如下:(1)2015-2019年五年的实验结果表明,减少降雨对生态系统碳通量有着显著的负效应。具体表现为:前期减雨使GEP及ER分别显著降低了12.52%和12.72%,后期减雨使GEP及ER分别显著降低了27.47%和20.26%。后期减雨使NEE显著降低了34.72%,而前期减雨对NEE影响不显著。减少降雨引起的植物群落盖度的下降解释了GEP的下降,降雨量减少后植物群落盖度和植物群落碳氮比的下降共同导致了ER的下降。研究结果表明,生长季后期的干旱通过降低植物群落盖度来弱化我国北方典型草原生态系统的碳汇功能。与减少降雨不同,前期增雨对GEP、ER和NEE影响均不显著。后期增雨使NEE显著增加10.14%,这主要是因为植物群落盖度(总叶面积)增加导致地上碳吸收增加。(2)净生态系统碳交换不管是增加降雨(R~2=0.72)还是减少降雨(R~2=0.96)下都表现了与GEP的强相关关系,说明NEE主要受到本地植物固碳作用的调控。与增加降雨相比,NEE对减少降雨的响应更强烈。与前期减雨相比,NEE对后期减雨更加敏感。净生态系统碳交换对增加降雨的响应并不显著。随着降雨量的减少,半干旱生态系统的碳吸收能力将削弱,半干旱草地可能会由净碳汇变为净碳源,这在区域和全球范围内对陆地碳平衡可能产生深远的影响。综上所述,生长季后期降雨变化对半干旱草地生态系统碳循环各项指标的影响和对未来气候变化情境下预测半干旱草地生态系统碳平衡具有重要作用。研究结果为更准确地预测降雨模式转变下草地生态系统的重要变化提供了更多证据。