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激发效应是指根系、凋落物及根际微生物带来的活性碳输入引起土壤有机质加速或减慢分解的效应,它是能够在一定程度上影响土壤有机质的周转的重要因素。解析土壤碳激发效应的大尺度格局及其调控因素,能加深对陆地生态系统碳循环基本特征的认识,也有助于理解土壤有机碳对未来气候变化的响应,进而对准确评估陆地碳循环与气候变暖之间的反馈关系具有重要意义。然而,以往关于激发效应的研究多集中在样地水平,学术界仍不清楚激发效应的大尺度格局。同时,以往激发效应研究中主要关注植被、微生物、温度、水分、氮可利用性、质地和pH等因素的影响,而忽略了土壤碳质量和化学计量关系的不平衡性等关键因素的调控作用。 为此,本论文以青藏高原高寒草地为研究对象,通过添加标记性葡萄糖恒温(15℃)培养65天的室内培养实验,研究高寒草地土壤碳激发效应的大尺度格局及其调控因素,试图解析土壤碳激发效应的空间变异规律,阐明底物质量与化学计量平衡性在调控土壤激发效应中的作用,明晰各因子对土壤碳激发效应空间变异的相对贡献,从而为准确理解土壤碳动态提供证据。本论文的主要结果包括以下几点: 1.高寒草地土壤碳激发效应(primed C)和相对激发效应(RPE)沿着野外调查样带存在较大的变异,分别处于-3.9-100.5ug CO2-C gdw-1和-1.1%-19.2%之间。进一步的分析表明,土壤碳激发效应和相对激发效应随年平均降水量(MAP)呈显著增加趋势。两者随降水梯度的变化可能是有机质分解程度沿降水梯度的变化所导致。 2.高寒草地土壤碳-相对激发效应与土壤碳质量(易分解碳组分含量高,难分解碳组分含量低表示)呈负相关(r2=0.54,P=0.01),但与土壤和微生物之间的化学计量关系的不平衡性(由土壤碳氮比与微生物量碳氮比的比值(SC∶N∶BC∶N)表示)正相关(r2=0.62,P<0.01)。此外,其他因素如气候、土壤有机质含量、微生物丰富度也与相对激发效应显著相关。偏相关分析的结果表明,当控制土壤碳质量或者化学计量不平衡的关系后,相对激发效应与其他因素之间的关系显著降低,表明土壤碳质量和化学计量不平衡这两个控制因素对相对激发效应具有更重要的调控作用。多元线性回归和结构方程模型分析的结果进一步证实,这两类因素对相对激发效应影响的标准化系数显著高于其他因素。 总体来讲,通过本论文的研究,我们发现土壤碳质量和化学计量不平衡是控制区域尺度上高寒草地土壤碳激发效应空间变异的重要驱动因子。为了更加准确地预测陆地生态系统碳循环与气候变暖之间和的反馈关系,未来的模型预测中有必要考虑激发效应,同时也有必要耦合土壤碳质量和化学计量不平衡这两类重要因素以更加准确地实现土壤碳激发效应在模型中的参数化。