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据IPCC(2013)预测,全球气温本世纪末将上升0.9~5.4℃,高纬度和高海拔地带增幅最大。C02和N20是主要的温室气体,其中N20主要源自化肥的施用。同时,未来全球气候变暖将伴随着降水的变化。气温升高、生态系统氮素含量的增加以及降水变化都会对生物圈与大气之间C02的交换产生重要影响。土壤是陆地生态系统碳储量最大的场所,土壤碳的微小变化将会对大气C02产生深远影响。青藏高原属于典型的高寒生态系统,其中的高寒草甸土壤储存着大量的有机碳,对全球气候变化的响应敏感而迅速。然而,目前有关不同全球变化因子及其互作对土壤微生物呼吸及其温度敏感性的研究较少。本研究依托兰州大学高寒草句与湿地生态系统定位研究站开展野外模拟全球变化试验:(1)利用开放式顶箱法(OTC)增温和施加氮肥,研究施氮增温及其交互作用对土壤微生物呼吸及其温度敏感性的影响;(2)通过模拟降雨变化(减雨或增雨30%),探讨降水变化对植物不同生长季节(春季、夏季和秋季)土壤碳氮矿化速率及其温度敏感性的影响。本研究主要结果如下:
1.增温或施氮处理对土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)没有显著影响,但是增温和施氮的共同作用显著增加了土壤SOC和TN。
2.施氮处理显著降低了2016以及2017年的土壤pH值,增温处理仅在2017年降低土壤pH值,影响最大的为2017年的增温施氮处理,平均下降11.5%。
3.施氮显著降低了土壤微生物呼吸,然而增温抵消了施氮对微生物呼吸的抑制作用。
4.用2016年采集的土壤进行培养试验后发现,增温以及施氮处理都没有影响土壤呼吸温度敏感性(5℃/15℃以及15℃/25℃)。但是用2017年采集的土壤进行培养试验后发现,施氮处理显著增加了Q10;而当有增温处理时,施氮处理对Q10没有影响。
5.降水改变对土壤碳、氮矿化(Cmin,Nmin)的影响因采样时间而异:减雨对没有显著影响Cmin。但增雨显著增加了春季在低温(10℃)培养条件下和秋季的Cmin(P<0.05);减雨处理显著降低了春季的Nmin(P<0.05);而增雨处理仅显著增加了夏季和秋季(10℃)培养条件下的Nmin。
6.降水改变对土壤碳、氮矿化温度敏感性(Q10)的影响因不同季节而异:秋季的Q10值(Cmin=2.9,Nmin=2.6)最高,夏季的Q10值(Cmin=2.1,Nmin=1.6)最低。减雨处理显著增加了春季土壤碳、氮矿化的温度敏感性(P<0.05)。增雨处理显著增加了夏季的土壤碳矿化温度敏感性(P<0.05),并显著降低了夏季和秋季的土壤氮矿。化温度敏感性(P<0.05)。
综上所述,青藏高原高寒草甸土壤微生物呼吸、土壤氮矿化以及他们的温度敏感性对不同全球变化因子的响应不同。本研究结果表明,施氮抑制土壤微生物呼吸,增温抵消了施氮对土壤微生物呼吸的抑制作用;降水变化对土壤碳氮矿化及其温度敏感性的影响表现出季节效应。上述结果表明,在未来全球气候变化的背景下,预测青藏高原高寒草甸地区碳氮动态存在不确定性。
1.增温或施氮处理对土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)没有显著影响,但是增温和施氮的共同作用显著增加了土壤SOC和TN。
2.施氮处理显著降低了2016以及2017年的土壤pH值,增温处理仅在2017年降低土壤pH值,影响最大的为2017年的增温施氮处理,平均下降11.5%。
3.施氮显著降低了土壤微生物呼吸,然而增温抵消了施氮对微生物呼吸的抑制作用。
4.用2016年采集的土壤进行培养试验后发现,增温以及施氮处理都没有影响土壤呼吸温度敏感性(5℃/15℃以及15℃/25℃)。但是用2017年采集的土壤进行培养试验后发现,施氮处理显著增加了Q10;而当有增温处理时,施氮处理对Q10没有影响。
5.降水改变对土壤碳、氮矿化(Cmin,Nmin)的影响因采样时间而异:减雨对没有显著影响Cmin。但增雨显著增加了春季在低温(10℃)培养条件下和秋季的Cmin(P<0.05);减雨处理显著降低了春季的Nmin(P<0.05);而增雨处理仅显著增加了夏季和秋季(10℃)培养条件下的Nmin。
6.降水改变对土壤碳、氮矿化温度敏感性(Q10)的影响因不同季节而异:秋季的Q10值(Cmin=2.9,Nmin=2.6)最高,夏季的Q10值(Cmin=2.1,Nmin=1.6)最低。减雨处理显著增加了春季土壤碳、氮矿化的温度敏感性(P<0.05)。增雨处理显著增加了夏季的土壤碳矿化温度敏感性(P<0.05),并显著降低了夏季和秋季的土壤氮矿。化温度敏感性(P<0.05)。
综上所述,青藏高原高寒草甸土壤微生物呼吸、土壤氮矿化以及他们的温度敏感性对不同全球变化因子的响应不同。本研究结果表明,施氮抑制土壤微生物呼吸,增温抵消了施氮对土壤微生物呼吸的抑制作用;降水变化对土壤碳氮矿化及其温度敏感性的影响表现出季节效应。上述结果表明,在未来全球气候变化的背景下,预测青藏高原高寒草甸地区碳氮动态存在不确定性。