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陆地生态系统作为第二大碳库,已经成为全球碳循环研究的核心。长期、准确地生态系统碳交换量的观测是评价陆地生态系统碳源汇关系的前提,也是准确预测生态系统对气候变化响应的基础。本研究以中国科学院阜康荒漠生态系统观测试验站为平台,以该区域典型的盐生荒漠建群种多枝柽柳(Tamarix ramosissima)为研究对象,通过箱式法和涡度相关法相结合,拆分生态系统碳交换中植物和土壤的贡献,并对涡度相关数据的可靠性进行评价。
试验于2011-2012年生长季开展,通过连续观测土壤CO2通量,并结合环境因子的季节性波动,我们系统地分析了盐生荒漠土壤CO2通量对温度、水分以及降雨的响应,并着重分析了土壤CO2通量对生态系统呼吸的贡献;通过同步观测多枝柽柳生理(叶片)、个体和群落水平碳交换,探寻从生理向个体以及生理向群落尺度扩展的简单因子。本研究的主要结果包括以下几方面:
1)盐生荒漠土壤CO2通量在整个生长季呈现两种截然不同的日变化过程,一种为单峰型,另一种为双峰型,引起这种日变化过程的差异主要是由于高温对微生物活性的抑制;季节变化上,土壤CO2通量的季节变化不明显,很难确定土壤CO2通量对温度响应的函数,尤其是当日过程为双峰时,土壤CO2通量基本维持在一个稳定的水平;而伴随着降雨的发生,土壤CO2通量呈“脉冲式”增加,并且在整个降雨周期,土壤呼吸日过程也呈现出双峰-单峰-双峰的总体变化过程。这进一步说明水分是盐生荒漠土壤CO2通量的主要限制因子。
2)通过对比箱式法与涡度相关法对群落碳交换量测量的结果发现,涡度相关法对生态系统呼吸存在显著的低估,平均低估比例约为20%,这与以往的研究结果相一致。相比之下,对白天净碳交换的测量,箱式法与涡度相关的结果具有良好的一致性,说明箱式法(尤其是自制大同化箱)比较可靠,可以准确测量生理、个体水平的碳交换量,并且根据个体生物量和叶面积指数(LAI)可以实现从生理向个体和群体水平的转换。
3)利用箱式法可以实现对盐生荒漠CO2通量各组分的拆分。结果表明,总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸(Reco)均有明显的季节变化,均在7月中旬达到最大值。生态系统呼吸中最主要的贡献者为植物地上部分的呼吸,贡献率介于78-90%之间,其中98%以上来源于叶片的呼吸。而通常被认为是生态系统呼吸主要贡献者的土壤CO2通量,其贡献率仅为20%,这一定程度上意味着盐生荒漠土壤CO2通量可能被低估,或呼吸的CO2以某种方式被土壤所固定。