模拟降雨量变化对高寒湖滨湿地土壤呼吸的影响.pdf
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1、第3 0卷第5期2 0 2 3年1 0月水土保持研究R e s e a r c ho fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nV o l.3 0,N o.5O c t.,2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 2-0 7-2 5 修回日期:2 0 2 2-0 8-1 6 资助项目:国家自然科学基金项目(4 1 6 6 1 0 2 3);青海省创新平台建设专项青海省自然地理与环境过程重点实验室(2 0 2 0-Z J-Y 0 6);第二次青藏高原综合科学考察研究(2 0 1 9 Q Z KK 0 4 0 5)第一作者:周祉蕴(1 9 9 9),女
2、,四川德阳人,在读硕士生,研究方向为湿地草地学。E-m a i l:8 2 4 4 6 5 2 7 5q q.c o m 通信作者:陈克龙(1 9 6 5),男,安徽无为人,教授,博士生导师,研究方向为自然地理与生态环境过程。E-m a i l:c k l 7 8 1 31 6 3.c o mh t t p:s t b c y j.p a p e r o n c e.o r gD O I:1 0.1 3 8 6 9/j.c n k i.r s w c.2 0 2 3.0 5.0 3 3.周祉蕴,崔博亮,陈克龙,等.模拟降雨量变化对高寒湖滨湿地土壤呼吸的影响J.水土保持研究,2 0 2 3,3
3、0(5):1 3 0-1 3 7.Z HOUZ h i y u n,C U IB o l i a n g,C HE NK e l o n g,e ta l.E f f e c t so fS i m u l a t e dC h a n g e s i nP r e c i p i t a t i o no nS o i lR e s p i r a t i o ni nA l p i n eL a k e s h o r eW e t-l a n d sJ.R e s e a r c ho fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o n,2 0
4、2 3,3 0(5):1 3 0-1 3 7.模拟降雨量变化对高寒湖滨湿地土壤呼吸的影响周祉蕴1,2,3,崔博亮2,3,陈克龙2,3,4,杜岩功1(1.青海师范大学 地理科学学院,青海省自然地理与环境过程重点实验室,西宁8 1 0 0 0 8;2.青海师范大学 青藏高原地表过程与生态保育教育部重点实验室,西宁8 1 0 0 0 8;3.青海湖湿地生态系统国家定位观测研究站,青海 海北8 1 2 2 0 0;4.高原科学与可持续发展研究院,西宁8 1 0 0 0 8)摘 要:目的 探究降水变化对青海湖高寒湖滨湿地土壤呼吸速率的影响,阐明驱动土壤呼吸变化的主控因素,为高寒湿地生态系统碳库变化及区域
5、碳预算提供技术支撑。方法 以地处青海湖西岸的鸟岛高寒湖滨湿地为研究对象,建立9个投影面积为3m3m的小区,通过原位减水5 0%、自然对照、增水5 0%试验处理,解析降雨量变化对湿地土壤呼吸速率的影响强度及过程。结果 模拟减雨和增雨处理促使土壤温度分别增加0.7 9,0.6 8。减雨显著提高湿地植被地下根系生物量,增雨显著提高土壤含水量,增幅分别为1 0.3%和1 3.2%(p0.0 5)。增雨和减雨处理均降低土壤呼吸速率,且增雨处理抑制效果更明显。2 0 2 0年不同处理下降水量变化对土壤呼吸速率影响不显著。减雨处理土壤呼吸速率与01 0c m土壤温度、湿度、p H、土壤全氮以及地下生物量呈二
6、次项正相关关系,与土壤全碳呈二次项负相关关系;增雨处理下土壤呼吸与01 0c m土壤湿度、p H、地下生物量二次项负相关,与01 0c m土壤温度、土壤全碳、全氮二次项正相关。结论 降水格局改变降低青海湖鸟岛湿地土壤呼吸速率,且其速率受多重因素影响,其中土壤温度贡献最大。关键词:降雨处理;土壤呼吸;高原湿地;植被生物量;青海湖鸟岛中图分类号:P 4 6 3.2 3 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 5-3 4 0 9(2 0 2 3)0 5-0 1 3 0-0 8E f f e c t so fS i m u l a t e dC h a n g e s i nP r e c i p i
7、t a t i o no nS o i lR e s p i r a t i o n i nA l p i n eL a k e s h o r eW e t l a n d sZ HOUZ h i y u n1,2,3,C U IB o l i a n g2,3,CHE NK e l o n g2,3,4,DU Y a n g o n g1(1.Q i n g h a iP r o v i n c eK e yL a b o r a t o r yo fP h y s i c a lG e o g r a p h ya n dE n v i r o n m e n t a lP r o c
8、e s s,C o l l e g eo fG e o g r a p h i c a lS c i e n c e,Q i n g h a iN o r m a lU n i v e r s i t y,X i n i n g8 1 0 0 0 8,C h i n a;2.K e yL a b o r a t o r yo fQ i n g h a i-T i b e tP l a t e a uS u r f a c eP r o c e s sa n dE c o l o g i c a lC o n s e r v a t i o n,Q i n g h a iN o r m a lU
9、 n i v e r s i t y,X i n i n g8 1 0 0 0 8,C h i n a;3.Q i n g h a iL a k eW e t l a n dE c o s y s t e m N a t i o n a lP o s i t i o n i n gO b s e r v a t i o na n dR e s e a r c hS t a t i o n,H a i b e i,Q i n g h a i8 1 2 2 0 0,C h i n a;4.A c a d e m yo fP l a t e a uS c i e n c ea n dS u s t
10、a i n a b i l i t y,X i n i n g8 1 0 0 0 8,C h i n a)A b s t r a c t:O b j e c t i v eT h i ss t u d ya i m st oi n v e s t i g a t et h ee f f e c t so fp r e c i p i t a t i o nc h a n g e so ns o i lr e s p i r a t i o nr a t e i na l p i n e l a k e s h o r ew e t l a n d so fQ i n g h a iL a k
11、e,t oe l u c i d a t e t h em a i nc o n t r o l l i n g f a c t o r sd r i v i n gt h ec h a n-g e so f s o i l r e s p i r a t i o nr a t e,a n dt op r o v i d e t e c h n i c a l s u p p o r t f o r t h ec h a n g e so f c a r b o np o o l i na l p i n ew e t l a n de c o s y s t e ma n dr e g i
12、o n a l c a r b o nb u d g e t.M e t h o d sN i n ep l o t sw i t hp r o j e c t i o na r e ao f3m3m w e r ee s t a b-l i s h e d i nt h ea l p i n el a k e s h o r ew e t l a n do fB i r dI s l a n d,l o c a t e do nt h ew e s tb a n ko fQ i n g h a iL a k e,a n dt h ei n t e n s i t ya n dp r o c
13、e s so f r a i n f a l l v a r i a t i o no ns o i l r e s p i r a t i o nr a t e i n t h ew e t l a n dw e r e a n a l y z e db y i ns i t uw a t e rr e d u c t i o no f5 0%,n a t u r a lc o n t r o la n d w a t e ri n c r e a s eo f5 0%e x p e r i m e n t a lt r e a t m e n t s.R e s u l t sT h es
14、 i m u l a t e dr a i n f a l l r e d u c t i o na n dr a i n f a l l i n c r e a s e t r e a t m e n t s i n d u c e dt h e i n c r e a s e i ns o i l t e m p e r a t u r eb y0.7 9a n d0.6 8,r e s p e c t i v e l y,c o m p a r e dw i t ht h ec o n t r o l.R a i n f a l lr e d u c t i o ns i g n i f
15、 i c a n t l yi n c r e a s e dt h eb e l o w-g r o u n dr o o tb i o m a s so fw e t l a n dv e g e t a t i o n,a n dr a i n f a l l i n c r e a s es i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e ds o i lw a t e r c o n t e n tb y1 0.3%a n d1 3.2%,r e s p e c t i v e l y(p0.0 5).B o t hr a i n f a l l i
16、n c r e a s ea n dr a i n f a l l r e d u c t i o nt r e a t m e n t sr e d u c e ds o i l r e s p i r a t i o nr a t e,a n d t h e i n h i b i t i o ne f f e c tw a sm o r ep r o n o u n c e d i n t h e r a i n f a l l i n c r e a s e t r e a t m e n t.P r e c i p i-t a t i o nc h a n g e su n d e
17、rd i f f e r e n t t r e a t m e n t s i n2 0 2 0d i dn o th a v es i g n i f i c a n t e f f e c t so ns o i l r e s p i r a t i o nr a t e.S o i lr e s p i r a t i o nr a t eu n d e r r a i n f a l l r e d u c t i o nt r e a t m e n tw a sp o s i t i v e l yc o r r e l a t e dw i t h01 0c ms o i l
18、 t e m p e r a t u r e,m o i s t u r e,p H,t o t a ls o i ln i t r o g e na n db e l o w-g r o u n db i o m a s si nq u a d r a t i ct e r m sa n dn e g a t i v e l yc o r r e l a t e dw i t ht o t a ls o i lc a r b o ni nq u a d r a t i ct e r m s;s o i lr e s p i r a t i o nu n d e rr a i n f a l
19、l i n c r e a s et r e a t m e n tw a sn e g a t i v e l yc o r r e l a t e dw i t h01 0c ms o i lm o i s t u r e,p H a n db e l o w-g r o u n db i o m a s si nq u a d r a t i ct e r m sa n dp o s i t i v e l yc o r r e l a t e d w i t h 01 0 c m s o i lt e m p e r a t u r e,t o t a ls o i lc a r b
20、o n a n dt o t a ln i t r o g e ni n q u a d r a t i ct e r m s.C o n c l u s i o nA l t e r e dp r e c i p i t a t i o np a t t e r n s r e d u c e ds o i l r e s p i r a t i o nr a t e s i nB i r dI s l a n dW e t l a n d so fQ i n g h a iL a k e,a n dt h er a t e sw e r e i n f l u e n c e db ym
21、u l t i p l e f a c t o r s,w i t hs o i l t e m p e r a t u r ec o n t r i b u t i n gt h em o s t.K e y w o r d s:p r e c i p i t a t i o nt r e a t m e n t;s o i lr e s p i r a t i o n;h i g h l a n dw e t l a n d s;v e g e t a t i o nb i o m a s s;Q i n g h a iL a k eB i r dI s l a n d s 湿地是陆地生态
22、系统巨大的有机碳库,尽管其面积仅占陆地面积的4%6%,但湿地总碳储量约为3 0 06 0 0G t,占陆地生态系统总碳储存的1 2%2 4%1;其单位面积碳储量是温带森林和苔原生态系统的3倍和5倍2。同时湿地也是温室气体的源,直接影响大气碳库平衡。在全球变暖的背景下,湿地生态系统能量收支受到影响,气体排放强度和碳循环模式发生改变。湿地作为陆地生态系统的碳源/汇“转换器”,是全球大气温室气体含量变化的一个不可忽视的重要因素3。湖滨带作为重要的生态交错带,对温室气体的固定和释放起着重要的转换作用,也是生态系统对人类活动响应最敏感的部分。湖滨带具有丰富的碳、氮源,面积虽小,但其温室气体的排放在整个淡
23、水水体温室气体中占主导地位4。湖滨湿地土壤呼吸作用是土壤 碳循环的重 要组成部分5,土 壤呼吸 作 用(S o i l r e s p i r a t i o n,S R)是湿地生态系统碳释放到大气的主要途径,湿地土壤呼吸的微小变动都可能引起大气C O2浓度明显变化,对全球气候产生显著影响6。土壤呼吸的影响因素包括土壤温、湿度7、土壤盐度8、土壤p H、有机物以及土壤通气状况等9非生物因子,以及根系生物量1 0、土壤微生物等1 1生物因子。湖滨湿地海拔较低且靠近湖泊,地下水位较浅,土壤呼吸受大气降水和湖水水位变化影响显著。降雨量增减一方面通过改变土壤水盐条件1 2,显著影响湖滨湿地土壤和根系微
24、生物的活性,调控土壤微生物异养呼吸1 3;另一方面,水分盈亏改变土壤通气条件,通过物理替代及其底物供应改变机制影响土壤呼吸作用1 4。不同时空和强度的降雨对土壤呼吸的影响相差很大,可能促进、抑制或不影响。在对西双版纳次生林和橡胶林S R的研究中显示了降雨具有激发效应1 5。在长期放牧的短花针荒漠草原增设模拟降水试验得出了S R在减水5 0%处理下显著低于自然降水的结论1 6。此外有研究指出,在较干旱年份减水处理并未显著降低半干旱地区草原S R1 7。说明土壤呼吸对降雨量的响应方向,不仅取决于降雨本身,并且与前期土壤水分状况、底物数量与有效性以及土壤微生物的分布密切相关1 8。因此,在全球气候变
25、化背景下,对湖滨湿地土壤呼吸速率的影响因素及其对降雨量的响应机制进行研究就极为重要。青海湖是青藏高原最大的湖泊湿地,受全球气候变化影响,极端降雨频发,其水位自2 0 0 4年以来不断上升。青海湖湖滨带是青海湖湿地的核心区域,湖滨带的空间范围、结构、组分和功能等显著受其邻接湖泊水位涨落影响。全球气候变化模型预测,2 0 5 0年以后全球或局部降水格局将继续产生重大变化,出现更多极端降雨事件1 9。未来降雨格局的变化将显著改变湖滨湿地水文状况,进而影响湿地温室气体排放强度及碳循环模式2 0。当前土壤呼吸对降雨量的响应机制尚不明确,影响青藏高原高寒湿地寒区碳源、碳汇功能转换因素还不确定,对降雨量变化
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