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成都生物所在高寒灌丛土壤碳循环过程对氮添加

2019-09-22 09:12栏目:新闻中心
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高寒灌丛是陆地生态系统的重要组成部分,由于高寒灌丛生态系统的特点以及研究历史等原因,与森林和草地相比,目前还十分缺乏高寒灌丛生态系统碳循环过程的研究。在全球大气氮沉降背景下,如何准确区分和量化土壤碳循环过程对氮添加的响应,进而评估全球大气氮沉降背景下高寒灌丛生态系统碳汇功能的潜在变化,更加深刻地认识高寒灌丛生态系统碳循环过程具有重要意义。

中科院成都生物所 高寒灌丛土壤碳循环研究获进展

灌丛是陆地生态系统的重要组成部分,其碳储量的研究对于准确估算陆地生态系统的碳汇功能具有重要意义。由于灌丛生态系统的特点以及研究历史等原因,与森林和草地相比,目前还十分缺乏高寒灌丛生态系统碳储量的研究。在全球氮沉降背景下,国内外就氮添加对生态系统碳库的影响开展了广泛的研究。然而,氮添加如何影响灌丛生态系统碳分配和深层土壤碳库(50-100 cm)仍不清楚。

受全球气候变化研究的推动,氮沉降对陆地生态系统碳循环和碳收支的影响成为了科学工作者关注的焦点。生态系统碳收支对氮沉降的响应取决于生态系统碳输入和碳输出对沉降的响应方向和强度。目前研究结果表明,氮沉降对植物的生长及地上生产力的影响主要表现为促进作用,而众多模拟氮沉降或施氮试验表明,氮有效性的增加对植物凋落物分解的影响并不一致,而且在氮沉降研究中,国内外学者均较为关注地上凋落物分解的研究,而忽视了地下凋落物——根系的分解。细根的生长、死亡和分解可能是地下养分和有机质输入的主要途径,土壤碳库的大部分碳可能主要来源于细根。然而关于氮沉降增加对细根分解影响的认知还十分匮乏。

中国科学院成都生物研究所博士研究生王东在导师刘庆和尹华军的指导下,研究了青藏高原东缘窄叶鲜卑花(Sibiraea angustata scrub)高寒灌丛土壤碳收支对不同氮添加水平(N0;对照, N20; 20, N50; 50, and N100,100 kg N ha-1 year-1)的响应。研究表明,窄叶鲜卑花灌丛土壤为“碳平衡系统”,凋落物(73 ± 1 g C m-2 year-1)和细根(360 ± 34 g C m-2 year-1)的年碳输入量(433 ± 33 g C m-2 year-1)约等于土壤呼吸年碳输出量(466± 5 g C m-2 year-1)。氮添加通过增加细根生产增强了土壤的碳汇功能,使土壤从碳平衡转变为碳汇(163-175 g C m-2 year-1)。因此,全球大气氮沉降的增加可能通过增加高寒灌丛地下细根的碳输入使高寒灌丛成为大气CO2的汇。

本报讯 近日,中国科学院成都生物研究所博士研究生王东在导师刘庆和尹华军的指导下,研究了青藏高原东缘窄叶鲜卑花高寒灌丛土壤碳收支对不同氮添加水平的响应。相关研究结果发表于《农业和森林气象学》期刊。

中国科学院成都生物研究所博士研究生王东在导师刘庆的指导下,选择了广泛分布于青藏高原东部的窄叶鲜卑花(Sibiraea angustataHand.-Mazz)高寒灌丛为研究对象,研究了不同氮添加水平 (N0, 对照; N20, 20; N50, 50; N100, 100 kg N ha−1 year−1) 对其生物量分配和生态系统碳库的影响。研究发现,窄叶鲜卑花灌丛生态系统碳库为36 kg C m-2,其中灌木、草本、凋落物和土壤分别占了11.08%、0.47%、0.25% 和88%;氮添加显著增加了根系生物量,但对总的地上生物量没有影响,从而使植被根冠比显著增加;短期氮添加表明,随着氮添加浓度的增加生态系统碳库呈显著的线性增加。

中国科学院沈阳应用生态研究所孙涛博士在与研究员王正文和吕晓涛的合作研究中,以常见的5个温带树种为研究对象,通过连续5年的研究,探讨了长期氮添加对细根(直径“0.5 mm)分解的影响及其机制。研究发现渐近线分解模型能够较好地模拟细根长期分解过程中的质量损失率;氮添加能够促进凋落物分解初期的分解速率,同时促进了参与纤维素分解酶的活性;无论凋落物基质初始木质素含量高低,氮添加均抑制了凋落物后期的分解速率,同时抑制了降解木质素组分的酶氧化酶的活性。这一研究结果表明,长期的氮沉降持续增加可能会降低凋落物的分解速率,而且这种抑制性与初始木质素含量没有关系。同时,该研究强调了长期凋落物分解对氮添加的响应。

研究结果近期发表在国际农林类期刊Agriculture and forest meteorology上。该研究获得国家重点研发计划项目,中科院拔尖青年人才项目和国家自然科学基金等项目的资助。

高寒灌丛是陆地生态系统的重要组成部分,由于高寒灌丛生态系统的特点以及研究历史等原因,与森林和草地相比,目前还十分缺乏高寒灌丛生态系统碳循环过程的研究。在全球大气氮沉降背景下,如何准确区分和量化土壤碳循环过程对氮添加的响应,进而评估全球大气氮沉降背景下高寒灌丛生态系统碳汇功能的潜在变化,更加深刻地认识高寒灌丛生态系统碳循环过程具有重要意义。

该研究结果暗示未来全球大气N沉降的增加可能通过增加高寒灌丛地下碳库的固碳潜力,使高寒灌丛成为大气CO2的汇。

该研究得到国家自然科学基金项目(No. 31270494)的支持,相关结果发表于Soil Biology & Biochemistry,2016,93:50-59。

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研究表明,窄叶鲜卑花灌丛土壤为“碳平衡系统”,凋落物和细根的年碳输入量约等于土壤呼吸年碳输出量。氮添加通过增加细根生产增强了土壤的碳汇功能,使土壤从碳平衡转变为碳汇。因此,全球大气氮沉降的增加可能通过增加高寒灌丛地下细根的碳输入使高寒灌丛成为大气二氧化碳的汇。

该研究获得国家自然科学基金(No.31570476)和中科院战略先导专项(No.XDA01050303)的资助。近日以Effects of short-term N addition on plant biomass allocation and C and N pools of the Sibiraea angustata scrub ecosystem 为题在线发表于国际期刊《欧洲土壤科学杂志》(European Journal of Soil Science, 。

文章链接

土壤碳收支对不同氮添加水平的影响

《中国科学报》 (2017-08-22 第4版 综合)

论文链接

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