土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫(kù),其所儲(chǔ)存的碳是大氣碳庫(kù)的2-3倍,是有機(jī)碳輸入與輸出(如分解)平衡的結(jié)果。每年土壤有機(jī)碳通過(guò)分解所釋放的CO2量高達(dá)60 Pg C。因此,土壤有機(jī)碳分解速率的微小變化都將會(huì)對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和大氣CO2濃度產(chǎn)生深刻影響。溫度是影響土壤有機(jī)碳分解過(guò)程的重要因素,在全球變化背景下,土壤有機(jī)碳的分解如何響應(yīng)氣溫升高即溫度敏感性已得到廣泛關(guān)注,并成為全球變化和陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究的熱點(diǎn)。
目前,關(guān)于土壤有機(jī)碳溫度敏感性的研究主要采用平行恒溫培養(yǎng)的方法,在大尺度研究中多采用相同的培養(yǎng)溫度。雖然這些研究在一定程度上增加了我們對(duì)土壤有機(jī)碳循環(huán)過(guò)程的認(rèn)知,但是,該方法存在一些缺陷,例如容易產(chǎn)生微生物的熱適應(yīng)性和土壤基質(zhì)有效性的差異,尤其是長(zhǎng)期培養(yǎng),而這會(huì)對(duì)溫度敏感性的估算產(chǎn)生較大影響,造成估算不準(zhǔn)確。基于此,中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所人工林生態(tài)課題組(會(huì)同站)王清奎博士采用基于樣品采集區(qū)年均溫的循環(huán)變溫培育方法,以克服平行恒溫培養(yǎng)所存在的缺陷,深入研究了我國(guó)東部典型森林生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)碳溫度敏感性的水平空間分布格局及其關(guān)鍵控制因子。該研究獲得了如下重要研究結(jié)果:1)土壤有機(jī)碳溫度敏感性并不隨緯度的增加而線性增加,即表現(xiàn)為空間非線性變化,亞熱帶森林土壤有機(jī)碳的溫度敏感性較低,而溫帶森林土壤有機(jī)碳的溫度敏感性較高;2)土壤C:N比與有機(jī)碳溫度敏感性顯著正相關(guān),且闊葉林土壤有機(jī)碳的溫度敏感性低于針葉林,表明低質(zhì)量土壤有機(jī)碳的分解對(duì)溫度的變化更敏感,支持了“碳質(zhì)量-溫度”假設(shè);3)革蘭氏陰性細(xì)菌對(duì)土壤有機(jī)碳溫度敏感性空間變異的解釋程度最高,其次為C:N比,但是在熱帶森林、亞熱帶森林和溫帶森林中主要影響因子并不相同。本研究揭示了土壤有機(jī)碳質(zhì)量和微生物對(duì)中國(guó)東部森林土壤有機(jī)碳溫度敏感性的重要性,提出在利用模型預(yù)測(cè)森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)時(shí)應(yīng)考慮土壤基質(zhì)質(zhì)量和微生物特征,可以提高模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。
上述研究成果以Carbon quality and soil microbial property control the latitudinal pattern in temperature sensitivity of soil microbial respiration across Chinese forest ecosystems為題發(fā)表在土壤學(xué)期刊Global Change Biology上。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃 、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。

圖1. 不同溫度帶森林和針闊葉森林土壤有機(jī)碳的溫度敏感性

表1. 不同森林生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)碳溫度敏感性空間分布的主要影響因素




