土壤有機碳礦化對溫度敏的感性問題探究

1、土壤有機碳礦化對溫度敏的感性問題探究摘要： 全球變暖的大背景下，土壤作為陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大碳匯的載體，其微小變化都會引起大氣 CO2濃度顯著的改變。土壤有機碳對氣候變化的響應和適應對于預測未來氣候變化具有十分重要的作用。然而，目前增溫對土壤有機碳的影響及其影響機制仍存諸多未解決的問題。綜述了目前土壤有機碳礦化的研究方式及增溫對土壤有機碳礦化影響的國內(nèi)外研究進展。結果發(fā)現(xiàn)增溫往往會促進土壤有機碳排放，主要源于土壤微生物代謝活性或群落組成的改變。同時該排放強度因生態(tài)系統(tǒng)類型、增溫方式和幅度以及增溫季節(jié)和持續(xù)時間的不同而存在巨大差異，且長期增溫反而使土壤微生物產(chǎn)生適應及馴化現(xiàn)象，從而降低或緩解陸地生

2、態(tài)系統(tǒng)對全球變暖的正反饋效應。但這些結果大都基于溫帶實驗，而原位增溫實驗對高生產(chǎn)力、多樣性豐富的熱帶亞熱帶地區(qū)的影響是否與溫帶一致仍待進一步考證。室內(nèi)模擬實驗雖可深入研究溫度對土壤有機碳礦化的影響機制，卻無法真實反映野外自然環(huán)境。同時，野外增溫方式及室內(nèi)研究方式的多樣均降低不同研究之間的可比性，進而難以預估由實驗方法本身差異引起的結果變異。關鍵詞： 野外原位觀測； 室內(nèi)培養(yǎng)； 移地重填； 礦質(zhì)土壤呼吸； 溫度敏感性。Abstract: Soil organic carbon is the largest carbon pool of the terrestrial ecosystem. Glo

3、bal warming could affect the size ofcarbon fluxes and result in a net release of carbon from soil to the atmospheric as CO2. The response and adaptation of soilorganic carbon to climate change play an important role in predicting future effects of climate change. However,there aremany unsolved issue

4、s regarding the effect of warming on soil organic carbon mineralization and its mechanism. This studyreviewed the effects of warming on soil organic carbon mineralization. The results showed that warming could promote soilorganic carbon emission,which primarily resulted from changes in soil microbia

5、l metabolic activity or microbial communitycomposition. Moreover,there was a large difference in emission intensity with different ecosystem types,warming modes,warming seasons,and the durations of warming. Furthermore,soil microorganisms would acclimate and adapt to long-termwarming,thus reduced or

6、 alleviated the positive feedback effect of the terrestrial ecosystem on global warming. However,these results were based mainly on temperate regions,and the effect of warming experiments in situ for areas with highproductivity and rich biodiversity,such as the tropical and subtropical regions,need

7、further research. The method of soilincubation could reveal the influence and mechanism of temperature on soil organic carbon mineralization but cannotsimulate real field results. Similarly,different types of field warming,as well as variety in the types of incubation,couldreduce the comparability a

8、mong different methods. Moreover,it is difficult to estimate the discrepancy among the resultsderived from the differences in the methods. Therefore,this review put forward the prospect of an additional study,toprovide a theoretical basis for further research concerning the effects of warming on soi

9、l organic carbon.Key Words: field in situ research; incubation; refilled soils; mineral soil respiration; temperature sensitivity.政府間氣候變化專門委員會（ IPCC） 第五次報告明確指出自工業(yè)革命以來，人類活動使大氣中的溫室氣體-CO2濃度大幅增加，與大氣 CO2濃度不斷上升相對應的是全球氣候變暖，這已是不爭的事實。土壤作為陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大碳匯的載體（ 1576 Pg）1,其儲量超過大氣和植被碳的總量2,因此土壤碳庫在全球碳循環(huán)與碳平衡中具有十分重要的作用，理解

10、土壤碳積累和穩(wěn)定的調(diào)控機制是預測地球未來氣候變化的關鍵。土壤呼吸指的是土壤釋放 CO2的過程，主要包括異養(yǎng)呼吸和自養(yǎng)呼吸，其中異養(yǎng)呼吸主要是土壤微生物呼吸，而自養(yǎng)呼吸主要指植物根系呼吸。土壤呼吸的觀測主要采用野外原位的方法，但由于野外觀測中環(huán)境因子的復雜性，如土壤異質(zhì)性、溫度和土壤水分不斷變化，難以深入分析確定影響土壤呼吸的機制。研究者們又通過室內(nèi)培養(yǎng)的方法來剝離各種復雜因素的作用。室內(nèi)培養(yǎng)方法主要去除根系，并將土壤混勻后以最大限度降低土壤的異質(zhì)性，并設置一定的溫度和土壤濕度對土壤進行培養(yǎng)。由于室內(nèi)培養(yǎng)中無植物活根的參與，觀測到的有機碳排放大都來源于土壤微生物分解有機碳的呼吸，即土壤有機碳的礦

11、化過程。鑒于土壤有機碳在全球碳循環(huán)中的重要地位，每年均有大量的文獻報道與土壤有機碳有關的研究，但不同研究所采用的方式不同，導致最終結果可比性大大降低。本研究通過綜述國內(nèi)外土壤有機碳礦化的研究方式并探討增溫對土壤有機碳礦化影響以及溫度敏感性問題，深入分析不同研究方法的手段對研究結果可能產(chǎn)生的影響，并以此為基礎提出有關的研究展望，以期為今后進一步研究土壤有機碳對增溫的響應提供理論依據(jù)。1 研究方式。1.1 野外原位觀測。野外原位觀測主要為枯落物添加和去除轉(zhuǎn)移實驗（ Detritus Input and Removal Treatment,DIRT） ,該方法主要包括（ 1） 無任何處理的對照； （

12、 2） 使用挖壕溝的方法排除根系處理； （ 3） 去除凋落物處理； （ 4） 沒有地上凋落物和根系的輸入處理，而且小區(qū)內(nèi)植物、苔蘚以及地衣等也被移除了； （ 5） 雙倍凋落物添加處理。其中，無輸入小區(qū)的土壤呼吸即為礦質(zhì)土壤呼吸3.礦質(zhì)土壤呼吸作為土壤呼吸中重要組成部分，占總土壤呼吸50%以上4.因此礦質(zhì)土壤呼吸對增溫的響應極大影響未來全球氣候變暖背景下土壤碳對全球變暖的反饋。當前國內(nèi)外有關野外原位監(jiān)測方法已有較為全面的闡述5-6,大都發(fā)現(xiàn)所有研究方法中，采用 Li-8100 觀測是目前較為理想的測定方法。該方法一般以無雨天氣 9: 00-12: 00 的觀測值作為當天土壤呼吸的平均水平7,并以此外推獲得土壤呼吸月變化甚至年變化。但該外推方法會忽略夜間、雨季以及極端天氣的呼吸，而極端氣候頻率的增加會顯著影響土壤有機碳的礦化8,這將造成高估或者低估礦質(zhì)土壤呼吸。目前研究中已開始意識到采用 Li-8100 觀測土壤呼吸的缺陷6,因此有研