主動式增溫用于森林生態系統土壤呼吸控制實驗

哀牢山生態站在國內首次將主動式增溫用于森林生態系統土壤呼吸控制實驗

　　中國的CO₂收支問題已受到國內外的密切關注，目前已成為國家制定戰略決策的重大需求。土壤是陸地生態系統中最大的有機碳庫，全球的土壤微生物呼吸不但占全球土壤總呼吸的71%，同時還是每年化石燃料排放碳的9倍，為每年陸地碳匯的60倍，由全球變化導致的極小土壤呼吸變化，都會對全球的碳平衡起到嚴重的影響。目前氣候變化的長期影響主要是用模型模擬得到，氣候變暖后，土壤溫度增加，引起土壤微生物分解加快，導致土壤微生物呼吸的增加，反饋到大氣導致大氣CO₂濃度進一步增加，進而引起更大的增溫效應。但是，對于該問題及其作用機制尚不清楚，導致氣候變化模式中土壤呼吸的作用考慮不夠，難以準確地模擬大氣增溫的效應。因此，通過野外增溫實驗模擬全球變化對土壤生態過程的影響，對于正確評估全球變化背景下的碳循環是非常必要的。

　　最近10年，國內外關于全球變化對陸地生態系統功能特性和土壤理化性狀影響的模擬實驗已開展了一些野外定位和實驗室模擬觀測研究，其中一些結果對于傳統的陸地生態系統生物地球化學循環理論和模型系數等進行了科學的糾正，初步揭示了全球變化對陸地生態系統的影響和相互之間的響應耦合關系。但是這些研究大多集中在歐美的高緯度地區，尤其是集中在草原生態系統。這些生態系統的有機碳的組成中，近年代積累的易分解有機碳的比重相對要多一些。但是在森林生態系統中開展相關實驗不多。

　　為了探索亞熱帶常綠闊葉林土壤有機質分解對全球氣候變化的響應，中國科學院哀牢山亞熱帶森林生態系統研究站自籌經費，引進了一套土壤增溫和土壤呼吸自動監測系統，在國內首次將主動式增溫和土壤呼吸自動監測控制實驗用于森林生態系統研究中。該系統由20個長90cm×寬90cm×高50cm的自動開閉式透明呼吸箱、增溫裝置和控制系統組成，設置了4種處理：對照（土壤總呼吸），切根（微生物呼吸），切根+增溫（增溫后的微生物呼吸），去除凋落物。每種處理各有5個重復。其中，通過在5個呼吸箱的上方約1.7m高度各設置一個800瓦碳素紅外線輻射器，采用連續增溫方式，使得5cm深度的地溫與對照區相比增溫幅度控制在2.5℃左右。另外，每個土壤呼吸箱中各設置有一個氣溫（30cm高度），地溫（5cm深度）和土壤水分（5-15cm深度）傳感器。通過程序控制，20個呼吸箱的測定循環為1小時，每個呼吸箱的測定時間為3分鐘（即，每個呼吸箱每小時關閉3分鐘，其余的57分鐘內其兩扇蓋子成90度完全張開，使得風，雨，枯枝落葉會自由進入呼吸箱，從而保證呼吸箱內的溫度，土壤濕度以及凋落物與外界一致）。系統采用的是閉路式測定方法，通過一個氣泵使關閉著的呼吸箱中的空氣與CO2分析儀（LI-820）之間形成內循環；數采（CR1000）每10秒鐘對LI-820及各種傳感器采樣1次，通過計算即可以得出各種處理下的土壤呼吸速率等。

　　國慶節期間，哀牢山生態站的相關人員和研究生們，在哀牢山生態站站長張一平研究員和沙麗清副研究員的帶領下，放棄休息，克服了連續陰雨天氣的影響，配合儀器公司安裝人員，在日本國立環境研究所梁乃申主任研究員的指導下，經過努力奮戰，在亞熱帶常綠闊葉林中成功設置了土壤增溫和土壤呼吸自動監測系統，并開始了預備運行（各種處理前的對比監測）。

科研人員將通過在哀牢山亞熱帶森林生態系統內設置土壤增溫和土壤呼吸自動監測系統，進行長期生態學人工控制實驗，開展土壤有機質分解過程的連續觀測，研究在區域氣候變暖情景下，亞熱帶森林生態系統土壤有機質分解過程的動態；將揭示區域氣候變暖情境下，亞熱帶森林生態系統土壤呼吸變化的定量數值和變化規律；闡明亞熱帶森林生態系統土壤有機質分解過程與土壤溫度，濕度等要素之間的相互關系和變化規律，得到影響土壤有機質分解過程的主控因子；闡述主要亞熱帶常綠闊葉林生態系統土壤有機質分解的溫度，濕度敏感性及其對全球變化的適應性機制，為正確評估全球變化下亞熱帶常綠闊葉林生態系統土壤碳排放提供理論依據和數據支持；通過建立模型，模擬在區域氣候變暖情境下，亞熱帶常綠闊葉林生態系統土壤有機質分解過程的響應程度及變化趨勢，可為國家制定減排戰略等提供支持。