【论文】增温对青藏高原高寒沼泽草甸土壤有机碳的影响及其调控机制

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本文字数：1190字

阅读时间：4分钟

研究背景

由于自然因素和人类活动的共同驱动，全球平均气温在近百年来呈上升趋势，并对陆地生态系统的诸多方面产生影响。温度升高不仅影响植物的生长和繁殖，同时可以直接和间接地影响土壤微生物群落结构和功能。植物-微生物对增温不同的响应会进一步影响土壤有机碳(SOC)。SOC影响因子的不确定性及其组成的复杂性会导致SOC对增温产生不同反馈(升高、降低或不变)。因此，探究SOC及其不同组分对气候变暖的响应规律和机制，对于更好地预测未来气候变化下土壤碳动态将具有重要意义。

材料与方法

本研究样地位于青藏高原的矮嵩草(Kobresia humilis)高寒沼泽草甸(37°44′ N, 100°05′ E, 海拔3800 m)和藏嵩草(K. tibetica)高寒沼泽草甸(36°42′ N, 100°46′ E, 海拔3212 m)。其中，藏嵩草样地毗邻青海湖东侧，且存在常年积水现象。我们在两块样地中分别设置了对照和OTC增温处理(Control, Warming)，每个处理3个重复。增温4年后，分别对两个样地中植物生物量、土壤基础理化指标、SOC的物理组分和化学组成、土壤酶活性、微生物生物量、群落组成以及与碳氮循环相关的功能基因进行了测定。通过独立样本T检验分析了增温处理对两个草甸以上测定指标的影响。

结果&讨论

研究结果表明，增温处理对矮嵩草沼泽草甸SOC及其组分有显著影响(图1A)，但对存在积水现象和增温程度较低的藏嵩草沼泽草甸的影响较小(图1B)。在矮嵩草沼泽草甸，增温对土壤微生物生物量、与碳水解相关的基因数量和NAG(β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶)活性有促进作用。增温对微生物生物量和功能的这些积极影响利于进一步提高土壤溶解性无机氮含量、缓解氮对植物生长的限制，从而提高植物生物量。我们推测增温对SOC和颗粒有机碳(POC)含量具有促进作用的主要原因是潜在C输入的增加超过较高的碳降解。相反，气候变暖略微降低了土壤烷基碳(alkyl C)的比例，这可能与真菌和G+细菌的分解增强有关。在藏嵩草沼泽草甸(相对较弱的增温效果)，植物和微生物指标对增温处理没有显著响应，最终共同导致SOC及其组分未发生显著改变。

图1 增温对矮嵩草沼泽草甸(A)和藏嵩草沼泽草甸(B)土壤有机碳及其组分的作用概念图

小结

综上所述，增温背景下青藏高原矮嵩草沼泽草甸中相对活跃的POC的增加和难分解的烷基碳的减少，说明了SOC物理组分和化学组成对气候变暖的敏感性，也预示着SOC整体的稳定性可能会随气候变暖而降低。虽然部分推论还有待进一步的验证，但本研究结果将有助于加深我们对增温背景下高寒沼泽草甸生态系统土壤碳动态响应机制的理解。

本研究于2021年5月27日以“Plant and microbialregulations of soil carbon dynamics under warming in two alpine swamp meadowecosystems on the Tibetan Plateau”为题在线发表于Science of the Total Environment期刊上，北京大学城市与环境学院地下生态学研究组博士后袁霞为论文第一作者，朱彪研究员为论文通讯作者，其它合作作者还包括北京大学的陈迎、秦文宽、徐天乐和青海师范大学的陈克龙教授、毛亚辉和王琪。本研究受到国家自然科学基金委项目 (31800437、31971528和31988102)、青藏高原环境与生态教育部重点实验室开放基金项目(2018-QHS-K06)的资助。

作者简介

袁霞，北京大学城市与环境学院生态学博士后，博士毕业于东北师范大学。主要从事全球变化生态学，微生物生态学，碳循环和养分循环等方面的研究。目前以第一作者在Ecology、Soil Biology & Biochemistry、Science of the Total Environment、Catena、Arctic, Antarctic and Alpine Research等期刊发表了一系列成果。

编辑 丨 干大勇

审核 丨 朱彪

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