主动式增温用于森林生态系统土壤呼吸控制实验

2010-10-13 09:31 来源: 中国科学院
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哀牢山生态站在国内首次将主动式增温用于森林生态系统土壤呼吸控制实验

  中国的CO2收支问题已受到国内外的密切关注,目前已成为国家制定战略决策的重大需求。土壤是陆地生态系统中最大的有机碳库,全球的土壤微生物呼吸不但占全球土壤总呼吸的71%,同时还是每年化石燃料排放碳的9倍,为每年陆地碳汇的60倍,由全球变化导致的极小土壤呼吸变化,都会对全球的碳平衡起到严重的影响。目前气候变化的长期影响主要是用模型模拟得到,气候变暖后,土壤温度增加,引起土壤微生物分解加快,导致土壤微生物呼吸的增加,反馈到大气导致大气CO2浓度进一步增加,进而引起更大的增温效应。但是,对于该问题及其作用机制尚不清楚,导致气候变化模式中土壤呼吸的作用考虑不够,难以准确地模拟大气增温的效应。因此,通过野外增温实验模拟全球变化对土壤生态过程的影响,对于正确评估全球变化背景下的碳循环是非常必要的。

  最近10年,国内外关于全球变化对陆地生态系统功能特性和土壤理化性状影响的模拟实验已开展了一些野外定位和实验室模拟观测研究,其中一些结果对于传统的陆地生态系统生物地球化学循环理论和模型系数等进行了科学的纠正,初步揭示了全球变化对陆地生态系统的影响和相互之间的响应耦合关系。但是这些研究大多集中在欧美的高纬度地区,尤其是集中在草原生态系统。这些生态系统的有机碳的组成中,近年代积累的易分解有机碳的比重相对要多一些。但是在森林生态系统中开展相关实验不多。

  为了探索亚热带常绿阔叶林土壤有机质分解对全球气候变化的响应,中国科学院哀牢山亚热带森林生态系统研究站自筹经费,引进了一套土壤增温和土壤呼吸自动监测系统,在国内首次将主动式增温和土壤呼吸自动监测控制实验用于森林生态系统研究中。该系统由20个长90cm×宽90cm×高50cm的自动开闭式透明呼吸箱、增温装置和控制系统组成,设置了4种处理:对照(土壤总呼吸),切根(微生物呼吸),切根+增温(增温后的微生物呼吸),去除凋落物。每种处理各有5个重复。其中,通过在5个呼吸箱的上方约1.7m高度各设置一个800瓦碳素红外线辐射器,采用连续增温方式,使得5cm深度的地温与对照区相比增温幅度控制在2.5℃左右。另外,每个土壤呼吸箱中各设置有一个气温(30cm高度),地温(5cm深度)和土壤水分(5-15cm深度)传感器。通过程序控制,20个呼吸箱的测定循环为1小时,每个呼吸箱的测定时间为3分钟(即,每个呼吸箱每小时关闭3分钟,其余的57分钟内其两扇盖子成90度完全张开,使得风,雨,枯枝落叶会自由进入呼吸箱,从而保证呼吸箱内的温度,土壤湿度以及凋落物与外界一致)。系统采用的是闭路式测定方法,通过一个气泵使关闭着的呼吸箱中的空气与CO2分析仪(LI-820)之间形成内循环;数采(CR1000)每10秒钟对LI-820及各种传感器采样1次,通过计算即可以得出各种处理下的土壤呼吸速率等。

  国庆节期间,哀牢山生态站的相关人员和研究生们,在哀牢山生态站站长张一平研究员和沙丽清副研究员的带领下,放弃休息,克服了连续阴雨天气的影响,配合仪器公司安装人员,在日本国立环境研究所梁乃申主任研究员的指导下,经过努力奋战,在亚热带常绿阔叶林中成功设置了土壤增温和土壤呼吸自动监测系统,并开始了预备运行(各种处理前的对比监测)。

科研人员将通过在哀牢山亚热带森林生态系统内设置土壤增温和土壤呼吸自动监测系统,进行长期生态学人工控制实验,开展土壤有机质分解过程的连续观测,研究在区域气候变暖情景下,亚热带森林生态系统土壤有机质分解过程的动态;将揭示区域气候变暖情境下,亚热带森林生态系统土壤呼吸变化的定量数值和变化规律;阐明亚热带森林生态系统土壤有机质分解过程与土壤温度,湿度等要素之间的相互关系和变化规律,得到影响土壤有机质分解过程的主控因子;阐述主要亚热带常绿阔叶林生态系统土壤有机质分解的温度,湿度敏感性及其对全球变化的适应性机制,为正确评估全球变化下亚热带常绿阔叶林生态系统土壤碳排放提供理论依据和数据支持;通过建立模型,模拟在区域气候变暖情境下,亚热带常绿阔叶林生态系统土壤有机质分解过程的响应程度及变化趋势,可为国家制定减排战略等提供支持。

组装土壤呼吸箱

现地安装调试

调试土壤增温系统的工作情况