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土壤呼吸 | 积雪对有/无凋落物的温带森林土壤CO2及其δ13C值的影响

日期: 2024-01-08
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在这银装素裹的世界里,下雪不仅带来了诗意的画卷,还为大地覆盖了一层白色的绒毯,守护着生命的源泉,对土地土壤的呼吸也产生着影响。

在漫长的冬季里,积雪和大地度过了一个又一个宁静的时光。积雪不仅保护了土地的水分,还防止了土地温度的剧烈变化;当春回大地,雪慢慢融化,雪水还会滋润着大地。在这些过程中,积雪下土壤中的微生物是一场狂欢还是一片沉寂呢?

接下来跟随一篇优秀的文章来了解一下这些过程~

土壤呼吸 | 积雪对有/无凋落物的温带森林土壤CO2及其δ13C值的影响

积雪对有/无凋落物的温带森林土壤CO2及其δ13C值的影响

永冻层和季节性积雪区域占全球陆地表面的60%左右,占全球土壤有机碳(C)储量的70%以上。积雪直接影响表土和大气之间的热交换,减少土壤温度波动的影响。在严寒条件下,较厚的积雪可防止土壤结霜,为地下微生物活动提供相对稳定的生活环境。然而,在全球气候变化背景下,北半球春季陆地积雪面积正逐年减少,预计本世纪末将减少25%。季节性积雪模式对全球气候变化具有复杂且多样的响应,可能会通过光、热、水和养分等资源再分配来影响森林生态系统的地上和地下过程。土壤呼吸作为土壤C循环的重要过程,占据森林生态系统呼吸的60%以上,气候变化导致的土壤呼吸的微小变化甚至会引起森林生态系统呼吸的重大变化。积雪和气温升高之间的相互作用影响土壤冻融循环,导致土壤性质和土壤CO2排放的变化。作者认为冬季积雪会影响不同季节土壤微生物呼吸及其δ13C值,且会随着林分和凋落物的存在而变化,然而,目前,关于该方向的研究十分有限。

基于此,为尽可能降低其他环境因素的影响,研究者们在长白山森林生态系统国家野外科学观测研究站附近的温带森林林地(温带红松阔叶混交林(BKPF)和白桦林(WBF))采集带有凋落物的土柱带回实验室,一半去除凋落物,一半保留。人工雪(轻/重)覆盖,根据野外土壤温度和气温的全年变化,利用低温培养箱进行长期培养实验,合理设置不同季节的模拟温度水平变化。利用SF-3000+碳同位素分析仪测定土柱中的CO2排放量及土壤呼吸CO2的δ13C以研究人工积雪和凋落物的存在对中国东北长白山地区典型温带森林土壤异养呼吸及其δ13C值的影响。

土壤呼吸 | 积雪对有/无凋落物的温带森林土壤CO2及其δ13C值的影响
不同阶段加雪量及加雪时间

研究结果

土壤呼吸 | 积雪对有/无凋落物的温带森林土壤CO2及其δ13C值的影响
不同培养阶段有/无凋落物的积雪覆盖的大型森林土柱的CO2排放量
土壤呼吸 | 积雪对有/无凋落物的温带森林土壤CO2及其δ13C值的影响
不同培养阶段有/无凋落物的积雪覆盖的大型森林土柱的平均CO2排放量箱线图
土壤呼吸 | 积雪对有/无凋落物的温带森林土壤CO2及其δ13C值的影响
不同培养阶段有/无凋落物的积雪覆盖的大型森林土柱释放CO的δ13C值的动态变化
土壤呼吸 | 积雪对有/无凋落物的温带森林土壤CO2及其δ13C值的影响
不同培养阶段有/无凋落物的积雪覆盖的大型森林土柱释放CO2 的δ13C平均值箱线图
土壤呼吸 | 积雪对有/无凋落物的温带森林土壤CO2及其δ13C值的影响
有/无凋落物下土柱CO2排放量与其相应δ13C值之间的关系

研究结论

该分析系统可用于研究实验室条件下未受干扰的大型土柱的异养呼吸变化及其相应的δ13C值。根据全年四个不同季节的室内模拟实验,人工积雪对森林土壤异养呼吸及其δ13C值的影响可能因季节、凋落物的存在和森林类型而异。在秋季冻融模拟中,与轻雪覆盖相比,重雪覆盖时的CO2排放量相对较大,土壤呼吸CO2的δ13C值也较小,这表明冬季结冰前积雪增加可能会增加温带森林地下土壤有机碳的分解。随着模拟春季冻融的进行,所有处理中土壤呼吸CO2的δ13C平均值变得不那么小,这与秋季冻融模拟期间观察到的δ13C值的变化相反。模拟春季冻融期间,重雪覆盖时土壤呼吸CO2的δ13C值比轻雪覆盖时更负,这与模拟秋季冻融期间和生长季观测到的δ13C值的变化相反。无论积雪以及凋落物是否存在,在模拟生长季节与非生长季节,所有大型土柱上均观察到土壤异养呼吸13C富集变化(平均约4.2‰),这可归因于土壤水分、释放到土壤中的有机碳化合物的数量和质量以及实验条件下的土壤微生物特性。通常,陆地生态系统土壤异养和自养呼吸的δ13C值的季节变化在一定程度上可以反映SOM分解对环境条件的响应。本研究结果强调了冬季积雪和凋落物的存在对温带森林全年土壤呼吸及其δ13C值的影响,需要未来在野外条件下进一步研究,通过适度考虑土壤理化和微生物特性以及细根生物量引起的激发效应对土壤呼吸δ13C和土壤碳动态的调节作用,探索关键的内在影响机制。

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