模拟增温对长江源区高寒沼泽草甸土壤有机碳组分与植物生物量的影响研究

奚晶阳, 白炜, 尹鹏松, 刘永万



模拟增温对长江源区高寒沼泽草甸土壤有机碳组分与植物生物量的影响研究

奚晶阳, 白炜*, 尹鹏松, 刘永万

兰州交通大学环境与市政工程学院, 甘肃, 兰州 730070

以高寒沼泽草甸为研究对象, 采用开顶室增温小室进行增温模拟实验, 设置CK(对照点)、T1(增温1.5—2.5 ℃)、T2(增温3—5 ℃)3种处理, 研究了短期增温对高寒沼泽草甸土壤活性有机碳库及生物量生产的影响。结果表明: (1)T1增温显著促进土壤微生物量碳(MBC)的生成, T2增温幅度过大, 抑制了微生物的活性, 导致这种促进效果在T2内不显著。(2)T1, T2增温均使得0—20 cm 土层土壤有机碳(SOC)含量降低, T1增温促进20—30 cm土层土壤有机碳(SOC)的生成, 但这种促进效果在T2内并不显著。(3)T1, T2增温均使得0—20 cm 土层土壤溶解性有机碳(DOC)含量降低, 20—30 cm土层土壤溶解性有机碳(DOC)含量无明显变化。(4)模拟增温促进了长江源高寒沼泽草甸地上生物量的生成, 并且增温幅度越大地上生物量增加越多。T1增温促进了地下生物量的生成, T2增温幅度过大, 对地下生物量随温度上升而增加的这种促进作用有所抑制。(5)土壤有机碳(SOC), 土壤微生物量碳(MBC), 土壤溶解性有机碳(DOC)三者碳组分之间均呈显著正相关, 表明土壤有机碳(SOC)的变化在一定程度上制约的土壤微生物量碳(MBC)与土壤溶解性有机碳(DOC)的变化。

长江源区; 模拟增温; 高寒沼泽草甸; 土壤微生物量碳; 土壤溶解性有机碳; 生物量

0 引言

自工业化革命以来,人类活动包括化石燃料的燃烧和土地利用/覆盖度的变化已使地球大气层中CO2的浓度上升了30%[1]。地球表面的平均温度在20世纪升高了0.60 ℃。预计到本世纪末全球气温将比前工业时代至少上升1.5 ℃(IPCC, 2013)。地球温度升高导致全球变暖, 全球变暖不但危害自然生态系统的平衡, 而且还威胁人类的食物供应和居住环境, 这种地质历史上前所未有的变化将对陆地植物和生态系统产生深远影响, 尤其体现在对气候变化较为敏感和脆弱的地区, 而这些影响最终将通过全球碳循环的改变反馈于全球气候变化。

温度对于植物的影响可分两种[2–3]。第一, 温度会直接影响植物的一系列生理过程, 主要包括光合和呼吸作用, 并且光合作用与呼吸作用的各种酶、次级代谢产物的合成与同化物的运输等又都与温度息息相关[4]。温度的增加将改变植物的光合能力与生长速率, 延长植物的生长期。第二, 增温会间接的改变土壤含水率与土壤的呼吸作用, 使得植物对土壤中营养物质的利用产生变化。因此, 增温对于植物的生物量生产, 群落演替方向等都会产生明显的影响[5]。

土壤微生物量碳虽只在土壤全碳中占很小的比例, 但它既在土壤全碳变化之间反映土壤微小的变化, 又直接参与了土壤中有机质的分解、腐殖质的形成等过程, 而且是土壤中植物营养物质的源和库[6–8], 在土壤肥力和植物营养中均发挥较为重要的作用。土壤有机碳是土壤中较为活跃的部分, 能够敏感地反应土壤碳库的变化, 土壤有机碳的动态变化对土壤生产力和全球碳循环均起着十分重要的作用, 全球温度的升高对土壤碳库的影响主要表现在两个方面: 一方面, 温度升高将会促进土壤有机质的分解, 土壤释放CO2和CH4的量将会明显增加, 导致土壤中碳的损失, 有研究表明土壤有机质的分解速率会随温度升高而加快[9–10]。另一方面, 温度升高使得空气中CO2浓度升高, 导致植物净光合产率提高, 这将会补偿因气候变暖导致的土壤有机碳的减少, 因此土壤有机碳储量可能不会有很大的变化[11]。土壤溶解性有机碳是陆生生态系统中极为活跃的有机组分, 在陆地生态系统碳循环中具有重要的作用。土壤溶解性有机碳的动态变化则能够灵敏地反映土壤有机碳的循环与平衡趋势[12], 并且土壤溶解性有机碳浓度和通量是土壤环境变化的敏感指标, 研究土壤溶解性有机碳动态变化对全球碳循环探究具有重要的意义。目前, 我国无论对高寒地区植物生物量还是有机碳组分都鲜有研究, 深入研究温度变化对于高寒地区植物生物量与有机碳组分的影响, 有利于更加深入地了解全球变暖背景下碳源汇动态、营养元素的循环格局及其反馈机理等。

1 材料与方法

1.1 实验区域概况

本文所选的研究区域位于青藏高原腹地长江源多年冻土和沼泽草甸均较典型的风火山地区, 气候属青藏高原干旱气候区, 年均气温-5.3 ℃, 降雨量270 mm, 蒸发量1478 mm, 冻结期为9月至次年4月。海拔4600—4800 m, 相对高差200—300 m, 南北宽约40 km, 整体呈北西西向延伸, 流域面积112.5 km2, 属于可可西里山系的东南支, 其南、北两侧分别为海拔4600 m 左右的日阿尺曲与秀水河—北麓河谷地 , 其腹部发育整体呈北东向展布、平均海拔4700 m 左右的谷地—二道沟盆地[13–14]。主要植被包括高寒草甸和沼泽草甸。沼泽草甸主要分布在海拔3200—4800 m 的河畔、湖滨、排水不畅的平缓滩地、山间盆地、蝶形洼地、高山鞍部、山麓潜水溢出带和高山冰雪带下缘等部位。分布地区气候寒冷, 地形平缓, 地下埋藏着多年冻土, 成为不透水层, 使降水、地表径流和冰雪消融水不能下渗而聚集在地表, 造成土壤过湿, 甚至形成地表终年积水和季节性积水的沮溽地[15]。

1.2 研究方法

本研究选择分布在风火山实验站上具有典型性和代表性的植被覆盖度均在70%以上的高寒沼泽草甸(N34°43′43.9′′, E92°53′34.1′′, 海拔4754 m)作为实验研究对象。组成草群植物主要由湿中生、湿生多年草本植物群落构成、群落覆盖度大、物种组成丰富。优势种为藏蒿草 ()、小蒿草、甘肃蒿草、针茅()、羊茅()和粗喙苔草, 常见的伴生种主要有矮嵩草、黑褐苔草、青藏苔草()、发草()、星状风毛菊()、驴蹄草()、三裂碱毛莨()、矮火绒草()等不可食杂类草和毒草。

图 1 长江源风火山地区典型高寒沼泽草甸实验样地的选取

Figure 1 Selection of experimental sites of alpine swamp meadow in the Fenghuoshan area

1. 模拟增温方式: 模拟增温方式采用两种尺寸的增温小室, 上下均为正六边形圆台结构。六个侧面均由有机玻璃制成, 透光率95%, 增温小室高度分别为0.4 m (T1)和0.8 m (T2), 面积约为1 m2(T1) 和2 m2(T2), 圆台斜边均与地面成60°倾角。同时在增温室旁边设置相同面积的对照, 每个处理3次重复。于2015年7月安装完成, 开始对小室内的空气和土壤进行增温。本实验共设置了3个基本处理: (1)CK, 自然样地; (2)T1, 增温1.5—2.5℃; (3)T2, 增温3—5 ℃。根据样地中已设置的增温小室内气温资料, 在T1和T2内, 年平均气温相比对照点分别提高了2.1 ℃和4.8 ℃, 增温效果良好。并安装地温计对不同深度土壤温度进行检测, 每30 min记录一次, 自动输出储存于记录仪中, 同时安装空气温湿度传感器, 记录空气温度与湿度。

2. 土壤采集与处理: 于2017年6月、8月和9月, 在各个样方内布设15 cm×15 cm的区域用于土壤的采集, 在样地不同处理用内径5 cm的不锈钢土钻由上至下分0—20 cm 和20—30 cm两段取样。同处理同深度5钻样品混合成一个样品。回实验室后, 样品挑除砾石和根系, 过2 mm筛用于有机碳的测定; 另取一部分新鲜样品冷藏, 用于土壤微生物量碳和溶解性有机碳的测定。

3. 生物量样品的采集处理: 地上生物量和地下生物量均用收获法测定。在样地内随机选取15 cm× 15 cm的样方, 收获每个样方框内植物的地上部分, 于65 ℃烘干至恒重称量后, 计算单位面积内的地上生物量。用内径5 cm的不锈钢钻由上至下分以0—10 cm、10—20 cm两层钻取土芯样品。将每个样方同一层次的3个土柱混合后装于网袋, 带回实验室用流水洗去附着土壤, 在65 ℃烘干至恒重。称量后计算单位面积内的地下生物量。

1.3 测定项目与方法

土壤微生物量碳采用氯仿熏蒸—K2SO4提取法[16]: 用0.5 mol·L-1K2SO4浸提经氯仿熏蒸和未熏蒸土样(水土比4︰1),过滤后滤液中的有机碳利用TOC分析仪测定(Elementra Vario TOC analyzer, Germany); 土壤有机碳测定采用重铬酸钾—外加热法[17]; 土壤溶解性有机碳采用纯水浸提测定步骤为[18]: 取过2 mm筛的鲜土10 g放入100 mL的离心管中, 加入50 mL超纯水(按照土水比1: 5)振荡30 min后离心(5000 r·min-1)10 min(若浑浊则重新离心), 上清液通过循环水真空泵抽滤过0.45 μm的微孔滤膜, 测定滤液土壤DOC质量浓度。

1.4 数据分析

所有数据均用SPSS 22.0统计软件进行分析, 采用Origin 9绘图。

2 结果与分析

2.1 模拟增温对环境因子的影响

2016年月平均气温变化如图2所示, 增温条件下, 小室内年平均气温较对照点CK分别提高了2.1 ℃和4.8 ℃。2016年6—9月5 cm 地温变化如图3所示, 增温条件下, 增温小室内6—9月5 cm平均地温较对照点CK分别提高了1.7 ℃ 和2.8 ℃, 气温的增温幅度大于土壤增温的幅度。相比青藏高原过去每10年气温增长0.32℃ 的增温幅度, 本研究增温效果显著, 持续的增温作用必然会使植被生长发育和土壤有机碳组分发生变化。

2.2 模拟增温对土壤有机碳组分的影响

模拟增温导致高寒沼泽草甸的土壤微生物量碳发生变化(图4、图5)。与CK相比, 在0—20 cm 土层中, 6月土壤微生物量碳含量经T1增温处理增加了49.68%, 呈显著上升趋势(<0.05), 经T2增温处理增加了7.58%。8月经T1、T2处理后分别减少了10.21%, 9.33%, 均呈显著下降趋势(<0.05)。9 月经T1、T2处理后分别增加26.02%, 17.03%, 均呈显著上升趋势(<0.05)。20—30 cm土层经T1增温处理6、8、9月三个月土壤微生物量碳含量分别上升了223.05%, 62.80%, 135.82%, 均呈显著上升趋势(< 0.05)。经T2增温处理土壤微生物量碳含量在6月增加了63.44%, 8月减少了10.10%, 9月减少了3.59%, 6月土壤微生物量碳增加的差异达到显著水平(<0.05)。

图 2 2016年增温小室内外月平均气温

Figure 2 Monthly mean air temperature inside and outside the OTCs in 2016

图 3 6-9月增温小室内外5cm地温

Figure 3 Inside and outside the OTCs 5cm ground tempera­ture from June to September

图中不同小写字母表示各处理间差异显著(P<0.05)。下同

Figure 4 0-20 cm soil microbial biomass carbon content in different growing seasons

图 5 不同生长季 20-30 cm 土层微生物量碳含量

Figure 5 20-30 cm soil microbial biomass carbon content in different growing seasons

模拟增温导致高寒沼泽草甸的土壤有机碳发生变化(图6、图7)。和CK相比, 在0—20 cm土层中, 6月土壤有机碳含量经T1、T2处理后增加了6.07%和减少了15.84%, 这两种变化差异均达到显著水平(<0.05)。而8月, 9月经T1、T2增温处理均呈现显著下降趋势(<0.05), 含量分别减少了18.18%, 38.76%、36.25%, 46.58%。在20—30 cm土层中, 土壤有机碳经T1、T2增温处理土壤总有机碳较CK相比含量均上升。6月增加28.03%, 13.34%, 8月增加37.50%, 19.26%, 9月增加72.72%, 19.09%, 经T1增温处理土壤有机碳差异达到显著水平。

图6 不同季节0-20cm土层土壤有机碳含量

Figure 6 0-20 cm soil organic carbon content in different growing seasons

图7 不同季节20-30cm土层有机碳含量

Figure 7 20-30 cm soil organic carbon content in different growing seasons

图 8, 图 9为模拟增温高寒沼泽草甸的土壤溶解性有机碳的变化。和CK相比, 0—20 cm土层溶解性有机碳经T1、T2增温处理后, 6月含量下降了14.47%、20.77%, 8月下降了5.43%、3.26%, 9月下降了10.00%、11.58%, 均呈下降趋势。20—30 cm土层土壤溶解性有机碳经T1、T2增温处理后并未呈现统一规律, 6月溶解性有机碳含量下降了11.53%, 7.51%, 8月先是上升了4.62%, 后下降了9.99%, 9月上升了7.42%, 5.94%。20-30 cm土层土壤溶解性有机碳并未呈现显著变化趋势。

图 8 不同季节0-20 cm土层溶解性机碳含量

Figure 8 0-20 cm dissolved organic carbon content in different growing seasons

图 9 不同季节20-30 cm土层溶解性机碳含量

Figure 9 0-20 cm dissolved organic carbon content in different growing seasons

2.3 模拟增温对生物量的影响

从图10、图11可以看出增温加速了高寒沼泽草甸植物的生长与发育。8月T1增温使地上生物量增加了8.78 %, T2增温使地上生物量显著增加(<0.05), 增加了64.89%。9月T1、T2增温处理使地上生物量分别增加了28.40%, 31.75%, 均呈显著上升的趋势。

8月 0—10 cm土层经T1增温地下生物量增加了83.46%, 经T2增温后增加了64.89%, 10—20 cm土层地下生物量分别增加了31.09%、10.71%。9月0—10 cm土层地下生物量分别增加了87.52%、69.05%, 10—20 cm土层地下生物量分别增加了23.01%、13.12%。经T1, T2增温处理地下生物量增加的差异均达到显著变化水平。这些数据说明增温促进了高原沼泽草甸植物的生长发育, 但对于地下生物量而言大幅度的增温对这种促进作用有所抑制。

图10 8月时温度升高对生物量的影响

Figure 10 Effect of temperature increase on biomass in August

图11 9月时温度升高对生物量的影响

Figure 11 Effect of temperature increase on biomass in September

2.4 增温后土壤有机碳组分之间的耦合变化关系分析

综合各个月份不同处理土壤关键有机碳组分之间的关系可以看出(图12、图13、图14), 土壤溶解性有机碳与土壤有机碳表现出显著的正相关关系(0.01<<0.05), 土壤微生物量碳与土壤有机碳, 土壤微生物量碳与土壤溶解性有机碳均表现出极显著的正相关关系(<0.01)。这一现象表明土壤SOC的变化在一定程度上制约的土壤MBC与DOC的变化。同时, MBC与DOC之间呈现正相关这一耦合性也与大多数研究结果一致[19]。

3 讨论

3.1 模拟增温对土壤微生物量碳的影响

土壤微生物量碳是土壤有机碳库的重要组成部分, 并且对整个生态系统的养分转化和能量循环起着重要的作用[20], 土壤温度是影响土壤微生物的重要因素。本次的研究表明, T1增温处理增加了高寒沼泽草甸土壤微生物量碳, 经T2增温处理后土壤微生物量碳却下降。长江源地区平均温度较低, 模拟增温提高了土壤温度, 从而加快土壤微生物体内酶的代谢, 使得微生物呼吸的指数上升, 活性加强, 微生物生长加快, 促进土壤微生物的繁殖; 增温同时会使得土壤呼吸速率增加, 从而加快有机碳的矿化, 使得碳的有效性得以增加。增温导致的土壤微生物与土壤呼吸的变化产生的共同作用使得土壤微生物量碳含量增加。这与大多数研究结果一致[15.21]。但温度与土壤微生物量碳的关系并非只是这种简单的线性正相关, 增温幅度过大, 超过了微生物体内酶的最适温度, 导致酶活性降低, 同时使得土壤微生物的适应性降低, 导致大量的土壤微生物失活, 数量减少; 与此同时, 由于增温的幅度过大会导致棚内土壤含水量降低。Cederlunda等[22]的研究表明, 含水量高的土壤微生物量较多, 微生物活性也较高。当土壤含水量降低, 维持微生物生长和繁殖的物质和水分受到制约, 微生物活性降低, 微生物数量减少, 导致土壤微生物量碳含量降低[23]。

图12 SOC与TOC的耦合关系

Figure 12 Relationship between SOC and TOC in the experiment plots

图13 DOC与MBC的耦合关系

Figure 13 Relationship between DOC and MBC in the experiment plots

图14 SOC与MBC的耦合关系

Figure 14 Relationship between SOC and MBC in the experiment plots

8月0—20 cm土层随增温幅度的上升土壤微生物量碳含量下降。7月、8月为风火山地区年平均温度最高的月份, 继续增温, 棚内的蒸发量增加, 土壤水分大幅度减少, 当水分含量低时会抑制酶、呼吸底物以及微生物的活动, 从而影响到土壤呼吸对温度的响应[24], 导致土壤微生物量碳含量下降; 7月、8月植物正处于生长旺盛期, 根系与微生物都需要从土壤吸收营养物质, 两者对土壤养分的需求形成一种竞争关系[25], 而此时由于温度、水分等原因对植物的影响作用大于对土壤微生物的影响, 致使微生物的营养可获得量降低。同时增温通过较高的分解作用增强了植物对矿物营养的吸收[26], 同时部分死的微生物矿化并释放养分, 导致土壤微生物量碳降低。

3.2 模拟增温对土壤有机碳的影响

土壤有机碳是影响土壤肥力和作物产量高低的决定性因素[27]。本研究表明, 增温使得0—20 cm土层土壤有机碳含量下降, 增加了20—30 cm土层土壤有机碳的含量。这是因为模拟增温导致土壤温度升高, 加速了土层有机质的分解速度, 促进微生物代谢, 从而使得土壤有机碳含量下降。这与大部分的研究结果相同[28–29]。6月T1增温使得土壤微生物量碳含量上升。6 月冻土正在消融, 幅度较低的增温, 加速了冻土融化速度, 为植物的生长提供了充足的液态水分, 改变了土层的水热条件, 而温度的升高也有利于根系的生长发育[30], 更多的草根分泌物进入土壤, 导致土壤有机碳含量上升。

20—30 cm土层土壤温度较0—20 cm土层上升缓慢, 同时温度增幅也更小,而这种小幅度的增温会影响植物生长、使得根部新陈代谢加快, 根系凋落物与分泌物增加, 增加输入土壤的凋落物量,从而增加了土壤有机碳的输入[15,31], 此时便出现了经T1处理后土壤有机碳含量上升这种变化。但T2增温幅度过大加快土壤有机碳的分解速率, 从而改变土壤有机碳的分解量[31], 导致根系凋落物与分泌物进入土壤中的有机碳量与由于温度升高造成的土壤有机碳的分解量差值变小[15], 而使得土壤有机碳较T1处理含量低, 但高于对照点CK。

3.3 模拟增温对土壤溶解性有机碳的影响

土壤溶解性有机碳既是土壤生物化学过程的产物, 又是土壤微生物生长, 分解有机碳的重要能源[32]。Christ[33]研究发现样品中的DOC产生量随温度增加而呈指数的函数增加。本研究表明了相反的趋势, 即: 高寒沼泽草甸0—20 cm土层土壤溶解性有机碳随温度的升高而降低。虽然温度的增加会导致微生物活性的增强, 从而促进难以降解的有机质转化为溶解性的有机质, 使得土壤中的溶解性有机碳含量增加, 但是温度的增加同样也会促进土壤呼吸的增强, 加速土壤微生物的生物周转, 促进土壤碳的分解。土壤碳分解的速率大于难降解有机质的转化导致了土壤溶解性有机碳含量的降低。同时温度的增加改变了土壤的含水率。李忠佩等[34]通过室内分析和培育试验, 研究了不同水分条件下溶解性有机碳含量变化以及土壤有机碳矿化的变化, 结果表明, 溶解性有机碳含量与水分条件有着密切的关系。土壤含水率的降低使得土层中溶解性有机碳含量下降。对于20—30 cm土层而言, 土壤温度、含水率、根系的数量较0—20 cm土层变化微小, 从而并未对土壤溶解性有机碳产生明显的影响。常晨晖等[35]利用海拔梯度变化研究了川西高山森林温度变化对于土壤溶解性有机碳的影响, 结果表明海拔3300 m 和3000 m 样地土层溶解性有机碳比海拔3600 m 样地含量更高。王一等[36]以暖温带锐齿栎林土壤为研究对象, 结果显示土壤溶解性有机碳含量在生长季和非生长季对增温处理的响应均未达到显著水平。Liechty等[37]指出温带与寒区域相比, 土壤温度的差异可能导致森林土壤中溶解性有机碳浓度增加16%。相比其他的研究, 此次研究也表明土壤溶解性有机碳对增温的敏感性存在一定的差异, 表明不同生态系统类型下溶解性有机碳对环境变化的响应也不尽相同。

3.4 模拟增温对生物量的影响

模拟增温T1、T2处理增加了高寒沼泽草甸的地上生物量, 地下生物量则出现先上升后下降的趋势。大多数研究认为, 气候变暖会影响植物体内的新陈代谢进而增强了植物的光合作用或通过较高的分解作用使得植物对矿物营养的吸收能力增强, 从而增加了生态系统的生物量生产。Chmielewski[38]研究了近年来欧洲气候变化对植物发育的影响, 研究表明在2—4 月份每变暖 1 ℃将使得植物的生长季提前7 d, 年平均气温增加1 ℃植物的生长季节将延长5 d。Menzel[39]通过分析德国 20 种植物物候观测资料, 发现春季温度每上升 1 ℃物候生长季将提前2.5—6.7 d, 同时也会延后2.4—3.5 d。这些研究都表明温度的提高将会延长植物的生长季, 从而促进生物量的累积。石福孙等[40]研究发现, 0.28 ℃、0.46 ℃、1.4 ℃的年平均增温均使地下0—30 cm 的根系生物量出现不同程度的减少。李娜等[30]研究表明, 2.98 ℃年平均增温使高寒草甸0—5 cm 根系层的生物量增加, 地下 5—20 cm 根系层生物量分配比例减少; 经5.52 ℃年平均增温处理后, 地下生物量有向着深层土壤的根系层转移的趋势。Kudo和Suzuki[41]认为, 短期增温对植物生物量的影响并不显著。现在越来越多的实验结果证实了地下生物量与土壤水分的关系更加密切。对于高寒沼泽草甸而言大幅度的增温会使得土壤含水率将大量减少, 导致根系死亡率增加, 从而减少根系的数量和聚集度。

4 结论

通过以上的分析和结论, 得到以下结论: 增温对青藏高原沼泽草甸的有机碳组分以及生物量产生了明显影响。

(1) T1增温促进了土壤微生物量碳的生成, T2增温幅度过大抑制了土壤微生物的活性, 导致T2内土壤微生物量碳未达到显著变化趋势。

(2) 增温使得表层土壤有机碳含量下降。对于较深层土壤, T1增温促进了根系的生长, 增加了根系分泌物, 使得土壤有机碳含量上升, T2增温使得较深层土壤有机碳含量下降。

(3) 增温使得表层土壤溶解性有机碳含量下降, 较深层土壤溶解性有机碳无明显变化。

(4) 增温促进了高原沼泽草甸地上生物量的生成, 并且增温幅度越大地上生物量增加越多。T1增温促进了地下生物量的生成, T2增温导致了土壤含水量的降低, 从而抑制了地下生物量随温度上升而增加的这种促进作用。

(5) 土壤溶解性有机碳与土壤有机碳表现出显著的正相关关系, 土壤微生物量碳与土壤有机碳, 土壤微生物量碳与土壤溶解性有机碳均表现出极显著的正相关关系。表明土壤有机碳的变化在一定程度上制约土壤微生物量碳与土壤溶解性有机碳的变化。

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Effects of simulated warming on soil organic carbon composition and biomass in alpine swamp meadow in the headwaters region of the Yangtze River

XI Jingyang, BAI Wei*, YIN Pengsong, LIU Yongwan

School of Environmental and Municipal Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China

This study investigated the short-term effects of simulated warming on soil organic carbon pools and plant biomass in alpine swamp meadow.Open-top chambers were used to simulate climate warming. Three treatments were simulated in our experiment: CK (control), T1(temperature increased by1.5-2.5 ℃), and T2(temperature increased by 3-5 ℃).The results are as follows. (1) The soil microbial biomass carbon (MBC) in T1plots increased significantly. In T2plots, the soil microbial activitymight be inhibiteddue to the over rising temperature, thus the soil MBC was not affected obviously. (2) Soil organic carbon (SOC)at 0-20 cm soil depth in the warming plots(T1, T2) was significantly higher than that in CK plots. The SOC at 20-30cm soil depth increased obviously in T1plots,but this positive effect was not significant in T2plots.(3) Warming(T1, T2) increased dissolved organic carbon (DOC) at 0-20cm soil depth but the DOC at 20-30cm soil depth was not significantly influenced.. (4)Warming(T1, T2) showed obvious positive effects on aboveground biomass (AGB), and the greater increase in temperature, the more increase in above-ground biomass. Underground biomass(BGB)increased in T1plots, in contrast,the BGB tended to be inhibited in T2plots. (5) There were significant positive correlations between SOC, MBC and DOC, indicating that the changes in soil MBC and DOC were restricted by the variations in soil SOC.

the headwaters region of the Yangtze River; simulated warming; alpine swamp meadow; soil microbial biomass carbon; soil dissolved organic carbon; biomass

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.01.013

S812.2

A

1008-8873(2019)01-092-10

2018-05-07;

2018-07-05

国家自然科学基金(41563005); 兰州交通大学青年科学基金(2015013)

奚晶阳(1994—), 男, 陕西西安人, 硕士, 主要研究方向为寒旱区生态系统与气候变化, E-mail:xijy123@sohu.com

白炜(1982—), 男, 甘肃兰州人, 副教授, 主要研究方向为寒旱区生态系统与气候变化, E-mail:baiwei915@163.com

奚晶阳, 白炜, 尹鹏松,等. 模拟增温对长江源区高寒沼泽草甸土壤有机碳组分与植物生物量的影响研究[J]. 生态科学, 2019, 38(1): 92-101.

XI Jingyang,BAI Wei,YIN Pengsong, et al. Effects of simulated warming on soil organic carbon composition and biomass in alpine swamp meadow in the headwaters region of the Yangtze River[J]. Ecological Science, 2019, 38(1): 92-101.