模拟降雨量变化对黄河三角洲湿地土壤呼吸的影响及机制

	模拟降雨量变化对黄河三角洲湿地土壤呼吸的影响及机制
	李新鸽
学位类型	博士
导师	韩广轩研究员
	2023-05-21
培养单位	中国科学院烟台海岸带研究所
学位授予单位	中国科学院大学
学位名称	工学博士
学位专业	环境科学
关键词	降雨量变化滨海湿地土壤呼吸速率土壤呼吸组分气候变化
摘要	滨海湿地由于较高的初级生产力、较低有机质分解速率以及较高的碳埋藏速率，被称为是缓解全球变暖重要的“蓝碳”资源。同时滨海湿地位于海陆交错的生态脆弱区，对全球变化十分敏感，尤其是对气候变暖背景下加剧的全球水文循环导致的降雨量变化响应敏感。土壤呼吸作为滨海湿地土壤碳库向大气释放CO2的最大碳通量，对降雨量变化的响应对于正确评价滨海湿地的固碳潜力具有重要的意义。然而现阶段滨海湿地土壤呼吸速率及其组分对于降雨量变化的响应模式和内在机制仍不清楚。而且随着野外控制试验处理年限的增加，土壤呼吸对降雨量变化的响应是否会受到气候变化的影响也十分不确定。因此本研究以黄河三角洲滨海湿地为研究对象，通过开展多年降雨量增减野外控制试验（包括降雨减少60%、降雨减少40%、对照、降雨增加40%、降雨增加60%共五种降雨处理）和室内分析实验，并结合土壤呼吸组分分离技术，探究了降雨量变化对土壤理化性质（土壤湿度、土壤温度、土壤电导率、土壤酸碱度、土壤铵态氮、土壤硝态氮、土壤可溶性有机碳和土壤微生物量碳）、植物群落特征（植物物种多样性、植被叶面积指数、植被地上、地下以及总生物量）以及土壤呼吸速率及其组分（土壤自养呼吸和土壤异养呼吸）的影响及机制，同时探究了多年气候变化对土壤呼吸随梯度降雨处理敏感性的影响，主要结果包括以下几个方面：（1）模拟降雨量变化显著影响了滨海湿地土壤理化性质和植物群落特征。不同降雨处理下土壤湿度、土壤铵态氮、土壤可溶性有机碳和土壤微生物量碳都随着试验梯度降雨量的增加而显著增加；土壤温度和土壤电导率随着试验梯度降雨量的增加而显著降低。同时模拟降雨量变化也显著影响了滨海湿地植物群落特征，不同降雨处理下植物物种多样性指数、植被叶面积指数以及植被地上、地下以及总生物量均随着试验梯度降雨量的增加而显著增加。（2）滨海湿地土壤呼吸速率随着试验降雨梯度呈现正不对称响应趋势。不同降雨处理下年平均土壤呼吸速率与降雨量呈指数正相关关系，土壤呼吸速率在增雨处理下的增加量要显著大于减雨处理下的减少量。同时植被地下生物量和叶面积指数与土壤呼吸速率一致，均随着试验降雨梯度呈现正不对称响应趋势。而且在不同降雨处理下，植被地下生物量和叶面积指数与土壤电导率之间线性回归斜率的大小均是增雨处理大于减雨处理。因而减雨处理下植被对土壤盐渍化的适应导致了土壤呼吸速率随试验降雨梯度的正不对称响应。（3）降雨处理显著改变了滨海湿地土壤呼吸组分占总呼吸的比例，同时相对于土壤异养呼吸，土壤自养呼吸对降雨处理更加敏感。增雨处理显著提高了土壤自养呼吸占总呼吸的比例，但显著降低了土壤异养呼吸占总呼吸的比例。同时不同降雨处理下土壤自养呼吸和异养呼吸均与降雨量呈指数正相关关系，土壤自养呼吸与降雨量的回归参数要大于土壤异养呼吸与降雨量的回归参数。此外，土壤自养呼吸对降雨处理的响应主要与土壤电导率、地上生物量和叶面积指数有关。而土壤异养呼吸对降雨处理的响应主要与土壤湿度、地上生物量和土壤微生物量碳有关。（4）气候的年际变化决定了滨海湿地土壤呼吸对试验梯度降雨处理的敏感性。通过指数模型量化土壤呼吸对试验降雨处理的敏感性，发现气候变化中环境降雨量与土壤呼吸对降雨处理的敏感性之间呈显著负相关关系。同时土壤呼吸对降雨处理的敏感性与植被地下生物量与降雨处理的敏感性间呈正相关关系。而且土壤呼吸组分（自养呼吸和异养呼吸）也均和植被地下生物量呈正相关关系。因而气候变化主要通过影响植被地下生物量对降雨处理的敏感性来影响土壤呼吸对降雨处理的敏感性。综上所述，植被生长发育对土壤盐渍化的适应是滨海湿地土壤呼吸速率随试验降雨梯度呈正不对称响应的主要决定因素。同时相对于土壤异养呼吸，土壤自养呼吸对试验降雨处理更加敏感。此外，气候变化决定了滨海湿地土壤呼吸对降雨处理的敏感性。我们的研究结果强调了土壤盐度和气候变化在调节滨海湿地土壤碳循环对降雨处理响应中发挥着重要作用。同时土壤呼吸组分对降雨处理敏感性的差异表明未来降雨变异的增加可能对滨海湿地土壤碳库的稳定性产生负面影响。
页数	152
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.yic.ac.cn/handle/133337/32037
专题	中国科学院烟台海岸带研究所知识产出_学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	李新鸽. 模拟降雨量变化对黄河三角洲湿地土壤呼吸的影响及机制[D]. 中国科学院大学,2023.

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李新鸽-博士学位论文.pdf（6154KB）	学位论文		开放获取	CC BY-NC-SA	请求全文