土壤呼吸 | 積雪對有/無凋落物的溫帶森林土壤CO2及其δ13C值的影響

在這銀裝素裹的世界里，下雪不僅帶來了詩意的畫卷，還為大地覆蓋了一層白色的絨毯，守護(hù)著生命的源泉，對土地土壤的呼吸也產(chǎn)生著影響。

在漫長的冬季里，積雪和大地度過了一個又一個寧靜的時光。積雪不僅保護(hù)了土地的水分，還防止了土地溫度的劇烈變化；當(dāng)春回大地，雪慢慢融化，雪水還會滋潤著大地。在這些過程中，積雪下土壤中的微生物是一場狂歡還是一片沉寂呢？

接下來跟隨一篇優(yōu)秀的文章來了解一下這些過程~

永凍層和季節(jié)性積雪區(qū)域占全球陸地表面的60%左右，占全球土壤有機(jī)碳（C）儲量的70%以上。積雪直接影響表土和大氣之間的熱交換，減少土壤溫度波動的影響。在嚴(yán)寒條件下，較厚的積雪可防止土壤結(jié)霜，為地下微生物活動提供相對穩(wěn)定的生活環(huán)境。然而，在全球氣候變化背景下，北半球春季陸地積雪面積正逐年減少，預(yù)計本世紀(jì)末將減少25%。季節(jié)性積雪模式對全球氣候變化具有復(fù)雜且多樣的響應(yīng)，可能會通過光、熱、水和養(yǎng)分等資源再分配來影響森林生態(tài)系統(tǒng)的地上和地下過程。土壤呼吸作為土壤C循環(huán)的重要過程，占據(jù)森林生態(tài)系統(tǒng)呼吸的60%以上，氣候變化導(dǎo)致的土壤呼吸的微小變化甚至?xí)鹕稚鷳B(tài)系統(tǒng)呼吸的重大變化。積雪和氣溫升高之間的相互作用影響土壤凍融循環(huán)，導(dǎo)致土壤性質(zhì)和土壤CO₂排放的變化。作者認(rèn)為冬季積雪會影響不同季節(jié)土壤微生物呼吸及其δ¹³C值，且會隨著林分和凋落物的存在而變化，然而，目前，關(guān)于該方向的研究十分有限。

基于此，為盡可能降低其他環(huán)境因素的影響，研究者們在長白山森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站附近的溫帶森林林地（溫帶紅松闊葉混交林（BKPF）和白樺林（WBF））采集帶有凋落物的土柱帶回實(shí)驗室，一半去除凋落物，一半保留。人工雪（輕/重）覆蓋，根據(jù)野外土壤溫度和氣溫的全年變化，利用低溫培養(yǎng)箱進(jìn)行長期培養(yǎng)實(shí)驗，合理設(shè)置不同季節(jié)的模擬溫度水平變化。利用SF-3000+碳同位素分析儀測定土柱中的CO₂排放量及土壤呼吸CO₂的δ¹³C以研究人工積雪和凋落物的存在對中國東北長白山地區(qū)典型溫帶森林土壤異養(yǎng)呼吸及其δ¹³C值的影響。

不同階段加雪量及加雪時間

研究結(jié)果

不同培養(yǎng)階段有/無凋落物的積雪覆蓋的大型森林土柱釋放CO_2?的δ¹³C值的動態(tài)變化

不同培養(yǎng)階段有/無凋落物的積雪覆蓋的大型森林土柱釋放CO₂?的δ¹³C平均值箱線圖

有/無凋落物下土柱CO₂排放量與其相應(yīng)δ¹³C值之間的關(guān)系

研究結(jié)論

該分析系統(tǒng)可用于研究實(shí)驗室條件下未受干擾的大型土柱的異養(yǎng)呼吸變化及其相應(yīng)的δ¹³C值。根據(jù)全年四個不同季節(jié)的室內(nèi)模擬實(shí)驗，人工積雪對森林土壤異養(yǎng)呼吸及其δ¹³C值的影響可能因季節(jié)、凋落物的存在和森林類型而異。在秋季凍融模擬中，與輕雪覆蓋相比，重雪覆蓋時的CO₂排放量相對較大，土壤呼吸CO₂的δ¹³C值也較小，這表明冬季結(jié)冰前積雪增加可能會增加溫帶森林地下土壤有機(jī)碳的分解。隨著模擬春季凍融的進(jìn)行，所有處理中土壤呼吸CO₂的δ¹³C平均值變得不那么小，這與秋季凍融模擬期間觀察到的δ¹³C值的變化相反。模擬春季凍融期間，重雪覆蓋時土壤呼吸CO₂的δ¹³C值比輕雪覆蓋時更負(fù)，這與模擬秋季凍融期間和生長季觀測到的δ¹³C值的變化相反。無論積雪以及凋落物是否存在，在模擬生長季節(jié)與非生長季節(jié)，所有大型土柱上均觀察到土壤異養(yǎng)呼吸¹³C富集變化（平均約4.2‰），這可歸因于土壤水分、釋放到土壤中的有機(jī)碳化合物的數(shù)量和質(zhì)量以及實(shí)驗條件下的土壤微生物特性。通常，陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤異養(yǎng)和自養(yǎng)呼吸的δ¹³C值的季節(jié)變化在一定程度上可以反映SOM分解對環(huán)境條件的響應(yīng)。本研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了冬季積雪和凋落物的存在對溫帶森林全年土壤呼吸及其δ¹³C值的影響，需要未來在野外條件下進(jìn)一步研究，通過適度考慮土壤理化和微生物特性以及細(xì)根生物量引起的激發(fā)效應(yīng)對土壤呼吸δ¹³C和土壤碳動態(tài)的調(diào)節(jié)作用，探索關(guān)鍵的內(nèi)在影響機(jī)制。

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