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沈陽(yáng)生態(tài)所等揭示降水變化對(duì)植物生產(chǎn)力的影響及其機(jī)制

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沈陽(yáng)生態(tài)所等揭示降水變化對(duì)植物生產(chǎn)力的影響及其機(jī)制

摘要:   化石燃料燃燒和土地利用等人類活動(dòng)向大氣排放了大量的二氧化碳,導(dǎo)致了全球變暖,也從而改變?nèi)蛩难h(huán)。模型模擬顯示全球和區(qū)域尺度上未來(lái)的降水格局還將發(fā)生顯著的變化。例如,政府間氣候變化專門委員會(huì)第五 ...

  化石燃料燃燒和土地利用等人類活動(dòng)向大氣排放了大量的二氧化碳,導(dǎo)致了全球變暖,也從而改變?nèi)蛩难h(huán)。模型模擬顯示全球和區(qū)域尺度上未來(lái)的降水格局還將發(fā)生顯著的變化。例如,政府間氣候變化專門委員會(huì)第五次評(píng)估報(bào)告顯示北半球中緯度地區(qū)降雨量會(huì)增加、降雨量的年際間變異以及極端降雨事件的頻率也會(huì)增加。在干旱半干旱地區(qū),降水增加很可能會(huì)提高植物生產(chǎn)力和生態(tài)系統(tǒng)碳吸存,因而減緩未來(lái)氣候變化。但是有關(guān)降雨對(duì)生產(chǎn)力的影響證據(jù)主要來(lái)自多地區(qū)或者相同地區(qū)多年份的自然降雨梯度實(shí)驗(yàn)、或者降水變化短期的控制實(shí)驗(yàn)(5年)。降雨增加是否持久提高草地生態(tài)系統(tǒng)植物生產(chǎn)力仍然不清楚。
  中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)學(xué)習(xí)所方運(yùn)霆和姜勇兩個(gè)團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院植物學(xué)習(xí)所韓興國(guó)團(tuán)隊(duì)等合作,通過(guò)在中科院多倫恢復(fù)生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)站內(nèi)蒙古典型草原進(jìn)行十年的水分和氮素添加控制實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)處理前六年,降雨增加顯著提高植物生產(chǎn)力、土壤可利用氮和葉片氮含量。但是,在接下來(lái)的四年,降雨增加不再提高植物生產(chǎn)力以及土壤和植物氮含量。然而在水氮同時(shí)添加的處理中,植物生產(chǎn)力持續(xù)增加,土壤可利用氮和葉片氮含量也持續(xù)增加(圖1)。該學(xué)習(xí)結(jié)果表明在長(zhǎng)期的降水增多后,氮供給限制了水分對(duì)植物生產(chǎn)力的促進(jìn)作用,也表明過(guò)去的模型高估了降水對(duì)草地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和碳吸存的作用。通過(guò)對(duì)植物和土壤、土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的穩(wěn)定同位素自然豐度的進(jìn)一步學(xué)習(xí),發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)后期降雨增加導(dǎo)致氮損失增多,其中反硝化作用很可能是氮損失的重要途徑,從而加劇了氮供給對(duì)植物生長(zhǎng)的限制(圖2)。這些結(jié)果表明草地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)長(zhǎng)期降雨增加的響應(yīng)格局受土壤氮可利用性的調(diào)節(jié),長(zhǎng)期降雨增加會(huì)導(dǎo)致半干旱地區(qū)從水氮共同限制轉(zhuǎn)變?yōu)榈?dú)立限制,也表明氣候變化將誘導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)資源限制類型發(fā)生改變。
  該成果于3月30日在線發(fā)表于生態(tài)學(xué)專論(Ecological Monographs)。方運(yùn)霆團(tuán)隊(duì)的任海燕和姜勇團(tuán)隊(duì)的徐柱文為論文共同第一作者,方運(yùn)霆為通訊作者。該學(xué)習(xí)得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)博士后科學(xué)基金的資助。
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  圖1.水分和氮添加對(duì)內(nèi)蒙古典型草地生態(tài)系統(tǒng)凈初級(jí)生產(chǎn)力(A)、土壤可利用氮含量(B)和植物氮濃度(C)的影響。Control、Water、N和Water + N分別表示對(duì)照(不加水也不加氮)、水分添加、氮添加、水分和氮同時(shí)添加四個(gè)處理。



  圖2.水分和氮添加對(duì)內(nèi)蒙古典型草地植物和土壤穩(wěn)定同位素特征的影響。處理八年后,水分添加、氮添加或水分氮同時(shí)添加處理都增加植物、土壤、土壤銨態(tài)氮和銨態(tài)氮15N自然豐度,說(shuō)明這些處理加速了的土壤氮循環(huán)和氮損失。土壤硝酸鹽18O和15N自然豐度的相關(guān)性能說(shuō)明反硝化作用(氣態(tài)氮損失主要途徑)的發(fā)生,因?yàn)榉聪趸饔冒l(fā)生會(huì)導(dǎo)致剩余沒(méi)有被利用的硝酸鹽18O和15N自然豐度按0.5到1的比例增加(本學(xué)習(xí)的比例是0.56)。沈陽(yáng)生態(tài)所等揭示降水變化對(duì)植物生產(chǎn)力的影響及其機(jī)制  |  責(zé)任編輯:蟲子
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