地下碳排放的植物蒸腾流传输进程对全球变暖的响应

Raising temperature experiment of forest in high latitudes for more than 20 years, have found that forest ecosystem carbon balance has a negative feedback mechanism to warming. The increase in aboveground biomass was offset by the increase in soil respiration. Recent studies have shown that, CO2 from forest soil respiration can be transferred to the aboveground through tree evapotranspiration and eventually released into the atmosphere, which may lead to the underestimation of forest carbon balance through measurement of soil CO2 efflux. Especially in the moist low latitudes region, forest transpiration velocity is larger. Thus the forest carbon balance feedback mechanism to warming has cause people's attention. Based on warming control experiment platform of natural evergreen broadleaved forest and Chinese fir plantation, we study the effect of warming on the negative feedback mechanism through application of in situ isotope labeling technique of 13C, long-term chamber for high-frequency soil respiration, thermal dissipation probe, and non-dispersive infrared CO2 probes. This project will determine whether plant transpiration stream transmission process of belowground carbon emissions affects carbon balance feedback mechanism of humid subtropical forest ecosystem in the future as global warming. For evaluation of humid subtropical forest carbon balance response to global warming is of great significance.

中高纬度地区森林进行了20多年的增温实验，发现森林生态系统碳平衡对增温具有负反馈机制，表现在通过增加地上部分植物生物量，来抵消增温导致土壤呼吸的增加。最近研究表明，森林土壤呼吸可以通过林木蒸腾流传输至地上并最终释放入大气，这导致传统方式测量土壤地下部分呼吸来评估森林碳平衡的方法出现严重低估。特别是湿润中低纬度，林木蒸腾流速较大，其森林生态系统碳平衡负反馈机制对增温的响应备受人们关注。本项目拟以湿润亚热带常绿阔叶树天然林和在其采伐迹地上营造的杉木人工林为研究对象，依托自主研发野外增温实验平台，应用原位13C同位素标记技术、高频土壤呼吸长期室、侵入式热耗散探针和非分光红外CO2探头来研究增温对这种负反馈机制的影响。试图揭示全球变暖背景下湿润亚热带森林生态系统碳平衡负反馈机制是否受到地下碳排放的植物蒸腾流传输进程的影响，对科学认识与评价湿润亚热带森林生态系统碳平衡对全球变暖的响应具有重要意义。

森林土壤地下部分的呼吸能够通过蒸腾流被内部传输并且通过树干和树冠直接释放到大气中，这意味着使用传统的土壤CO2通量监测手段来分析森林碳平衡进程可能严重低估了根呼吸和异养呼吸的量，进而对森林生态系统对增温的负反馈机制是否成立提出挑战。在过去的几十年间，人们使用了大量不同的技术来量化森林土壤的碳排放通量，但是所有传统的方法都是基于根呼吸的CO2是先扩散到土壤中再进入大气的这种假设。但是最近很多研究也发现， 植物冠层的光合作用和地下自养呼吸之间似乎存在一定的关系，但很少有研究注意到二者之间的其他相互关系，即地下的自养呼吸是否能通过内部传输可溶性的CO2到地上部分，并通过碳同化进行耦合。树根呼吸产生的CO2可能大量通过蒸腾流向上传输并到达地上的组织。传输到地上后，大部分迅速通过植物的树干、枝条释放 进入大气，也可能通过同化作用进入植物组织。增温对根呼吸的影响可能更多地促进蒸腾流途径传输的CO2而不是扩散到土壤的那一部分CO2。本项目以亚热带常绿阔叶树和杉木为研究对象，依托已经成熟运行3年的野外增温实验平台，通过自主研发的高分辨率土壤呼吸长期室、树干CO2通量扫描系统、叶片光合/暗呼吸分离腔室等方法来研究根系呼吸通过蒸腾流地上排放的机制及其对增温的响应，得出了以下主要结论：(1) 研究发现森林土壤根呼吸的日间波动幅度要远大于异养呼吸，在干热的夏季这种趋势要远大于冬季。(2) 使用高时间分辨率明暗自动化腔室监测泡桐叶片的CO2净交换量和暗CO2排放量。发现泡桐叶片的暗CO2排放量大大超过了利用夜间呼吸进行机器学习来预测的白天呼吸的量，而且遮光导致的叶片暗CO2排放时间动态与叶片蒸腾速率高度同步，抑制叶片的蒸腾速率可以高度抑制这种叶片暗CO2排放的产生。(3) 增温显著抑制了通过传统土壤呼吸监测方式测定的根呼吸(p<0.01)。.研究结果对深入理解全球变暖对森林生态系统碳循环影响具有重要科学价值，对完善全球碳循环模型具有重要意义。

内容获取失败，请点击重试