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《自然—地球科学》：耶鲁大学梁国鹏等揭示土壤湿度调控长期增温对森林土壤呼吸的影响

已有 1445 次阅读 2024-8-21 22:50 |系统分类:博客资讯

耶鲁大学梁国鹏博士与合作者揭示土壤湿度调控长期增温对森林土壤呼吸的影响。该项研究成果于北京时间2024年8月20日在线发表在国际学术期刊Nature Geoscience。

梁国鹏是第一作者兼通讯作者。美国明尼苏达大学Peter Reich是共同通讯作者。

1. 研究背景

尽管地上及地下温度在未来会同时增加，但大多数研究只对地上或者地下增温，并且缺乏长期观测数据来揭示增温对于森林土壤呼吸影响的机理。

2. 研究方案

借助野外控制试验的方法，作者们在明尼苏达州的两个试验站点（CFC和HWRC）对森林幼苗进行了地上与地下同时增温，并测定了增温与其它两种因素（降雨量与冠层开放度）的交互作用。增温处理包括：对照（不升温）、升温1.7 °C、升温3.3 °C；降雨量处理包括100 %与60 %降雨量；冠层开放度包括开放式与封闭式。在13年的试验期间，累计测定了22386次土壤呼吸。

3. 研究结果

首先，相较于仅存的另外两个长期森林增温试验（Harvard Forest [26年]和Flakaliden warming experiment [16年]，两个试验都只对地下进行了增温处理），我们试验的每单位地上地下同时增温导致的土壤呼吸增加程度更高（可达另外两个试验的2至8倍）。这很有可能是因为地上增温可以进一步提高植物生长以及凋落物，最终增加土壤的碳投入量，进而提高土壤微生物活性及土壤呼吸。此结果表明，只增加地上或者地下温度的试验设计很有可能低估全球气候变暖对土壤呼吸的提升作用。

其次，结构方程模型表明，一方面，增温可以通过提高土壤温度进而增加土壤呼吸；另一方面，增温也会降低土壤含水量进而抑制土壤呼吸（图2）。而干旱可以进一步激化增温导致的土壤干旱，最终削弱增温对土壤呼吸的增加效应。此结果表明，土壤呼吸对增温的响应受到降雨量的极大影响。

第三，在土壤处于较湿润情况下，增温一般显著提高土壤呼吸；然而在土壤极度干旱的情况下，增温对土壤呼吸的提升作用减弱，甚至出现增温降低土壤呼吸的现象（图3）。这极大可能归因于，在本就土壤干旱的情况下，增温进一步加剧了土壤微生物的缺水现象，最终降低了土壤呼吸。此结果表明，土壤干湿程度能显著改变增温对土壤呼吸影响的程度甚至方向。因此，此现象应该受到高度重视，否则的话，在降雨以及土壤含水量波动极大的未来，我们可能错误地估算森林土壤呼吸在全球变暖情况下的变化。

最后，增温对土壤呼吸的影响在年际间呈现极大的变化（图4），此结果表明了长期试验的重要性。否则的话，只依靠短期试验的结果，我们很有可能高估或者低估全球增温对森林土壤呼吸的影响。

作者简介

梁国鹏博士现为耶鲁大学Brown Postdoc Fellow。博士期间师从Bonnie Waring教授，于2022年在犹他州立大学获生态学博士学位。而后在明尼苏达大学师从Peter Reich（美国科学院院士）从事博士后研究工作。主要研究方向包括气候变化（如氮沉降、增温、干旱）及农田管理措施（如施肥、耕作）对陆地生态系统碳循环（如土壤呼吸、农作物产量、植物生物量及土壤微生物）的影响。在SCI期刊发表文章40余篇，以第一作者发表SCI论文10篇（Nature Geoscience、Nature Communications、Global Ecology and Biogeography、Biogeochemistry、Global Food Security、Plant and Soil、Soil and Tillage Research等）。H指数为20，累计论文被引1700余次。担任Soil Use and Management（英国皇家土壤学会刊物）副主编，并为SCI期刊（如Global Change Biology、Ecology、Soil Biology and Biochemistry等）审稿120余次，并担任美国农业部国家食品和农业研究所（USDA NIFA）基金审稿人。现任耶鲁大学亚洲联合会社交与文化分会主席、美国全国博士后协会自然与物理委员会委员、美国地球物理学会生物地球科学分会会议筹备委员会委员、耶鲁大学中国学生学者联合会职业发展部委员、北美植物与土壤华人协会博士后代表。曾先后获得孟山都奖学金（Sponsored by Monsanto Company）、全球植物营养协会奖（Sponsored by International Plant Nutrition Institute）、美国碳循环项目领导力奖（U.S. Carbon Program Leadership Award Sponsored by NASA, NOAA, USDA, and USFS）、美国生态学会生物地球科学分会最佳论文奖（The Gene E. Likens Award Sponsored by the Ecological Society of America: Biogeosciences section）、中华海外生态学者协会青年科学家最佳论文奖（The Sino-Eco Young Investigator Paper award）等。

更多信息请参考：https://guopengliang.wixsite.com/ecosystem-ecology