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，守護著生命的源泉，對土地土壤的呼吸也產生著影響。

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。積雪不僅保護了土地的水分，還防止了土地溫度的劇烈變化；當春回大地，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？
 

接下來跟隨一篇優秀的文章來了解一下這些過程~
 

永凍層和季節性積雪區域占全球陸地表面的60%左右，占全球土壤有機碳（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。在嚴寒條件下，較厚的積雪可防止土壤結霜，為地下微生物活動提供相對穩定的生活環境。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，預計本世紀末將減少25%。季節性積雪模式對全球氣候變化具有復雜且多樣的響應，可能會通過光、熱、水和養分等資源再分配來影響森林生態系統的地上和地下過程。土壤呼吸作為土壤C循環的重要過程，占據森林生態系統呼吸的60%以上，氣候變化導致的土壤呼吸的微小變化甚至會引起森林生態系統呼吸的重大變化。積雪和氣溫升高之間的相互作用影響土壤凍融循環，導致土壤性質和土壤CO₂排放的變化。作者認為冬季積雪會影響不同季節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，關于該方向的研究十分有限。
 

基于此，為盡可能降低其他環境因素的影響，研究者們在長白山森林生態系統國家野外科學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驗室，一半去除凋落物，一半保留。人工雪（輕/重）覆蓋，根據野外土壤溫度和氣溫的全年變化，利用低溫培養箱進行長期培養實驗，合理設置不同季節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典型溫帶森林土壤異養呼吸及其δ¹³C值的影響。

不同階段加雪量及加雪時間
 

研究結果
 

不同培養階段有/無凋落物的積雪覆蓋的大型森林土柱釋放CO₂ 的δ¹³C值的動態變化
 

不同培養階段有/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δ¹³C值之間的關系
 

研究結論

該分析系統可用于研究實驗室條件下未受干擾的大型土柱的異養呼吸變化及其相應的δ¹³C值。根據全年四個不同季節的室內模擬實驗，人工積雪對森林土壤異養呼吸及其δ¹³C值的影響可能因季節、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，這表明冬季結冰前積雪增加可能會增加溫帶森林地下土壤有機碳的分解。隨著模擬春季凍融的進行，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，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，在模擬生長季節與非生長季節，所有大型土柱上均觀察到土壤異養呼吸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碳化合物的數量和質量以及實驗條件下的土壤微生物特性。通常，陸地生態系統土壤異養和自養呼吸的δ¹³C值的季節變化在一定程度上可以反映SOM分解對環境條件的響應。本研究結果強調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一步研究，通過適度考慮土壤理化和微生物特性以及細根生物量引起的激發效應對土壤呼吸δ¹³C和土壤碳動態的調節作用，探索關鍵的內在影響機制。
 

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