青藏高原高寒草地土壤呼吸对增温的响应开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

青藏高原高寒草地，总面积达70104Km2,是我国主要的草地之一，占青藏高原总面积的60%左右(Yangetal.2008)。高寒草地是青藏高原的主要植被类型，具有高的土壤碳储量和土壤碳密度。作为气候变化的敏感区和脆弱区，青藏高原正经历着降水变化和高于全球平均速度的增温过程(王永慧等,2014)，但迄今为止很少有针对青藏高原高寒草地土壤呼吸对气候变暖响应的长期研究。

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要组成部分，是大气和陆地生态系统间仅次于植物光合生产的第二大C通量，贡献了陆地生态系统碳流失的2/3(LuoZhou,2006)。呼吸作用是受温度调控的生物化学反应，因而温度是土壤呼吸最关键的控制因素(MichaelisandMentan1913;Lloydand Taylor,1994)

青藏高原受季风的影响形成了独特的气候，非生长季寒冷干旱，且不具有持续的雪被，有别于其他高寒地区，但这也意味着全球范围内其他针对高寒地区土壤呼吸对温度变化响应的相关研究结果可能不适用于青藏高原高寒草地。一般认为，相对于温暖地区，寒冷地区土壤呼吸具有更高的温度敏感性，青藏高原的迅速增温也必然会引起土壤呼吸的变化，甚至破坏其光合生产与呼吸两者之间的平衡，改变其碳源/汇功能。因此研究青藏高原高寒草地土壤呼吸对气候变暖的响应具有重要意义。

2. 研究的基本内容和问题

本研究选择西北高原生物研究所海北高寒草地生态系统定位研究站(海北站，纬度3730′n,经度10112′e,海拔3200m)，以高寒矮嵩草草甸为研究对象，在增温(2水平：对照，增温)和降水改变(3水平：-50%降水，对照， 50%降水)处理下，通过对连续3年监测的土壤呼吸数据的分析，结合本课题组前几年的工作，分析高寒草甸生态系统水热条件改变后土壤呼吸的变化。

本研究主要关心以下问题：

(1)温度、水分变化对青藏高原全年及生长季、非生长季土壤呼吸有何影响？

3. 研究的方法与方案

总体设计为增温(2水平：对照，增温)、降水(3水平：-50%降水，对照， 50%降水)双因素完全随机区组设计，共6个处理(增温和 50%降水，增温，增温和-50%降水，对照， 50%降水，-50%降水)，每个处理设置6个重复。

研究利用西北高原研究所海北站于2011建立的增温降水实验平台，增温处理采用红外灯管加热器模拟增温，两个1200w红外加热灯管(220v,长1000mm,宽22mm)平行悬挂于距地表150cm处。增温小区与对照小区5cm土壤温度差设置为1.5-1.8℃。减水50%的处理采用集雨棚采集来模拟减水，4个透明的聚碳酸树脂通道(面积占整个小区面积的50%)以15度角固定在加热灯管的上方，截留的雨水通过管道流入白色聚乙烯塑料雨水采集器里，并每次及时将减水处理小区采集器的雨水添加到增水的小区，以确保达到增水50%的目的。

为减少或消除辐射器及管道或其它因素造成的试验误差，在相应对照小区上方均设置与红外灯管大小形状相同的2个假灯以及4个透明的聚碳酸树脂通道。另外，在每个小区四周埋入铁皮以减少地表径流的影响，冬季根据当地实际情况采取自由放牧以排除周边人为环境影响。

4. 研究创新点

本研究采用2套全自动土壤呼吸长期监测系统对增温样地和对照样地的土壤呼吸速率以每小时一次的频率进行测定，这在国内是罕有的。考虑到青藏高原冬季极端寒冷，我们将全自动土壤呼吸监测系统安置于一台装有Toky-AI208自动温度控制器的自行设计的人工保温箱内，使其即使在冬季，温度也能维持在5℃以上而正常工作。

5. 研究计划与进展

拟分析自2013年12月至2015年9月增温样地和对照样地土壤呼吸变化规律，并结合课题组前期工作，探讨温度、水分变化对土壤呼吸的影响，并分析青藏高原生长季和非生长季土壤呼吸温度敏感性有何不同。