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越来越多的证据表明,由于人类活动所导致的大气层中温室气体的富集已经导致地球表面温度在20世纪上升了0.6±0.2℃,并且从现在开始到本世纪末,全球平均气温将升高1.8-4.0℃。气候变暖对陆地生态系统所产生的影响不仅决定于影响效果的量级,并且取决于影响效果所潜在的不可逆性。目前多种碳-气候耦合模型模拟表明气候变暖与陆地生态系统之间存在一种反馈作用,这些模型的模拟过程都是基于土壤呼吸以及光合作用对温度的动力学敏感性。温度一直都被认为是高海拔地区植被的限制因子,气候变暖可能会对高海拔地区植被立地生物量产生重要影响。
本研究以南亚热带鼎湖山自然保护区山地林和针阔叶混交林为研究对象,采用海拔下降模拟增温这一时空互代法研究模拟增温对这两种森林类型中主要树种生理、生长以及土壤呼吸的影响,旨在从森林生态系统碳格局与过程角度揭示南亚热带主要森林生态系统类型对气候变暖的响应机理。其研究结果可以在一定程度上预测在气候变暖情景下不同森林生态系统类型的适应调节能力以及未来群落演替动态,同时为生态系统管理提供营造碳汇林方面的科学依据。
研究结果表明:
1、与对照样地相比,模拟增温样地内土壤温度、土壤湿度发生了变化。山地林600 m、300 m和20 m海拔样地土壤表层温度监测期间平均值分别为18.15、17.79、20.03℃,混交林300 m和20 m海拔样地土壤表层温度年平均值分别为18.94、21.77℃。山地林海拔600 m样地下降至300 m和20 m年土壤年平均温度分别升高了-0.36、1.88℃,混交林海拔300 m样地下降至20 m土壤年平均温度升高了2.83℃。山地林600 m、300 m和20 m样地土壤湿度年平均值分别为19.4、27.0、22.4%,混交林300 m和20 m样地土壤湿度年平均值分别为24.5、21.0%。
2、模拟增温显著促进了山地林、混交林植物叶片光合作用,植物叶净光合速率与叶片温度存在显著相关关系,光合作用最适温度随温度的升高而升高。山地林的植物叶气孔导度随模拟温度上升全年呈现出增加趋势,而混交林的植物叶气孔导度在模拟增温条件下干季增加,湿季下降。
3、模拟增温对山地林的鼠刺、针阔叶混交林木荷与马尾松生长有显著的促进作用。
4、在模拟增温处理下,山地林、针阔叶混交林土壤呼吸速率有略微的增加趋势。各实验处理下土壤呼吸速率均与土壤温度有显著的指数正相关关系。增温降低了土壤呼吸温度敏感性,预示长期增温条件下土壤呼吸会逐渐适应。
本研究表明南亚热带山地林、针阔叶混交林土壤呼吸、光合作用对气候变暖响应表现显著。通过模拟增温实验,发现该地区山地林、针阔叶混交林在模拟增温条件下土壤呼吸、光合作用皆有升高趋势。这些发现对南亚热带森林生态系统碳循环以及气候变暖研究有重要意义。