多年降雨减少处理导致西双版纳热带雨林碳动态...

2022-02-12 09:16:29 来源：今日健康网作者：分享：

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　　西双版纳热带雨林地处世界大三雨林群系之一：印度—马来雨林群系的北缘，温度和降雨条件都处在雨林生态系统的最低水平，被认为是研究气候变化与生态系统关系的理想天然实验室，历史数据和模型模拟的结果均表明，中国西南部分地区及中南半岛部分地区未来遭遇干旱的概率和强度将增加。为探究降雨减少对西双版纳热带雨林的影响，全球变化研究组于2011年初在中国科学院西双版纳热带植物园原始林内搭建了大型人工减雨控制实验（30m×30m，50%投影面积遮挡），并开展了连续多年的土壤、植物监测。

　　水分控制的第8-9年，大树的死亡率增加导致植物碳库骤降；减雨处理的凋落物输入和异养输出均大于对照，净碳汇量也大于对照，导致土壤最上层1米碳氮养分增加，然而这并不能补偿植物碳库的损失和幼苗的减少，减雨第10年的幼苗调查数据显示，减雨单位面积幼苗（胸径＜1cm，高度＞1m，主干已完成木质化）数量显著低于对照。大树在第8年的死亡率增加及幼苗数量的减少（仅仅为对照的2/5）指示了更为严重的生态影响可能会发生在未来数十年（林下光变强，导致升温，进而导致大气湿度减小），持续的减雨可能导致样地群落发生演替。另一方面，由于模拟干旱对植物碳汇的负面影响直到控水的第8年才逐渐显示出来，可以认为西双版纳热带雨林对干旱有着一定的抵御能力。为进一步探讨西双版纳热带雨林碳交换对干旱的敏感性、恢复力，利用涡度相关法获得的碳通量及相关气象数据（12年）进行了一系列分析，残差分析表明，西双版纳热带雨林对土壤干旱（由土壤体积含水量VWC，指示）的响应远不及对大气干旱（由饱和水气压差VPD,指示）的敏感，或许与植物可在干季利用更深层的水分有关。树木生长环的数据也表明，对于存活下来的个体，在较为严重的干旱来临时，树木径向生长变缓甚至萎缩，但之后对雨季的径向生长不构成影响，这说明存活的树木较好地适应了季节干旱。

　　本研究对幼苗的关注及年内时间尺度的分析拓展了对热带雨林与干旱关系的认知。首先，与以往的认知不同，热带雨林中对长期土壤干旱最敏感的可能不是大树，而是幼苗，后者代表着森林的未来。其次，短时间尺度上，热带雨林碳交换对大气干旱更为敏感，当前的群落尺度实验还很难控制大气干旱，这是未来的干旱实验需要考虑的问题。最后，森林树木死亡率的增加和碳库的减少往往发生在模拟干旱多年后，也就是“累积”干旱到一定阈值，未来研究森林与干旱的关系时，有必要把时间单位设置更长，长时间尺度的野外观测能为更准确预测气候变化与森林的未来提供宝贵的，最直接的资料。

　　该项成果以“The cumulative drought exert disruptive effects on tropical rainforests in the northern edge of Asia - Based on decadal dendrometric measurements and eddy covariance method”为题发表在“Agricultural and Forest Meteorology”上。研究受到国家自然科学基金项目、国家重点研发计划项目、中国科学院135项目和云南省基础研究发展计划项目的资助。

　　树干月际相对生长速率 (RGR)。橙色垂线代表空缺，蓝色横线代表生长速率=0，数据均值 + se (n = 19–28)。CK:对照，TFR：控水

　　逐月土壤碳通量， CK：对照，TFR：控水。HR：异养呼吸碳输出，均值 ± se (2011–2016, n = 5; 2017–2019, n = 4)。LF:凋落物碳输入 NET:土-气界面净碳通量 (正值代表土壤净碳排放，负值代表土壤净碳吸收).

　生态系统净碳交换残差NEEres（涡度相关法得到的实测生态系统净碳交换 (NEE)减去 Michaelis–Menten模拟得到的NEE）与土壤体积含水量 (VWC)的关系。数据为2003年-2014年采集. 橙色线为平滑趋势线, 蓝色横线为NEE=0.