研究背景

全球變暖影響生態(tài)系統(tǒng)的碳交換，進(jìn)而改變陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳匯能力。青藏高原由于面積巨大和碳儲(chǔ)量較高，這使得青藏高原對(duì)氣候變暖尤為敏感，成為研究生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)對(duì)氣候變暖響應(yīng)的理想?yún)^(qū)域。然而，以往的實(shí)驗(yàn)更多集中在對(duì)土壤表層加溫，忽略了更深層土壤對(duì)變暖的響應(yīng)，生態(tài)系統(tǒng)碳通量對(duì)整個(gè)土壤剖面變暖的響應(yīng)仍不明確。

研究方法：

    基于在青海海北站高寒草地生態(tài)系統(tǒng)建立的全剖面土壤增溫（Whole-soil warming）實(shí)驗(yàn)，研究全剖面土壤增溫（深度達(dá)1米，加熱4°C）對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳通量（包括總生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力GEP、生態(tài)系統(tǒng)呼吸ER、凈生態(tài)系統(tǒng)碳交換NEE等三個(gè)組分，2018-2020年，3年野外原位觀測(cè)）的影響。同時(shí)還匯編了一個(gè)包含 48 篇文章的數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)全球薈萃分析來(lái)考察實(shí)驗(yàn)性變暖對(duì)這些通量的一般模式。

主要研究結(jié)果：

結(jié)果顯示，整個(gè)土壤變暖使生態(tài)系統(tǒng)總生產(chǎn)力（GEP）提高了 14%，生態(tài)系統(tǒng)呼吸（ER）提高了 11%，但對(duì)高寒草原的生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換（NEE）影響較小。在薈萃分析中，變暖也提高了 GEP（10% - 11%）和 ER（13%），但并未改變 NEE。變暖導(dǎo)致的植物群落變化和生長(zhǎng)季延長(zhǎng)可能是變暖下 GEP 和 ER 更高的主要原因，而兩種通量的相互抵消可能導(dǎo)致了 NEE 對(duì)變暖的響應(yīng)較小。

圖2 全剖面土壤增溫對(duì)高寒草地生態(tài)系統(tǒng)碳通量的影響 (3年平均)

此外，生態(tài)系統(tǒng)碳通量與土壤溫度（0-10 cm）之間存在著顯著的正相關(guān)關(guān)系，表明溫度越高，總生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力、生態(tài)系統(tǒng)呼吸、凈生態(tài)系統(tǒng)碳交換過(guò)程越強(qiáng)（圖3）。

圖3 高寒草地生態(tài)系統(tǒng)碳通量與土壤溫度和水分（0-10 cm）之間的關(guān)系

為研究該文中深層土壤增溫對(duì)土壤碳通量的影響，我們?yōu)槟扑]SoilScope控制型蒸滲系統(tǒng)解決方案，它是一種多功能、新型稱重式控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

該系統(tǒng)的野外增溫試驗(yàn)裝置，采用土壤中增溫的方法，確保增溫均勻。在直徑3米的圓形區(qū)域?qū)崿F(xiàn)0.1℃～5.0℃增溫效果，溫度可調(diào)節(jié)，加熱功率：5kw/加熱區(qū)。

采用在土體內(nèi)安裝加熱棒實(shí)現(xiàn)增溫，從而能直接向土體傳遞熱量，配合溫控設(shè)備可將土壤溫度穩(wěn)定在目標(biāo)范圍。不會(huì)出現(xiàn)自然增溫或其他加熱方式的溫度波動(dòng)過(guò)大問(wèn)題，適配不同作物生長(zhǎng)、土壤修復(fù)等特定需求。

加熱棒可根據(jù)土體規(guī)模合理布設(shè)，熱量從棒體向四周輻射擴(kuò)散，能避免局部過(guò)熱或冷區(qū)。相比地表加熱，能實(shí)現(xiàn)深層土壤同步增溫，保障土體整體溫度一致性。

加熱棒通電后可快速產(chǎn)熱，熱量直接作用于土體，減少向空氣等環(huán)境的熱量損耗。尤其在低溫環(huán)境下，能快速打破土壤低溫限制，縮短土體升溫周期。

安裝時(shí)可按需埋置深度和密度，不擾動(dòng)土壤原有結(jié)構(gòu)。適用于溫室種植、大棚育苗、凍土解凍、土壤污染修復(fù)（提升微生物活性）等多種場(chǎng)景，不受外界天氣影響。

該系統(tǒng)取原狀土，土柱面積1平方米，高度可定制。

  原狀取土

該系統(tǒng)還可以結(jié)合SoilGAS CO2 CH4 N2O H2O在線監(jiān)測(cè)儀與iChamber-LY 蒸滲冠層室，可在線、實(shí)時(shí)測(cè)量土壤CO2、CH4和N2O排放通量。監(jiān)測(cè)儀基于激光吸收光譜原理，測(cè)量精度達(dá)到ppb級(jí)。

SoilGAS CO2 CH4 N2O H2O在線監(jiān)測(cè)儀

iChamber-LY蒸滲冠層室由澳作公司自主研發(fā)設(shè)計(jì)，升降可控，無(wú)邊框和立柱，對(duì)測(cè)量點(diǎn)降雨、風(fēng)速等小氣候無(wú)影響。既可用于土壤溫室氣體通量測(cè)量，也可用作群落光合室。

系統(tǒng)配置的多路控制最多可帶27個(gè)冠層室。每個(gè)冠層室的測(cè)量時(shí)間可設(shè)定。

iChamber-LY蒸滲冠層室