应用案例

Picarro G2201-i（降水与施肥对热带干旱森林树木的影响）

发表时间：2024-04-17

浏览量：28

点击

关注我们FOLLOW US

[1]研究背景

在整个热带生态系统中，全球环境变化导致气候更加干燥，养分沉积增加。由于干旱和养分有效性之间的相互作用，在控制生态系统净初级生产力（NPP）方面，这些变化代表了巨大的不确定性。

全球环境变化正在使热带地区正在变得越来越干燥，从而影响热带森林生态系统的初级生产力。对潮湿和热带干旱森林（TDF）的观测研究结果发现，干旱可能会增加树木死亡率，降低地上生物量生产力，减少种子和花朵的产量，并增加高木材密度和落叶树种的丰度。总的来说，生态系统正在随着持续的气候变化而变化。然而，热带森林如何应对干旱取决于其他环境因素，如土壤肥力、火灾发生等。计算这些环境变量如何调节生态系统对干旱的反应，将提高我们对碳循环影响全球环境变化的认识。

本文介绍了一项由英美多个大学参与的大规模受控实验，研究森林生产力对土壤肥力的敏感反应，以及TDF树种对土壤水分减少的反应。实验对象为哥斯达黎加热带干旱林中多年未管理混合种植园中六种树木，实验设计中，使用了四个受控因子，即对照（CN）、施肥（F）、干旱（D）和干旱+施肥（D+F）。

【注】降水排除实验是指使用安装塑料板防止高达60%的降雨进入土壤的实验，旨在模拟降水减少的情况。

[2]实验方法

实验在哥斯达黎加西北部（10.711°n，85.578°W）的Estación实验森林地平线（以下简称地平线）进行了四年（2016-2020年）（图1），年总降雨量平均约为1547毫米，分别为1439毫米（2016年）、2201毫米（2017年）、992毫米（2018年）、919毫米（2019年）和2186毫米（2020年）。

图1

左：哥斯达黎加西北部通过施肥/降水排除试验的地理位置和布局；右：30岁的大叶Swietenia macrophylla King的降水排除实验结构图片

在实验之前，种植园已经有25年没有接受任何管理（施肥、修剪藤本植物、砍伐等），林下植被为多样化群落。从种植中选择了6个树种，采取了以树木为中心的方法来定位地块，每个树种至少有六个个体，每个地块至少有12棵树。在每个样地中，配备四个EM50土壤湿度探头数据记录器在实验期间以30分钟的频率记录土壤湿度。

为了分析土壤微生物碳素利用效率（CUE），在2019年8月的雨季从每个样地收集了10个土壤样本（直径5cm，深度15cm），并将其均质化为每个样地一个土壤样本。研究人员使用¹³C-葡萄糖示踪法分析样品：用葡萄糖溶液将每次田间处理的额外土壤样品进行定量润湿；不添加葡萄糖培养的土壤样品作为额外的对照组：添加相同量去离子的土壤样品作为未修正的对照组。使土壤样品与水或基质溶液充分混合，并在室温下孵育一周。在此期间，从样品瓶顶部空间通过隔膜提取气体样品并将其插入12ml的小样品瓶中，每隔一天测定¹³CO₂和总CO₂的产生。采集气体样本后，打开罐子约20分钟，以便进行气体交换。之后使用Picarro G2201-i碳同位素分析仪对CO₂气体浓度和¹³C同位素进行测试。通过质量平衡法计算葡萄糖和土壤有机物衍生的CO₂–C。微生物CUE计算为基质衍生的生物碳除以消耗的总碳（即基质衍生的碳与生物炭之和），激发效应为接受基质溶液与接受水的实验对象中土壤有机质CO₂-C之差。

图2

2019年雨季中，对照（Control）、施肥（F）、干旱（D）和干旱加施肥（D+F）中的微生物碳利用效率（CUE）和实验室复湿和非复湿样本之间的对数响应比ln（RR）。

图a）显示了具有相关标准误差（n=4）的平均响应的条形图，图b）显示了实验处理之间的相互作用图。

与对照地块相比，干旱和施肥地块土壤中的CUE高出约38%（上图左）。当土壤在实验室中重新湿润时，CUE在干旱和施肥处理下均表现出负面反应（上图右）。CUE和ln（RR）的实验处理之间存在相互作用效应，表明对干旱的不同反应取决于养分的可用性以及干旱地块的复湿对CUE的负面影响。土壤激发效应同样受到重新湿润的影响，在所有处理中，保持在田间土壤湿度的土壤都表现出负激发。在实验室中重新湿润土壤导致干旱地块中的土壤碳激发效应更明显，但在施肥地块中没有这个表现。

实验的结果表明，受控降水排除导致的干旱对树木造成了严重的负面影响。相比之下，对类似的干旱条件下的树木做施肥处理，生长和生存状况都更好了。同时，实验还表明不同的树种对于干旱和营养变化的响应是不同的，有些树种表现得很耐受，而有些树种则更容易受到影响。总之，这项研究明确揭示出干旱和营养变化对热带干林树种的影响，为今后的生态保护提供了宝贵的实践经验，这也为推动可持续发展提供了有益参考。

- END -

原文链接：https://doi.org/10.5194/bg-2022-203

如需了解更多设备详情，请与北京世纪朝阳科技发展有限公司联系。