【理学论文】内蒙古白桦林凋落物和土壤有机质性质及随温度和降水梯度的变化格局

 　土壤有机碳库的大小超过植被和大气碳库的总和，其微小变化可能导致大气CO2浓度的显著改变，而森林凋落物作为连接植物和土壤的纽带，其分布格局及分解动态对调节土壤碳库大小和养分循环具有重要意义。因此，研究土壤有机质和凋落物分布格局及随温度和水分梯度的变化有助于预测陆地生态系统与气候变化之间的反馈关系。中国北方半干旱地区森林草原过渡带斑块状分布的森林对气候变化引起的水热变化的响应较为敏感。本研究对内蒙古中东部地区大兴安岭山麓森林草原过渡带12个白桦林不同土壤层次碳氮磷储量、根系生物量及凋落物化学性质和储量的分布格局进行了较为系统的研究，并探讨了它们对气候（年均温和年降水）梯度的响应。
　　温度和降水对凋落物有机组分（Extractives，AS，AIF 组分）性质没有显著影响，但腐殖质（L3）层元素储量随温度升高而增加，可能由于温度较高的地点森林生产力更高导致叶凋落量更高，但由于受水分限制（尤其是夏天），凋落物分解速率不变或更低使得凋落物积累更为明显。
　　自近代工业革命以来，化石燃料的燃烧以及土地利用方式的改变等人类活动使得大气中等温室气体浓度增加，全球气候系统正在发生着有史以来从未有过的急剧变化，主要表现在全球变暖、降水格局变化、海平面上升等方面。IPCC（2007）报告评估指出，自年以来，地球表面平均温度上升了0.76℃（0.57~0.94℃），并在本世纪将继续升高1.8~4.0℃。
　　全球气候变化必将对生态环境特别是陆地生态系统产生广泛而深刻的影响，因此，从20世纪70年代后期开始全球碳循环研究受到科学家的普遍关注。
　　陆地生态系统碳循环是全球碳循环的重要组成部分，而森林是陆地生态系统的重要组分，在全球陆地碳循环过程中发挥着非常重要的作用。在森林生态系统中，植物叶片通过光合作用固定光合产物，大部分被分配到叶片以及地下根系以供正常生长发育和生理性状的维持，寿命较短的叶和细根凋落后通过一系列物理过程和微生物的分解作用，被还原为和养分分别释放回大气和土壤中，土壤中的养分又被植物根系吸收，形成植物-凋落物-土壤植物养分内循环。在全球气候变化大背景下，森林生态系统如何进行反馈成为研究者关注的重点，尤其集中在森林凋落物以及土壤碳库对气候变化的响应。
　　土壤碳库是陆地生态系统最大的碳库（1500pg）（Jobbagy&Jackson，2000），是大气碳库的两倍和植物碳库的三倍（Schlesinger，1997；IPCC，2000；Lal，2004），其动态变化将直接影响全球碳循环，进而影响气候变化。有研究表明，土壤碳库减少1%，大气CO2浓度将增加7个ppm。全球森林的碳储量约有2/3存在于土壤有机质中（包括相应的泥炭沉积层），约1/3存在于森林植被中（陈泮勤，2004）。在过去20年间，北半球中高纬度森林生态系统作为一个碳汇而存在（Kauppietal.，1992； Dixonetal.，1994； Ciaisetal.，1995；，1999； Houghton&Hackler，2000； Fangetal.，2001； Mynenietal.，2001；，2001；Schimeletal.，2001；Goodaleetal.，2002；Janssensetal.，2003；，2004； Fangetal.，2005； Kauppietal.，2006； Piaoetal.，2006；，2007），但是，这个碳汇在很大程度上取决于土壤与气候之间的相互作用 （Bellamyetal.，； Trumbore&Czimczik，2008）。如果升温导致土壤释放二氧化碳增加快于植物生长，那么碳汇就会向碳源转化（Davidson&Janssens，2006）。