马子龙副教授在北方温带草地土壤温室气体通量对放牧和气候变化的反馈机制研究中取得新进展

我院马子龙副教授近日在农林科学顶级期刊《Agricultural and Forest Meteorology》（IF: 6.42）发表题为“Altered precipitation rather than warming and defoliation regulate short-term soil carbon and nitrogen fluxes in a northern temperate grassland ” 的研究论文。我院马子龙副教授为第一作者和通讯作者。感谢加拿大阿尔伯塔大学的Edward Bork教授, James Cahill教授以及张小川教授对本研究的帮助和支持。（全文链接：https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2022.109217） 

草地占据地球陆地面积的40%并存储着大量的有机碳，是陆地生态系统重要的碳源和汇。因此，草地生态系统碳氮循环的微小改变将对全球气候造成重要的影响。然而，放牧强度和气候变化如何单独以及交互影响北方温带草地土壤温室气体（GHG）通量尚不清楚。为了揭示北方温带草地土壤温室气体通量的调控机制，研究团队在加拿大阿尔伯塔省的北温带草地进行了为期两年的多因子控制试验，系统探究了三种主要温室气体（CO₂、N₂O和CH₄）对增温、降水增减和去叶强度（模拟放牧强度）处理的响应规律。

研究发现：生长季的北方温带草地平均土壤温室气体通量分别为93.8 mg CO₂ m^-2h^-1、- 0.025 mg CH₄ m^-2h⁻¹和0.003 mg N₂O m^-2h^-1。这表明在研究期间，该北方温带草地是CO₂和N₂O的源以及CH₄的汇。结构方程模型表明，相较于增温和放牧，降水的增加是土壤CO₂和N₂O排放的主要驱动因子。虽然微生物生物量碳随着降水增加而增加，但微生物生物量碳对温室气体通量的影响较小，表明在该研究区域内微生物生物量碳并不是调节降水-温室气通量关系的关键因素。增温和降水对CH₄通量的影响取决于生长季节的取样月份。增温降低了7月中旬土壤对CH₄的吸收，而降水增加则减少了除8月以外所有采样日期土壤对CH₄的吸收。

结果表明：该研究区域内的温带草地短期土壤温室气体通量对增温和放牧并不敏感，但对降水的改变较为敏感。鉴于该区域土壤对于CH₄的吸收基本上抵消了N₂O排放所造成的温室效应，降水的增加所造成的温室效应的增强主要来自于CO₂排放的升高。

图1. 降水增减对生长季北方温带草地土壤CO₂通量的影响

图2. 增温（a）降水增减（b）对生长季北方温带草地土壤CH₄通量的影响

图3. 结构方程模型描述了增温、去叶强度和降水变化对北温带草原土壤温室气体通量的直接和间接影响。