Differential responses of ecosystem carbon flux components to experimental precipitation gradient in an alpine meadow
Differential responses of ecosystem carbon flux components to experimental precipitation gradient in an alpine meadow
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高寒草甸生态系统碳通量组分对实验降水梯度的差异响应
DOI：
10.1111/1365-2435.13300
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发表时间：
2019-02
影响因子：
5.2
通讯作者：
Niu Shuli
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Zhang Fangyue;Quan Quan;Ma Fangfang;Tian Dashuan;Zhou Qingping;Niu Shuli
降水量的变化有可能导致生态系统碳（C）循环的巨大变化;然而，目前尚不清楚净生态系统交换（NEE）的不同组成部分（例如，C吸收与释放，植物与微生物呼吸，地上与地下植物呼吸）对降水梯度具有相似或不同的敏感性。2015 - 2017年，在高寒草甸进行了1/12年降水量（P）、1/4 P、1/2 P、3/4 P、P和5/4 P 6个降水处理的人工模拟试验，研究了NEE各分量的响应。在3年中，所有的C通量表现出非线性响应的降水梯度，除了根呼吸。与对照相比，最极端干旱处理（1/12 P）导致NEE、总初级生产力和生态系统呼吸显著降低15.57%、17.26%和19.05%。植物呼吸作用对降水变化的敏感性高于微生物呼吸作用，地上植物呼吸作用对降水变化的敏感性高于地下植物呼吸作用。结构方程模型表明，C通量对降水变化的响应主要是由土壤含水量和地上净初级生产力的变化引起的。我们的研究结果表明，未来的降水变化，特别是极端干旱，将减少生态系统C通量不同幅度，导致NEE随之减少。这些新兴的生态系统特性是必不可少的碳循环动力学和基准模型的改进说明，预测生态系统对降水变化的响应。本文提供了一个简单的语言摘要。
Changes in precipitation have the potential to cause dramatic changes in ecosystem carbon (C) cycling; however, it remains unclear whether different components of the net ecosystem exchange (NEE) (e.g., C uptake vs. release, plant vs. microbe respiration, above‐ground vs. below‐ground plant respiration) have similar or differential sensitivity to precipitation gradients. We conducted a manipulative field experiment (from 2015 to 2017) with six precipitation treatments, including 1/12 annual precipitation (P), 1/4 P, 1/2 P, 3/4 P, P and 5/4 P in an alpine meadow to investigate the responses of the NEE components. Over the 3 years, all C fluxes showed a nonlinear response to the precipitation gradients, except for root respiration. The most extreme drought treatment (1/12 P) caused strong reductions in NEE by 15.57%, gross primary productivity by 17.26% and ecosystem respiration by 19.05%, in contrast to the control. Plant respiration was more sensitive to precipitation change than microbe respiration, and above‐ground plant respiration was more susceptible than below‐ground respiration. Structural equation models revealed that the response of C fluxes under precipitation changes was primarily due to changes in the soil water content and above‐ground net primary productivity. Our findings indicate that future precipitation changes, particularly extreme drought, will decrease ecosystem C fluxes with different magnitudes, leading to a consequent reduction of NEE. These emergent ecosystem properties are essential for the improved elucidation of carbon cycle dynamics and benchmarking models, to predict ecosystem responses to precipitation changes. A plain language summary is available for this article.
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