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全球变化生态实验室
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科学问题

工业革命以来,人类活动持续地改变大气组成(升高温室气体含量包括二氧化碳、甲烷及氧化亚氮等以及活性氮沉降)和气候系统(气候变暖及改变降雨格局)。多个驱动因子间可能存在的交互作用为气候变化-陆地碳反馈的预测提出较大的挑战。操作一个或者两个全球变化驱动因子的实验提高了我们对于全球变化如何影响陆地生物圈的理解,但是这些实验不能揭示多个全球变化驱动因子共同发生时的陆地生态系统动态以及潜在的响应机理。然而,限制于技术、经费、人员及其他因素,使用控制实验手段的全球变化研究较少的探讨陆地生态系统对上述多个驱动因子共同发生时的响应。

     

实验设计

全球变化实验室的全球变化影响实验建立于20115月。该实验操作四个全球变化因子,每个因子设置两个水平,分别是大气CO2含量-(自然大气CO2含量和提高大气CO2含量200 ppm)、降雨量-(自然降雨和增加30%降雨)、大气氮沉降-(自然沉降和10 g N m-2 yr-1添加)及温度-(不增温和夜间(18:00-06:00, 当地时间)增温)。使用全因子实验设计操作提高CO2含量、增加降雨及夜间增温处理,共8个处理组合,每个组合3个重复。244 × 4米样地被建立并被排列成64列,任何两个相邻的样地间设置4米的缓冲区。此外,裂区实验设计被用来操作两水平的大气氮沉降,将24个样地都均分成两个子样地,一个子样地不添加氮,而另一个样地添加氮。因此,该实验共包括16个处理组合:1) 对照, 2) 提高CO2 3) 增雨, 4) 氮添加, 5) 夜间增温, 6) 提高CO2 + 增加降雨, 7) 提高CO2 + 氮添加, 8) 提高CO2 + 夜间增温, 9) 增雨 + 氮添加, 10) 增雨 + 夜间增温, 11) 氮添加 + 夜间增温, 12) 提高CO2 + 增加降雨 + 氮添加, 13) 提高CO2 + 增加降雨 + 夜间增温, 14) 提高CO2 + 氮添加 + 夜间增温, 15) 增加降雨 + 氮添加 + 夜间增温,16) 提高CO2 + 增加降雨 + 氮添加 + 夜间增温。

为了控制大气CO2含量,在每一个样地使用铁架和玻璃建设了八边形的开顶箱(任意两个平行边距离4米,2米高,覆盖13.2平方米的地面面积)。此外,为了评估开顶箱对空气和土壤微气候的影响,3个额外的没有玻璃的开顶箱被建立。每年的六月到九月,在每一个提高CO2样地,为了获得200 ppm CO2含量的提高,纯净的CO2被通入开顶箱。我们使用LI-820 CO2 检测系统 (LiCor, Lincoln, NE, USA) 和一个自动控制系统 (Luzhai Co., Beijing, China) 来操作CO2浓度。在每年的六月到九月,每次自然降雨的同时,使用自动喷灌系统添加30%的降雨。这种操作方式避免了改变降雨频度。此外,我们使用硝酸铵模拟增加氮沉降,分别在6月中旬(5 g N m-2)和7月中旬(5 g N m-2)分两次添加10 g N m-2。所有的27个样地被分成两个子样地,一个添加氮另一个不添加。我们使用悬挂于地面以上2.75米高的1.65米长 × 0.15米宽的MSR-2420型红外辐射器 (Kalglo Electronics Inc., Bethlehem, PA, USA)对所有夜间增温样地进行增温处理。设置输出功率为1800 W136 W m-2)。

 

 

基金支持

中国国家自然科学基金 (41030104/D0308)

 

实验人员

宋健,刘银占,马改改,钟明星

 

 

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