硫元素是生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)繼氮、磷、鉀后第四位主要營養(yǎng)元素，在植物生長發(fā)育方面發(fā)揮著非常重要的作用。土壤中有效態(tài)硫既可源于生物地球化學(xué)過程又可源于地球化學(xué)循環(huán)過程。在全球氣候變化背景下，陸地生態(tài)系統(tǒng)生物地球化學(xué)過程與地球化學(xué)循環(huán)過程的權(quán)衡關(guān)系勢必會發(fā)生變化，影響土壤硫分布格局及其與碳、氮的關(guān)系，進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能。然而，以往研究主要集中于碳、氮循環(huán)方面研究，生態(tài)系統(tǒng)硫循環(huán)及其與環(huán)境關(guān)系方面研究尚顯薄弱。
基于此，中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所雒文濤博士等通過合作研究，依托我國北方草地樣帶調(diào)查，重點(diǎn)分析氣候變化對土壤硫元素分布格局及其與碳、氮關(guān)系的影響，并著力闡明其內(nèi)在過程與機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)：在干旱度指數(shù)（AI）=0.91時(shí)（年均降水MAP=90 mm），土壤有效硫空間格局及其與碳、氮關(guān)系反生了明顯的變化。1）在較濕潤地區(qū)（AI<0.91）：隨AI增加，土壤有效硫含量逐漸降低，土壤有效硫含量與碳、氮含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。此時(shí)，有效硫含量與酶活性和微生物活性呈顯著正相關(guān)，證明該過程主要受生物地球化學(xué)過程調(diào)控；2）在較干旱地區(qū)（AI>0.91）：隨AI的增加，土壤有效硫含量反而升高，土壤有效硫含量與碳、氮含量失去相關(guān)關(guān)系。此時(shí)，有效硫含量與土壤酶活性和微生物活性都沒有相關(guān)性，證明此時(shí)該過程主要受地球化學(xué)過程調(diào)控。本研究首次揭示了中國北方干旱和半干旱草原生態(tài)系統(tǒng)硫循環(huán)的影響機(jī)制，提出AI=0.91（MAP=90 mm）為該區(qū)域硫循環(huán)的分界值，在此分界兩側(cè)硫循環(huán)具有不同的影響機(jī)制。這種非線性關(guān)系為生物地球化學(xué)元素循環(huán)模型的建立提供了新的思路。以上研究成果發(fā)表在Biogeochemistry雜志上。
圖1 不同區(qū)域內(nèi)有效硫含量與干旱度指數(shù)之間的關(guān)系
圖2 干旱對碳氮硫生物地球化學(xué)循環(huán)影響的理論模型
