森林是重要的陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯，全球變暖將會深刻影響森林的碳匯格局。目前，在全球已建立了數(shù)十個森林增溫站點(diǎn)，但絕大多數(shù)規(guī)模較?。▓D1），無法揭示在生態(tài)系統(tǒng)尺度上森林氣候變暖的響應(yīng)規(guī)律及其機(jī)制。野外增溫的方法分為主動和被動增溫方式，主動增溫主要包括加熱電纜和紅外輻射增溫，通常能穩(wěn)定控制增溫幅度。相較于其它增溫方式，紅外輻射增溫也更能模擬自然的氣候變暖過程，且對生態(tài)系統(tǒng)擾動小。然而，過去開展的森林紅外輻射增溫樣方面積也普遍都較小，樣方面積通常小于12m2。森林生態(tài)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、地形多變、空間異質(zhì)性較大等特點(diǎn)，因此，開展大型野外增溫實(shí)驗(yàn)將有助于更好的評估森林生態(tài)系統(tǒng)對氣候變暖的響應(yīng)。目前，國際上僅有兩個研究站點(diǎn)具有足夠大的樣方并開展了此類研究，一個位于美國的Harvard Forest，一個是位于瑞典的Flakaliden Forest，均采用電纜增溫。我國東北地區(qū)溫帶森林是區(qū)域尺度上重要的森林碳匯，且處于氣候變暖的敏感區(qū)域及快速升溫區(qū)，然而該地區(qū)尚無原位土壤增溫實(shí)驗(yàn)（圖1）。
基于此，中科院沈陽生態(tài)所方運(yùn)霆研究員團(tuán)隊(duì)依托遼寧清原森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站建立了東北亞地區(qū)最大的森林野外增溫實(shí)驗(yàn)平臺（圖2）。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)增溫和對照2個處理，3個樣方重復(fù)，單個樣方面積達(dá)到108m2。首次采用聯(lián)排紅外輻射燈陣方法進(jìn)行增溫，結(jié)合控溫系統(tǒng)對0-10cm土壤增溫2 。采用全天24小時增溫方式，增溫時間段是每年的無雪期（3月下旬-12月上旬）。增溫平臺的建設(shè)目標(biāo)是評估我國東北典型森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯對增溫的響應(yīng)及其機(jī)制。該平臺于2017年開始籌建，并于2018正式運(yùn)行。
2018-2021年4年連續(xù)觀測表明增溫系統(tǒng)能夠使0-10cm土壤穩(wěn)定增溫2 （圖3），同時也使10-60cm土壤升溫1.2-2 。紅外熱成像儀的結(jié)果顯示，表層土壤的增溫效果非常均勻。此外，增溫并未顯著改變土壤濕度。清原森林野外增溫平臺自建成以來運(yùn)行良好，能克服復(fù)雜的野外氣候條件，這些結(jié)果充分表明聯(lián)排紅外燈陣增溫方案的可行性，本平臺穩(wěn)定的增溫效果為量化森林在生態(tài)系統(tǒng)尺度上對升溫的響應(yīng)奠定了堅(jiān)實(shí)的方法基礎(chǔ)。
上述結(jié)果以“Design and performance of an ecosystem‐scale forest soil warming experiment with infrared heater arrays”為題在線發(fā)表在Methods in Ecology and Evolution期刊。沈陽生態(tài)所博士生段伊行和助理研究員劉冬偉為共同第一作者，方運(yùn)霆研究員為通訊作者。該研究得到了國家科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目、中國科學(xué)院森林生態(tài)與管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等項(xiàng)目的支持。
圖1 全球森林增溫站點(diǎn)分布圖(n=38）
圖2 清原森林紅外輻射增溫實(shí)驗(yàn)平臺俯視圖
圖3 清原森林土壤增溫對0-10cm土壤溫度和濕度的影響（紅色背景區(qū)域表示增溫時段）
