風(fēng)蝕和放牧對(duì)溫帶草原碳循環(huán)的影響.pdf

1、自近代工業(yè)革命以來(lái),人類活動(dòng)已經(jīng)對(duì)全球環(huán)境產(chǎn)生巨大影響,包括大氣CO2濃度與地球表面平均溫度的上升、大氣氮沉降、降水格局以及土地利用方式的改變,這些變化已經(jīng)或正在對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過(guò)程產(chǎn)生重大影響。氣溫升高、降水減少以及土地利用方式的改變都會(huì)加劇土壤風(fēng)蝕的發(fā)生。土壤風(fēng)蝕是發(fā)生在干旱,半干旱及部分亞濕潤(rùn)地區(qū)土地退化的主要過(guò)程之一,是荒漠化地區(qū)土壤養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)變異的重要影響因素。然而風(fēng)蝕不是養(yǎng)分的徹底損失,而是地域間養(yǎng)分的再分配現(xiàn)象。風(fēng)蝕

2、起沙使大量富集養(yǎng)分的細(xì)小顆粒物質(zhì)從地表?yè)p失,而沉降過(guò)程則向地表添入大量養(yǎng)分物質(zhì)。因此,風(fēng)蝕是地表養(yǎng)分與碳循環(huán)過(guò)程的重要驅(qū)動(dòng)因素之一。草地生態(tài)系統(tǒng)是全球分布最廣的生態(tài)系統(tǒng)類型之一,儲(chǔ)存了陸地生態(tài)系統(tǒng)中近1/3的有機(jī)碳,維持著30％的凈初級(jí)生產(chǎn)力,提供約全球30–50%的畜產(chǎn)品,在全球物質(zhì)循環(huán)和能量循環(huán)流動(dòng)中起重要作用。由于草地生態(tài)系統(tǒng)多處于降水較少的地區(qū),植物植株較小,植被蓋度較低,壽命較短,易發(fā)生土壤風(fēng)蝕。放牧又是草地生態(tài)系統(tǒng)最普遍的土

3、地利用方式之一。放牧通過(guò)采食、踐踏和排泄物對(duì)草地植物、凋落物、土壤碳庫(kù)等均存在著不同程度的影響。然而目前人們對(duì)于風(fēng)蝕和放牧對(duì)草原生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)影響的理解還比較缺乏。
　　本研究利用野外控制試驗(yàn),模擬風(fēng)蝕和放牧,研究風(fēng)蝕和放牧對(duì)我國(guó)北方溫帶典型草原生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)包括六個(gè)處理:對(duì)照、風(fēng)蝕、沉降、放牧、風(fēng)蝕+放牧、沉降+放牧。通過(guò)對(duì)2010-2012年3個(gè)生長(zhǎng)季的數(shù)據(jù)處理和分析得出以下主要結(jié)論:
　　生態(tài)系統(tǒng)吸收

4、碳的能力(生態(tài)系統(tǒng)凈CO2交換—NEE大小)表明我國(guó)北方溫帶典型草原在生長(zhǎng)季中為碳匯。風(fēng)蝕降低了生態(tài)系統(tǒng)總初級(jí)生產(chǎn)力(GEP,15.16%)和生態(tài)系統(tǒng)呼吸(ER,17.81%),而沉降使它們分別提高了0.31%和5.55%。雖然風(fēng)蝕和沉降改變了GEP和ER而對(duì)NEE卻沒(méi)影響,但是放牧降低了NEE,同時(shí)也降低了GEP和ER。說(shuō)明風(fēng)蝕和沉降沒(méi)有改變我國(guó)北方溫帶典型草原生態(tài)系統(tǒng)的碳固持能力,然而放牧卻降低了草原生態(tài)系統(tǒng)的碳固持能力。風(fēng)蝕、沉降

5、和放牧通過(guò)改變非生物因子(土壤濕度)和生物因子(地上部生物量)而引起了生態(tài)系統(tǒng)氣體交換的變化。風(fēng)蝕和沉降處理增加了土壤濕度,而放牧卻對(duì)其沒(méi)影響。風(fēng)蝕和放牧降低了地上部生物量,而沉降增加了地上部生物量。放牧同時(shí)降低了禾草類和非禾草類地上生物量。風(fēng)蝕降低了非禾草類生物量,但沉降增加了非禾草類生物量。生態(tài)系統(tǒng)碳通量(NEE、GEP、ER)與土壤濕度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,而與地上部生物量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系,與禾草類地上生物量的相關(guān)性大于非禾草類。這表明

6、生態(tài)系統(tǒng)氣體交換(NEE、GEP、ER)的改變主要是由土壤濕度和禾草類生物量的改變引起的。
　　風(fēng)蝕和沉降顯著改變了我國(guó)北方溫帶典型草原生態(tài)系統(tǒng)的土壤呼吸,風(fēng)蝕使其降低了8.57%,而沉降使其提高了15.36%。結(jié)果表明風(fēng)蝕地區(qū)抑制了CO2的釋放,沉降地區(qū)促進(jìn)了CO2的釋放,這與以前認(rèn)為風(fēng)蝕有利于CO2釋放的結(jié)果相反?？偟膩?lái)說(shuō),放牧對(duì)土壤呼吸沒(méi)有影響。風(fēng)蝕、沉降和放牧對(duì)土壤呼吸的影響是通過(guò)改變生態(tài)系統(tǒng)總初級(jí)生產(chǎn)力、地上部生物量、植

7、被蓋度、凋落物量以及地下凈初級(jí)生產(chǎn)力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。風(fēng)蝕和沉降顯著改變了凋落物量,風(fēng)蝕使凋落物量顯著降低了50.12%,沉降使其降低了5.59%。放牧也顯著降低了凋落物量24.77%。風(fēng)蝕和沉降顯著改變了地下部?jī)舫跫?jí)生產(chǎn)力,風(fēng)蝕使地下部?jī)舫跫?jí)生產(chǎn)力降低了11.4%,而土壤沉降使其增加了10.49%。放牧對(duì)地下部?jī)舫跫?jí)生產(chǎn)力沒(méi)有影響。這些指標(biāo)的變化會(huì)引起土壤呼吸過(guò)程所需底物和根系量的變化從而最終導(dǎo)致土壤呼吸的改變。
　　風(fēng)蝕和沉降沒(méi)有改變