長江源區(qū)沼澤與高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)變化及其碳平衡對全球氣候變化的響應(yīng).pdf

1、青藏高原作為全球氣候變化響應(yīng)的敏感區(qū)和生態(tài)系統(tǒng)脆弱區(qū)，極易受到人類活動的干擾和全球氣候變暖的影響。隨著全球氣候變暖和人類活動的加劇，目前青藏高原高寒生態(tài)系統(tǒng)，尤其是草地生態(tài)系統(tǒng)，正遭受著前所未有的退化、鼠害、人為破壞和近地表氣溫升高等一系列影響生態(tài)系統(tǒng)平衡等因素的干擾。作為國家自然基金重大研究計劃項目“長江黃河源區(qū)高寒生態(tài)系統(tǒng)對全球氣候變化的響應(yīng)及其水文效應(yīng)”研究的重要組成部分，在青藏高原風(fēng)火山地區(qū)，選擇具有典型性和代表性的沼澤草甸和高

2、寒草甸兩類高寒生態(tài)系統(tǒng)作為重點研究對象。論文重點對以下5個方面進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查和研究：①研究區(qū)域的植被狀況、不同狀況下的生物量、土壤類型和氣候狀況等；②高寒生態(tài)系統(tǒng)退化對土壤理化性質(zhì)和生態(tài)系統(tǒng)碳通量的影響；⑨氣溫升高對近地表CO2濃度的影響及其與環(huán)境因子之間的耦合關(guān)系；④高寒生態(tài)系統(tǒng)凈CO2交換通量對氣溫升高的響應(yīng)及其與環(huán)境因子之間的耦合關(guān)系；⑤氣溫升高對高寒生態(tài)系統(tǒng)碳平衡的影響。 (一)、研究退化對高寒生態(tài)系統(tǒng)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)

3、： 1.不同退化程度沼澤草甸與高寒草甸下墊面土壤性質(zhì)具有顯著差異(方差分析，F(xiàn)>7.47，P<0.05)。未退化土壤有機(jī)質(zhì)、銨氮和硝態(tài)氮氮含量均比中度退化和嚴(yán)重退化的大，隨著退化程度的加劇，土壤養(yǎng)分流失嚴(yán)重。沼澤草甸和高寒草甸不同退化程度之間生物量也存在顯著差異(方差分析，F(xiàn)>4.63，P<0.05)。在整個生長期內(nèi)，其地上、地下生物量均表現(xiàn)為不斷增加的趨勢；但在同一生態(tài)系統(tǒng)不同退化程度之間，隨著退化程度的加劇，其生物量又呈下降

4、趨勢。 2.退化對高寒生態(tài)系統(tǒng)C02和CH4通量影響顯著。對于沼澤草甸，未退化C02排放通量分別是中度退化和嚴(yán)重退化的1.08-1.69倍和1.41-4.43倍；CH4.排放通量分別是中度退化和嚴(yán)重退化的1.09-3.5倍和2.5-11.27倍。退化越嚴(yán)重，CH4和CO2排放強(qiáng)度越低。對于高寒草甸，嚴(yán)重退化相對于未退化和中度退化表現(xiàn)出較高的CO2排放和較強(qiáng)的甲烷吸收。CO2排放通量分別是未退化和中度退化的1.05-78.5倍和1

5、.04-6.28倍，對CH4的吸收通量分別是未退化和中度退化的6.6-21倍和1.1--5.25倍。退化越嚴(yán)重，CO2排放強(qiáng)度越大，甲烷吸收越強(qiáng)。 3、氣溫、土壤含水量和土壤溫度是調(diào)控沼澤草甸和高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)碳通量的主要環(huán)境因子。 (二)、研究氣溫升高對高寒生態(tài)系統(tǒng)近地表CO2的影響，結(jié)果表明：對于沼澤草甸生態(tài)系統(tǒng)： 1、近地表氣溫升高3-5℃和1-2℃的情況下，5cm土壤溫度分別比自然狀態(tài)下高出3.67℃和1

6、.65℃；而5cm土壤水分比自然狀態(tài)下分別降低2.1％和7.9％。同時，近地表氣溫越高，凍土的初期融化速度越快。 2、整個觀測期間，氣溫升高3-5℃和1-2℃的樣點區(qū)近地表CO2濃度平均比自然狀態(tài)下分別提高29.3ppm和9.8ppm。 3、空氣溫度、5cm土壤溫度和水分含量是影響近地表CO2濃度變化的主要環(huán)境因子。敏感性分析表明，CO2濃度變化對5cm土壤溫度和水分含量晶為敏感。 對于高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)：

7、 1、近地表氣溫平均升高4.76℃和2.00℃的情況下，5cm土壤溫度平均比自然狀態(tài)下分別提高2.44℃和1.36℃；而5cm土壤水分平均分別下降6.97％和2.68％。 2、整個觀測期間，氣溫平均升高4.76℃和2.00℃的樣點區(qū)近地表CO2濃度平均比自然狀態(tài)下分別提高34.78ppm和21.89ppm。 3、空氣溫度、5cm土壤溫度和含水量是影響高寒草甸近地表CO2濃度的主要環(huán)境因子。敏感性分析表明，5cm土壤溫度是

8、CO2濃度變化最敏感因子。 (三)、研究氣溫升高對高寒生態(tài)系統(tǒng)NEE及其碳平衡的影響，結(jié)果表明：對于沼澤草甸生態(tài)系統(tǒng)： 1、近地表氣溫升高對沼澤草甸凈生態(tài)系統(tǒng)CO2交換通量的影響顯著。在植被生長季節(jié)，隨著增溫梯度的提高，生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換通量也逐漸增大。 2、在實施增溫措施的樣點區(qū)，沼澤草甸生態(tài)系統(tǒng)每月的日平均凈CO2交換通量變化均呈單峰型曲線，碳交換通量在7月底至8月初達(dá)到最低值。6月初至8月中旬，增溫梯度在3-

9、5℃的樣點區(qū)和自然狀態(tài)樣點區(qū)沼澤草甸均表現(xiàn)為CO2吸收特征；而增溫梯度在1-2℃的樣點區(qū)在整個生長期均表現(xiàn)為CO2排放特征。 3、在不同增溫梯度處理樣點和自然狀態(tài)樣點區(qū)，沼澤草甸凈CO2交換通量均與5cm地溫顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)均大于0.58。 4、風(fēng)火山地區(qū)沼澤草甸生態(tài)系統(tǒng)是土壤碳匯。在氣溫升高梯度分別為3-5℃、1-2℃和自然狀態(tài)樣點區(qū)，沼澤草甸的年固碳率分別達(dá)到5044.77±4.02 g·m-2·a-1。、3242

10、.4±1.70 g·m-2·a-1。和1836.6±4.02 g.m-2·a-1。近地表氣溫升高提高了生態(tài)系統(tǒng)的凈初級生產(chǎn)力，對沼澤草甸生態(tài)系統(tǒng)碳平衡起到正反饋作用；而且近地表氣溫越高，碳匯效應(yīng)越強(qiáng)。 對于高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)： 1、近地表氣溫升高對高寒草甸凈生態(tài)系統(tǒng)CO2交換通量也產(chǎn)生顯著影響。在植被生長季節(jié)，隨著增溫梯度的提高，生態(tài)系統(tǒng)凈碳交換通量也逐漸增大。 2、在實施增溫措施的樣點區(qū)，高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)凈CO2

11、交換通量變化曲線的斜率隨著增溫梯度的提高而增大，說明近地表氣溫越高，生態(tài)系統(tǒng)呼吸強(qiáng)度也越大，高寒草甸土壤碳庫中碳流失速度加快。 3、在不同增溫梯度處理樣點和自然狀態(tài)樣點區(qū)，高寒草甸凈CO2交換通量也均與5cm地溫顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)均大于0.53。 4、風(fēng)火山地區(qū)高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)是土壤碳弱匯。在氣溫升高梯度分別為3-5℃、1-2℃和自然狀態(tài)樣點區(qū)，其年固碳率分別達(dá)到898.67±2.38g·m-2·a-1、765.24±2