三江源区高寒草地土壤有机碳空间分布及影响因素

NWIPB OpenIR

	三江源区高寒草地土壤有机碳空间分布及影响因素
	常小峰
	2012-05
摘要	青藏高原高寒草地土壤中储存了大量的有机碳，在区域或全球减缓气候变化中发挥重要作用。准确估算青藏高原高寒草地土壤有机碳库对于研究气候变化和陆地生态系统之间的反馈关系相当重要。但是，目前高寒草地土壤有机碳库、及其空间格局和动态变化还存在着很大的不确定性。尽管不确定性对于评估研究结果的重要性和进行研究结果之间比较具有很重要的意义，但很少有人定量分析土壤碳库估算的不确定性及其来源。本研究的主要目的是估算三江源区高寒草地土壤有机碳空间分布格局及其主要影响因素；运用综合方法确定土壤有机碳估算时不确定的来源和大小；利用回置重复抽样方法和最小检出量方法计算土壤有机碳库估算所需的最小采样量；开展室内培养实验观测微生物呼吸对温度和湿度响应；利用Century 模型模拟三江源区土壤有机碳库在气候变化和人类活动影响下的时空变化。我们选择位于青藏高原腹地的三江源区作为研究对象，三江源区拥有高寒草地面积约为29.73×104 km2。本研究的主要结果和结论如下： (1)分析三江源区野外调查的35 个样点计298 处土壤剖面样品数据以及从已发表文献收集的2001-2004 年青藏高原草地野外调查中位于三江源区内的49 个样点的数据，结果显示三江源区高寒草地表层0~30 cm 土壤有机碳库约为2.0 PgC，不确定性在20~37%之间，平均有机碳密度为6.8 kg m-2。高寒草甸、高寒草原、高寒灌丛草甸、高寒沼泽化草甸0~30 cm 土壤有机碳密度分别为7.41、3.38、10.85、9.59 kg m-2。土壤有机碳密度从东南向西北逐渐减少。土壤有机碳密度随含氮量、土壤粉粒含量增加而增加，而与pH 值、砂粒含量呈现负相关关系。 (2)土壤有机碳含量和容重的变异是土壤有机碳密度估算不确定性的主要来源。不确定性来源对总土壤有机碳库变异的相对贡献随不同退化程度和不同草地土壤类型而有差别。三江源区高寒草地，土壤有机碳含量决定着有机碳密度估算的不确定性；而泽库县两个村的退化高寒草甸，土壤有机碳含量变异对不确定性的相对贡献随退化程度的加剧而降低，容重和砾石含量变异的贡献随退化程度的加剧而增加。而且，容重变异是退化高寒草甸土壤有机碳估算不确定性的最大来源。这些结果表明，利用容重和土壤有机碳含量的函数关系推算容重或利用土壤调查中极少的容重实测数据来估算土壤有机碳库会导致估算值很大的不确定性。 (3)如果要求在95%的置信度取样误差小于10%，则估算整个三江源区高寒草地(29.73×104 km2)土壤碳储量至少需要561 个的采样量；估算泽库县夏拉唐三江源区高寒草地土壤有机碳空间分布及影响因素德村约189.76 km2 的退化高寒草甸土壤碳储量至少需要85 个采样量。假定10年后三江源区高寒草地0~30 cm 土壤有机碳库按1.0 kg C m-2 进行变化，则监测这种变化量最少需要235 个采样量；相应的，泽库县0~20 cm 退化高寒草甸则至少需要83 个采样量才能监测到该变化量。而且采样量在不同草地土壤类型和不同退化程度草甸的分布比例与草地类型和退化程度草甸的面积分布比例并不相等，表明草地类型和退化程度在土壤采样设计时是不能忽略的，分层随机采样方法可能比较高效，并能得到较好的土壤有机碳估算值。 (4)温度增加促进了高寒草甸、高寒灌丛草甸、高寒沼泽化草甸土壤的微生物呼吸，但却降低了高寒草原的微生物呼吸；土壤湿度增加也促进了高寒草甸、高寒灌丛草甸、高寒沼泽化草甸土壤的微生物呼吸，但对高寒草原的微生物呼吸没有显著影响。土壤类型、土壤湿度、采样点、温度范围对Q10 有显著影响。高寒草甸、高寒草原、高寒灌丛草甸、高寒沼泽化草甸土壤微生物呼吸的Q10 分别为1.15、0.87、1.19、1.40。微生物呼吸及其Q10 与土壤全氮(TN)含量存在显著的正相关关系，而且高温、高湿条件下它们对TN 的依赖性更强。因此，青藏高原气候变暖将导致高寒草甸、高寒灌丛草甸、高寒沼泽化草甸微生物呼吸，但高寒草原土壤微生物呼吸的“热胁迫”现象将部分抵消高寒草甸、高寒灌丛草甸、高寒沼泽化草甸对气候变暖的正反馈效应。 (5)利用海北站的气象和土壤数据对Century 模型参数化，调整模型内置参数并用地上生物量数据校正模型。然后利用野外调查的土壤有机碳数据和海北站增温放牧控制试验的地上生物量数据验证模型。表明Century 模型能较好的模拟管理措施和气候变化下高寒草地土壤有机碳的变化。依据历史资料和自己调查数据，针对泽库县退化高寒草甸设计了8 种不同恢复措施和6 种气候变化情景，模拟结果显示所设计的所有恢复措施均能促进土壤有机碳的恢复，夏季放牧草场的固碳能力高于冬季放牧草场的固碳能力。未来不同气候变化情景(100 年温度增加 2oC，降水不变、增加或减少10%)均将导致三江源区高寒草地土壤有机碳库损失，但CO2 施肥效应能部分抵消这种下降趋势，但不能扭转这种气候变化对土壤有机碳的负面作用。结合草地恢复管理措施以及气候变化，估算出三江源区未来 20 年固碳潜力为284.0~328.1 Tg C，其碳汇潜力是草地土壤碳库现状的 14.2~16.4%。这些结果可用于预测气候变化对三江源区土壤有机碳的影响，选择土壤碳释放量最小、固碳潜力最大的草地管理措施，以及为设计合理的取样方法提供实践指导。
文献类型	学位论文
条目标识符	http://210.75.249.4/handle/363003/21446
专题	中国科学院西北高原生物研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	常小峰. 三江源区高寒草地土壤有机碳空间分布及影响因素[D],2012.