青藏高原高寒草地碳储及其与气候因子的关系

NWIPB OpenIR

	青藏高原高寒草地碳储及其与气候因子的关系
	韩道瑞
	2012-05
摘要	草地生态系统面积约占全球陆地表面积的1/5，是陆地生态系统的重要组成部分，其功能的正常发挥对维持区域乃至全球生态系统平衡有着极其重要的作用。青藏高原高寒草地生态系统储藏了大量的有机碳，准确理解高寒草地碳储对气候变化的响应机制，对预测气候变化下全球碳循环模式具有重要预见作用和指导意义。本文以青藏高原高寒草地生态系统为研究对象，估测了高寒草甸碳储量及其增汇潜力，并探讨了高寒草地碳储对气候因子的响应特征。 1.在人类活动和环境因子双重作用下，原生高寒矮嵩草草甸土地利用格局发生改变，转变为退化矮嵩草草甸、人工草地以及农田系统。对比分析该四种不同土地利用格局下生态系统的有机碳贮现状，并以高寒矮嵩草原生草甸土壤-植被系统碳储为基准，对高寒矮嵩草草甸不同土地利用格局恢复为原生草甸时的有机碳增汇潜力进行了初步估算。结果表明： 1) 土壤有机碳（SOC）含量表现出明显差异，顺序依次为：原生草甸>农田>人工草地>退化草甸，大小依次为3.4%、3.3%、2.8%和1.9%。退化草甸SOC 含量显著低于其它三种土地利用格局，与原生草甸相比降低约44%。不同土地利用格局下SOC 含量均随土层深度增加而降低，从0～10cm 到20～40cm，农田降低的幅度最小，约为18%，而其它三种类型草地SOC 含量的降幅均在50%左右。 2) 0～40cm 土层中，各土地利用格局土壤容重变化趋势基本相同，其0～10cm 土层为：退化草甸>人工草地>原生草甸>农田，依次为1.47g/cm3、1.27g/cm3、1.20g/cm3 和1.14g/cm3。随土层深度的增加，土壤容重均呈现逐渐增大的趋势，其中原生草甸增幅最大，从0～10cm 的0.76g/cm3 增加至20～40cm 的1.44g/cm3，而人工草地和农田的增幅相对较小。容重和地下生物量、SOC 含量呈负相关关系，均达极显著水平（地下生物量，R=﹣0.79，p<0.01；SOC 含量，R=﹣0.91，p<0.01）。原生草甸地下生物量较其它3 个土地利用格局高3.6～5.0 倍，依次为2954g/m3（原生草甸）、519g/m3（退化草甸）、824g/m3（人工草地）和627g/m3（农田）。 3) 不同土地利用格局下土壤-植被系统碳密度和碳增汇潜力有很大差异。0～40cm 土层中，原生草甸碳储量最高，达到17098g C/m2，退化草甸、人工草地和农田依次为11461gC/m2、13274g C/m2 和15531g C/m2。退化草甸、人工草地和农田恢复为原生草甸，其有机碳增汇潜力分别为5637g C/m2、3823g C/m2 和1567g C/m2，其中土壤碳增量分别为4573（退化草甸）g C/m2、2865（人工草地）g C/m2、520（农田）g C/m2，植被碳增量分别为1063（退化草地）g C/m2、958（人工草地）g C/m2、1046（农田）g C/m2。对于退化草甸和人工草地生态系统，增汇潜力主要来源于土壤；而农田生态系统是植被碳。 4) 土壤层次对土壤-植被系统碳总增汇量的贡献随土地利用格局的不同而各异。退化草甸各土层碳增汇潜力均比较明显，0～10cm、10～20cm 和20～40cm 层增汇量分别占0～40cm 总增汇量的28.3%、27.6%和44.1%；人工草地碳增汇潜力主要集中在20～40cm层，占0～40cm 增汇量的68.1%；农田恰好与人工草地相反，增汇潜力主要集中在0～10cm 层，占总增量的65.3%。0～10cm 土层是植物碳增储碳的主体，不同土地利用格局下碳的增储量占植物总增贮量的85%以上，随土层深度的增加其增汇潜力显著降低，20～40cm 土层不足3%。而土壤有机碳增汇潜力与植物碳增储呈现地下生物量碳增汇相反趋势，退化草甸、人工草地和农田20～40cm 层土壤碳增汇贡献量分别占其0～40cm 总增汇量的53.9%、90.3%和97.3%。可见，土壤碳增汇量主要来自底层（20～40cm），植物碳增汇量主要来自表层（0～20cm）。 2．以青海省和西藏那曲地区高寒草地生态系统为研究对象，对典型植被分布区原生草地进行采样，并进行其土壤-植物碳储的测定。根据青海省1961～2006 年50 个气象观测站和西藏自治区那曲地区7 个气象站的基本地面观测资料，利用统计分析方法，探索了区域内高寒草地生态系统碳储现状及空间分布格局，并预测了高寒草地生态系统各碳库对气候因子的响应趋势。结果表明： 1) 主成分分析表明，前三个因子对所有因子的累计贡献量达到 92.86%，其中气温因子F1 占52.29%、地温因子F2 占23.74%、降水因子F3 占15.83%。对其因子得分进行聚类分析可将整个采样区划分为四个地区，分别命名为果洛地区、曲麻莱地区、祁连地区和那曲地区。其中，气温呈现祁连地区>果洛地区>那曲地区=曲麻莱地区。地温为那曲地区>曲麻莱地区=祁连地区>果洛地区。降水则为那曲地区>果洛地区>祁连地区>曲麻莱地区（p<0.05）。 2) 随着气温的升高，将会改变果洛地区、那曲地区和曲麻莱地区高寒草地植被碳储的地上、地下分配格局，用于牧业生产的光合产物将会增加，而植物根系碳储呈现降低趋势。整个研究区内地温的变化对碳储量影响较小，仅在地温最低的果洛地区，地温的增加会导致系统碳储的下降。3) 降水因子对研究区内高寒草地各部分碳储影响比较显著，可能成为未来影响高寒草地碳储动态变化的关键性因子。随着降水的增加，植被地下生物量将得以提高，植物总碳储量增加，系统中植被/土壤碳储比增大。其中，果洛地区和曲麻莱地区，草地生态系统总碳储变化主要是土壤碳储变异所致。而那曲地区草地碳储变化主要是植被碳库的变异引起。 3.在人类活动日益加剧的现实状况下，利用气象资料结合野外采样数据来预测区域草地碳储对气候变化的响应，不能仅考虑气候条件的影响，还应加入人类活动干扰对生态系统各碳库的影响；在估算整个青藏高原碳储及对未来气候变化的响应时，应加大采样密度并进行长期定位监测，并借助3S 技术和模型方法，才能准确的预测气候变化下生态系统碳储的动态变异特征。
文献类型	学位论文
条目标识符	http://210.75.249.4/handle/363003/31645
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	韩道瑞. 青藏高原高寒草地碳储及其与气候因子的关系[D],2012.