青藏高原两种植被类型净初级生产力与气候因素的关系及周转值分析

基于2008—2016年青海海北站9年净初级生产力及气候因子监测数据,分析了青藏高原高寒小嵩草草甸和高寒金露梅灌丛两种植被净初级生产力年际动态,并探讨了气候因子对其影响及其不同土层深度根系周转值特征。结果表明:(1)年际尺度上,小嵩草草甸地上净初级生产力表现为显著增加趋势,增幅为7.02 g m~(-2) a~(-1),而金露梅灌丛地上净初级生产力相对较为稳定;对于其地下净初级生产力和总生产力,小嵩草草甸和金露梅灌丛均表现为增加趋势(P0.05),9年间小嵩草草甸地上、地下和总净初级生产力平均值分别为(217.55±9.95)、(1882.75±161.33) g m~(-2) a~(-1)和(2100.30±163.38) g m~(-2) a~(-1),金露梅灌丛地上、地下和总净初级生产力9年间平均值分别为(256.27±11.4)、(1614.31±173.03) g m~(-2) a~(-1)和(1870.58±177.93) g m~(-2) a~(-1)。(2)不同植被类型地上净初级生产力对气候因素响应不同,金露梅灌丛地上净初级生产力主要受温度影响,而温度对小嵩草草甸地上净初级生产力无显著影响。此外,降水不是限制高寒生态系统草地地上净初级生产力主要因子,相比于降水影响,高寒生态系统地上净初级生产力更受温度调控。(3)年均温和年降水对金露梅灌丛和小嵩草草甸地下净初级生产力均无显著影响(P0.05),表明高寒生态系统,其地下生产力受外界气候条件变化影响微弱,是一个稳定的碳库。(4)两种植被类型其根系周转值均随着土壤深度的增加呈逐渐增加趋势,且高寒灌丛根系周转值明显高于高寒草甸根系周转值。研究表明,在全球气候变暖背景下将会增加金露梅灌丛地上净初级生产力,而对小嵩草草甸地上净初级生产力无显著影响。     

高寒草毡层基本属性与固碳能力沿水分和海拔梯度的变化

高寒草毡层是高原寒区自然植被下形成的松软而坚韧且耐搬运的表土层,认识其生态功能是促进草牧业生产休养保护和工程施工主动利用的前提。通过对青藏高原东部若尔盖高原植被的广泛调查,在布设沼泽、退化沼泽、沼泽化草甸、湿草甸、干草甸和退化草甸水分梯度群落样地,以及亚高山草甸、亚高山灌丛草甸、高山灌丛草甸和高山草甸海拔梯度群落样地的基础上,通过对不同类型群落样地草毡层容重、土壤颗粒组成和土壤有机碳(SOC)含量的测定分析,比较了水分和海拔梯度下草毡层固碳能力。结果表明,草毡层厚度平均为30cm,沼泽湿地草毡层容重最小,SOC含量在300g/kg以上;退化草甸容重最高,SOC含量显著下降。不同群落草毡层SOC密度在10—24kg C/m~2之间,随着土壤水分有效性的降低而降低;高山灌丛草甸草毡层SOC密度比草甸高15%。研究得出,保持草毡层稳定的质量含水量阈值为30%,SOC含量阈值为30g/kg;高寒植被草毡层在沼泽到草甸的退化演替中,容重、紧实度变大,有机碳含量减少,碳密度和碳储量下降;灌丛草甸的固碳能力大于草甸,但灌丛草甸的生产功能降低;保持可持续发展的草地生产能力,维护固碳生态功能,需要防止草毡层退化,抑制草甸向灌丛草甸演替。     

西南地区草地群落灌木植物盖度对生态系统碳库的影响

中国西南地区草地主要为暖性及热性草丛、灌草丛,约占全国草地面积的1/10,分析灌木植物盖度与草地碳库及其构成的关系对于准确评估尚处于次生演替阶段的南方草地碳储量具有重要意义。该研究基于野外实地调查,将西南地区不同地貌类型的41个代表性草地样地依据灌木植物盖度划分为3种类型:无灌木植物草地群落(灌木植物盖度为0)、低灌木植物盖度草地群落(灌木植物盖度0–10%)和高灌木植物盖度草地群落(灌木植物盖度10%–30%),测定了群落地上、地下生物量和凋落物生物量以及植物和土壤碳含量,计算碳密度。结果表明:随着草地群落灌木植物盖度增大,生态系统植被碳密度从0.304 kg·m~(–2)增加到1.574 kg·m~(–2),其中根系和凋落物碳库也呈增长趋势;土壤碳密度从7.215 kg·m~(–2)增加到9.735 kg·m~(–2),生态系统碳密度从7.519 kg·m~(–2)增加到11.309 kg·m~(–2)。草地碳库构成中,低灌木植物盖度草地群落的土壤碳库占生态系统碳库比例最小。草地群落灌木植物盖度增加改变了草地生态系统碳库构成并导致生态系统碳库增加,建议在估算草地生态系统碳库时,需要统筹考虑并兼顾南方地区草地群落灌木植物盖度变化。     

青藏高原高寒灌丛草甸和草原化草甸CO_2通量动态及其限制因子

高寒灌丛草甸和草甸均是青藏高原广泛分布的植被类型,在生态系统碳通量和区域碳循环中具有极其重要的作用。然而迄今为止,对其碳通量动态的时空变异还缺乏比较分析,对碳通量的季节和年际变异的主导影响因子认识还不够清晰,不利于深入理解生态系统碳通量格局及其形成机制。该研究选取位于青藏高原东部海北站高寒灌丛草甸和高原腹地当雄站高寒草原化草甸年降水量相近的5年(2004–2008年)的涡度相关CO_2通量连续观测数据,对生态系统净初级生产力(NEP)及其组分,包括总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸的季节、年际动态及其影响因子进行了对比分析。结果表明:灌丛草甸的CO_2通量无论是季节还是年际累积量均高于草原化草甸,并且连续5年表现为"碳汇",平均每年NEP为70 g C·m~(–2)·a~(–1),高寒草原化草甸平均每年NEP为–5 g C·m~(–2)·a~(–1),几乎处于碳平衡状态,但其源/汇动态极不稳定,在2006年–88 g C·m~(–2)·a~(–1)的"碳源"至2008年54 g C·m~(–2)·a~(–1)的"碳汇"之间转换,具有较大的变异性。这两种高寒生态系统源/汇动态的差异主要源于归一化植被指数(NDVI)的差异,因为NDVI无论在年际水平还是季节水平都是NEP最直接的影响因子;其次,灌丛草甸还具有较高的碳利用效率(CUE,CUE=NEP/GPP),而年降水量和NDVI是决定两生态系统CUE大小的关键因子。两地区除了CO_2通量大小的差异外,其环境影响因子也有所不同。采用结构方程模型进行的通径分析表明,灌丛草甸生长季节CO_2通量的主要限制因子是温度,NEP和GPP主要受气温控制,随着气温升高而增加;而草原化草甸的CO_2通量多以季节性干旱导致的水分限制为主,其次才是气温的影响,受二者的共同限制。此外,两生态系统生长季节生态系统呼吸主要受GPP和5 cm土壤温度的直接影响,其中GPP起主导作用,非生长季节生态系统呼吸主要受5 cm土壤温度影响。该研究还表明,水热因子的协调度是决定青藏高原高寒草地GPP和NEP的关键要素。     

青藏高原高寒草甸生态系统碳增汇潜力

为了揭示青藏高原高寒草甸生态系统植被变化对碳储量的影响,以原生矮嵩草草甸、退化草甸、人工草地以及农田为研究对象,对比分析了该4种不同土地格局下生态系统的有机碳现状.以原生矮嵩草草甸土壤碳储量为基准对不同类型高寒生态系统的碳增汇潜力进行了估算.结果表明:不同类型生态系统的碳储量和碳增汇潜力有很大差异,在0-40cm土层中,(1)原生草甸碳储量最高,达到17098 g C/m2,退化草甸、人工草地和农田的有机碳汇增加潜力分别为:5637、3823、1567 g C/m2.(2)对于退化草甸和人工草地,土壤有机碳含量和密度明显低于原生草甸和农田.(3)地下生物量碳储量主要集中在0-20cm,且原生草甸地下生物量的碳储量比其他3个植被类型高3.6-5倍.总体上,青藏高原草地生态系统存在巨大的碳增汇潜力.     

高寒矮嵩草草甸大气-土壤-植被-动物系统碳素储量及碳素循环

对高寒矮嵩草草甸生态系统中大气 -土壤 -植被 -动物分室碳素储量及碳素循环进行了研究 ,结果表明 ,草毡寒冻雏形土土壤库 0～ 30 cm碳素储量为 2 4 7.30 t C/ hm2 。土壤 CO2 平均释放速率 70 .94± 54.76kg/ (hm2· d) ,年释放量为 6.630 t C/ (hm2·a) ,比退化草地 4.62 0 t C/ (hm2·a)释放量高。植物包括根系总固碳量为 4.648t C/ (hm2· a) ,动物亚系统中 ,藏系绵羊个体同化的碳素为 7.562 kg C/ (hm2· a) (成年羊 ) ,作为畜产品迁出生态系统。生态系统初级生产固碳量占每年土壤 CO2 释放量的 70 .1 6% ,占生长季土壤 CO2 释放量的 96.43% ,退化草地土壤 CO2 释放量比初级生产固碳量要低。认为高寒矮嵩草草甸生态系统土壤是大气温室气体 CO2 的小的排放源。     

若尔盖高原泥炭地生态系统碳储量

为了精确估算泥炭地生态系统碳储量,采用土壤剖面法和植被收割法,研究了青藏高原东部边缘的若尔盖3种水位状态下的泥炭地植被碳储量、土壤碳储量(0~200 cm)和生态系统碳储量。结果表明:若尔盖高原3种水位状态下泥炭地生态系统碳储量为761.56~1103.40 t·hm~(-2),平均值为976.49 t·hm~(-2);植被碳储量为13.44~15.23 t·hm~(-2),平均值为14.53 t·hm~(-2);土壤有机碳储量为748.12~1088.17 t·hm~(-2),平均值961.96 t·hm~(-2),是中国湿地土壤有机碳储量的3倍、森林土壤有机碳储量的5倍和草地土壤有机碳储量的11倍。影响泥炭地碳储量估算不确定性的因子主要为泥炭深度、土壤容重和土壤有机碳含量,加强这3种土壤因子数据信息的研究有助于精确估算若尔盖高原泥炭地生态系统碳储量。     

尕海湿地植被退化过程中植被——土壤系统有机碳储量变化特征

青藏高原湿地作为陆地生态系统的重要组成部分,在全球碳循环中发挥着重要作用.以青藏高原东缘尕海湿地植被不同退化程度样地(未退化CK、轻度退化SD、中度退化MD及重度退化HD)为研究对象,通过分析地上植物、凋落物、根系和土壤有机碳,研究湿地植被退化过程中植被-土壤系统有机碳储量变化特征.结果表明:除HD外,不同退化程度湿地地上植被碳储量为99.58～205.64 g·m^-2,根系(0～40 cm)碳储量为56.96～754.37 g·m^-2,地上、根系碳储量随退化程度的加剧显著下降,土壤容重随退化程度加剧呈先增加后减少趋势,植被退化湿地各层土壤容重均大于对照样地,而凋落物碳储量为17.29～35.69 g·m^-2,CK和MD均显著高于SD;不同退化程度湿地土壤0～40 cm碳储量为7265.06～9604.30 g·m^-2,且MD>CK>SD>HD,土壤有机碳储量CK和MD显著高于SD、HD;植被-土壤系统的碳储量为7265.06～10389.94 g·m^-2,各样地大小顺序为CK>MD>SD>HD,有机碳主要储存于土壤中,占湿地总碳贮量的90%以上,说明适度干扰有利于发挥高寒湿地生态系统的碳汇功能.     

尕海湿地植被退化过程中植被-土壤系统有机碳储量变化特征

青藏高原湿地作为陆地生态系统的重要组成部分,在全球碳循环中发挥着重要作用.以青藏高原东缘尕海湿地植被不同退化程度样地(未退化CK、轻度退化SD、中度退化MD及重度退化HD)为研究对象,通过分析地上植物、凋落物、根系和土壤有机碳,研究湿地植被退化过程中植被-土壤系统有机碳储量变化特征.结果表明: 除HD外,不同退化程度湿地地上植被碳储量为99.58～205.64 g·m^-2,根系(0～40 cm)碳储量为56.96～754.37 g·m^-2,地上、根系碳储量随退化程度的加剧显著下降,土壤容重随退化程度加剧呈先增加后减少趋势,植被退化湿地各层土壤容重均大于对照样地,而凋落物碳储量为17.29～35.69 g·m^-2,CK和MD均显著高于SD;不同退化程度湿地土壤0～40 cm碳储量为7265.06～9604.30 g·m^-2,且MD＞CK＞SD＞HD,土壤有机碳储量CK和MD显著高于SD、 HD;植被-土壤系统的碳储量为7265.06～10389.94 g·m^-2,各样地大小顺序为CK＞MD＞SD＞HD,有机碳主要储存于土壤中,占湿地总碳贮量的90%以上,说明适度干扰有利于发挥高寒湿地生态系统的碳汇功能.     

基于机器学习估算青藏高原多年冻土区草地净初级生产力

净初级生产力(NPP)的估算还存在很大的不确定性。本文利用机器学习算法(RF和RBF-ANN)估算了2002—2018年青藏高原多年冻土区草地NPP,分析了青藏高原多年冻土区草地NPP的时空格局、变化特征及其对气候因子的响应。结果表明:(1)机器学习估算结果可靠,简单易行。(2)青藏高原多年冻土区草地NPP表现为东南向西北逐渐递减的趋势;NPP总量为175.39 Tg C·a~(-1),单位面积均值为164.10 g C·m~(-2)·a~(-1),呈波动上升的趋势。(3)青藏高原多年冻土区草地NPP增加的面积占20.49%;各草地类型的NPP增长幅度不一致表现为高寒沼泽草甸高寒草甸高寒草原高寒荒漠草原。(4)温度是青藏高原多年冻土区草地NPP变化的主导因子,降水的影响沿东南向西北逐渐减弱。     

草地退化对三江源国家公园高寒草甸表层土壤有机碳、全氮、全磷的空间驱动

草地退化显著削弱了三江源高寒草甸的土壤肥力及生态承载功能,但空间尺度上的驱动强度和环境调控尚不清晰。在2020年7—8月,基于三江源国家公园高寒草甸典型分布区原生植被和退化植被的60个配对采样,研究表层(0—30 cm)土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)和全磷(TP)含量对草地退化的空间响应特征。三江源国家公园高寒草甸原生植被SOC和TN含量分别为(2.45±2.05)%(平均值±标准差,下同)和(0.25±0.20)%,配对样本t-检验的结果表明草地退化导致SOC和TN分别极显著(P<0.001)下降了44.0%和35.6%。TP对草地退化无显著响应(P=0.22)。原生植被的土壤C∶N∶P平均为59.6∶6.2∶1.0,草地退化导致化学计量值平均下降28.3%。一般线性模型的结果表明草地退化对SOC和TN及土壤生态化学计量特征的空间降低强度主要取决于纬度和海拔(P<0.01),与经度和土壤深度关系较弱(P>0.30),即低纬度高海拔的高寒草甸响应相对强烈。草地退化导致三江源国家公园高寒草甸土壤碳氮损失严重,降低了土壤生态化学计量。研究结果可为三江源退化高寒草甸土壤...     

青藏高原高寒草地3米深度土壤无机碳库及分布特征

准确评估土壤无机碳库的大小及其分布特征有助于全面理解陆地生态系统碳循环与气候变暖之间的反馈关系.然而, 由于深层土壤剖面信息匮乏, 使得目前学术界对深层土壤无机碳库的了解十分有限.该研究基于342个3 m深度和177个50 cm深度的土壤剖面信息, 采用克里格插值方法估算了青藏高原高寒草地不同深度的土壤无机碳库大小, 并在此基础上分析了该地区土壤无机碳密度的分布特征.结果显示, 青藏高原高寒草地0-50 cm,0-1 m,0-2 m和0-3 m深度的土壤无机碳库大小分别为8.26,17.82,36.33和54.29 Pg C, 对应的土壤无机碳密度分别为7.22,15.58,31.76和47.46 kg C·m^-2.研究区土壤无机碳密度总体呈现由东南向西北增加的趋势; 高寒草原土壤的无机碳密度显著大于高寒草甸的无机碳密度.整体上, 不同深度的高寒草原无机碳库约占整个研究区无机碳库的63%-66%.此外, 深层土壤中储存了大量无机碳, 1 m以下土壤无机碳库是1 m以内无机碳库的2倍.两种草地类型土壤无机碳的垂直分布存在差异: 对高寒草原而言, 0-50 cm土壤无机碳所占的比例最大; 但对高寒草甸而言, 在100-150 cm深度土壤无机碳出现富集.这些结果表明青藏高原深层土壤是一个重要的无机碳库, 需在未来碳循环研究中予以重视.     

广州市海珠区万亩果园主要生态系统的碳密度及其分配特征

本文选取了广州市海珠区万亩果园的木本生态系统(果园复合湿地、果园和绿地)、草本生态系统(农田)和水生生态系统(河涌)为对象,研究了土壤与植被的碳密度。结果表明:果园复合湿地、果园、河涌、农田和绿地生态系统碳密度为137.12~204.25t·hm~(-2),其土壤碳密度为98.45~196.44 t·hm~(-2),河涌生态系统的底泥碳密度显著高于其他4种陆地生态系统的土壤碳密度(P0.05);果园复合湿地(73.65 t·hm~(-2))和果园(61.90t·hm~(-2))的植被碳密度显著高于绿地(36.69 t·hm~(-2))与农田(4.15 t·hm-2)(P0.05);果园复合湿地、果园和绿地生态系统的植被和土壤碳分配比例为40%~45%和55%~60%,农田生态系统中95.01%的碳分配在土壤层,河涌生态系统的碳99.96%分配在底泥中;在广州城市区域中,以果树植被为主并具有较大湿地面积的万亩果园具有较高的碳密度和碳汇水平。     

西藏草地生态系统植被碳贮量及其空间分布格局

在广泛收集资料的基础上,利用平均碳密度方法,估算了西藏高原草地生态系统17类草地植被的碳贮量,并分析了其空间分布格局.结果表明:(1)17类草地植被总面积为8205.194×104hm2,总碳贮量为189.367 Tg (1TgC＝1012g),平均碳密度为2307.895 kgC/hm2,不同植被类型差异较大,在395.977～20471.161kgC/hm2之间波动;(2)从草地类型分布看,高寒草原和高寒草甸是西藏分布面积最大的2类草地,分布面积占西藏草地总面积的70.210%,又是西藏草地碳贮量的主要贮库,碳贮量占西藏草地总碳贮量的79.393%;(3)在空间分布格局上,随着自藏东南向西北的延伸,草地植被总碳密度逐次降低,这一水平分布格局与西藏独特的水热分布相一致;碳密度的垂直分布规律因地区而异,但各地区均以高寒草甸或高寒荒漠的低碳密度为终点,表现出"殊途同归"的特征.     

开垦对海北高寒草甸土壤有机碳的影响

在中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站地区,选择高寒草甸开垦后形成的农田(种植春油菜)作为研究对象,开垦年限分别为0、10、20和30年,利用土壤有机碳密度分组法,对0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~40 cm土层土壤有机碳(SOC)及不同组分(轻组有机碳LFOC,重组有机碳HFOC)含量及随开垦年限变化关系进行了研究。结果表明,高寒草甸开垦后土壤有机碳及其组分的变化主要发生在0~10 cm土层,LFOC下降最快,其次为HFOC和SOC,至30年时分别下降了48.63%、43.97%、37.64%。而0~40 cm土体内,SOC、LFOC和HFOC亦呈下降趋势,开垦30年,它们的下降速率分别为785.77、16.79和460.29 kg C.hm-2.yr-1。开垦将大大降低高寒草甸作为碳汇的功能,土壤碳库的总贮量由143 516.94 kg C.hm-2.yr-1下降至114 298.34 kg C.hm-2.yr-1,使其逆转为碳源。     

基于静态箱式法和生物量评估海北金露梅灌丛草甸碳收支

高寒灌丛是青藏高原重要植被类型,因特殊生物学性质致使其系统碳功能较难评估。采用静态箱式法测定高寒金露梅(Potentilla fruticosa)灌丛草甸的生态系统呼吸,结合生物量收获法估测生态系统净初级碳量。结果表明,高寒金露梅灌丛草甸生态系统呼吸、土壤呼吸和植物呼吸具有明显的季节动态变化,其年总量分别为886.28、444.93 gC/m2和441.36 gC/m2;灌丛区、草本区以及土壤区的呼吸均与5 cm地温具有极显著的指数关系(R2分别为0.95、0.94和0.83),各区温度敏感系数Q10分别为4.40、4.13和3.16;8a(2003—2010)植被净初级生产力平均为468.55 gC/m2。结合系统土壤呼吸,生态系统年均净固碳量为27.19 gC/m2,即高寒金露梅灌丛草甸生态系统为碳汇。对比涡度相关标准方法连续观测数据表明该方法评估生态系统碳功能具有较大可信度。     

青藏高原纳木错高寒草甸生态系统碳交换对多梯度增水的响应

高寒草甸是青藏高原的主要草地类型, 对青藏高原生态系统碳收支具有重要的调节作用。目前, 有关高寒草甸生态系统碳交换对气候变化的响应所知甚少, 尤其是降水变化会如何影响高寒草甸碳交换过程的相关研究非常匮乏。该文作者于2013和2014年的生长季(5-9月)在青藏高原纳木错地区高寒草甸进行多梯度人工增水实验, 设置对照和5个水分添加梯度, 分别增加0%、20%、40%、60%、80%和100%的降水, 以研究高寒草甸生态系统在不同降水量条件下的碳交换变化。增水处理后, 各处理梯度之间的土壤温度没有显著差异, 而土壤含水量在不同增水处理后出现显著变化, 相对于对照, 增水幅度越大, 对应的土壤含水量越高。综合2013和2014年的观测结果, 高寒草甸生态系统整体表现为碳吸收, 在20%增水处理中, 净生态系统碳交换(NEE)达到最大值, 随着模拟的降水梯度进一步增加, NEE逐渐下降; 增水处理对生态系统呼吸(ER)无显著影响; 总生态系统生产力(GEP)的变化趋势与NEE一致, 即随着增水梯度增大, GEP先增加, 并在增水20%处理达到最大值, 随后GEP开始降低。研究表明, 在高寒草甸生态系统, 水分是影响GEP和NEE的重要因素, 对ER影响较弱; 未来适度的增水(20%-40%)能促进高寒草甸生态系统对碳的吸收。     

Responses of ecosystem carbon exchange to multi-level water addition in an alpine meadow in Namtso of Qinghai-Xizang Plateau,China

高寒草甸是青藏高原的主要草地类型, 对青藏高原生态系统碳收支具有重要的调节作用。目前, 有关高寒草甸生态系统碳交换对气候变化的响应所知甚少, 尤其是降水变化会如何影响高寒草甸碳交换过程的相关研究非常匮乏。该文作者于2013和2014年的生长季(5-9月)在青藏高原纳木错地区高寒草甸进行多梯度人工增水实验, 设置对照和5个水分添加梯度, 分别增加0%、20%、40%、60%、80%和100%的降水, 以研究高寒草甸生态系统在不同降水量条件下的碳交换变化。增水处理后, 各处理梯度之间的土壤温度没有显著差异, 而土壤含水量在不同增水处理后出现显著变化, 相对于对照, 增水幅度越大, 对应的土壤含水量越高。综合2013和2014年的观测结果, 高寒草甸生态系统整体表现为碳吸收, 在20%增水处理中, 净生态系统碳交换(NEE)达到最大值, 随着模拟的降水梯度进一步增加, NEE逐渐下降; 增水处理对生态系统呼吸(ER)无显著影响; 总生态系统生产力(GEP)的变化趋势与NEE一致, 即随着增水梯度增大, GEP先增加, 并在增水20%处理达到最大值, 随后GEP开始降低。研究表明, 在高寒草甸生态系统, 水分是影响GEP和NEE的重要因素, 对ER影响较弱; 未来适度的增水(20%-40%)能促进高寒草甸生态系统对碳的吸收。     

中国南方灌丛凋落物现存量

凋落物是陆地生态系统的重要组成部分,在区域尺度上阐明其现存量的分布特征及其影响因子有助于理解陆地生态系统碳循环的机理。该研究采用分层随机抽样调查方法分析了中国南方灌丛生态系统凋落物现存量的空间分布格局及其影响因子。结果发现:该区域灌丛凋落物现存量的平均值为0.32 kg·m~(–2),是中国森林凋落物现存量(0.47 kg·m~(–2))的68%,是中国草地凋落物现存量(0.06 kg·m~(–2))的5倍;凋落物现存量呈现出明显的纬度格局,随着纬度的增加而升高;该区域的灌丛生态系统凋落物现存量的碳转换系数为0.41,显著低于植被活体转换系数0.50;凋落物现存量与年平均气温、土壤全磷含量和土壤pH值显著负相关,与年降水量、土壤碳、氮以及有机碳含量相关性不显著。研究表明:该区域灌丛凋落物现存量是中国陆地生态系统碳库不可忽视的组分;年平均气温是影响该区域内灌丛生态系统凋落物现存量的重要环境因子;采用常用的植被活体碳转换系数可能会高估凋落物现存量碳库的22%。     

CO2 flux dynamics and its limiting factors in the alpine shrub-meadow and steppe-meadow on the Qinghai-Xizang Plateau

高寒灌丛草甸和草甸均是青藏高原广泛分布的植被类型, 在生态系统碳通量和区域碳循环中具有极其重要的作用。然而迄今为止, 对其碳通量动态的时空变异还缺乏比较分析, 对碳通量的季节和年际变异的主导影响因子认识还不够清晰, 不利于深入理解生态系统碳通量格局及其形成机制。该研究选取位于青藏高原东部海北站高寒灌丛草甸和高原腹地当雄站高寒草原化草甸年降水量相近的5年(2004-2008年)的涡度相关CO₂通量连续观测数据, 对生态系统净初级生产力(NEP)及其组分, 包括总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸的季节、年际动态及其影响因子进行了对比分析。结果表明: 灌丛草甸的CO₂通量无论是季节还是年际累积量均高于草原化草甸, 并且连续5年表现为“碳汇”, 平均每年NEP为70 g C·m ^-2·a ^-1, 高寒草原化草甸平均每年NEP为-5 g C·m ^-2·a ^-1, 几乎处于碳平衡状态, 但其源/汇动态极不稳定, 在2006年-88 g C·m ^-2·a ^-1的“碳源”至2008年54 g C·m ^-2·a ^-1的“碳汇”之间转换, 具有较大的变异性。这两种高寒生态系统源/汇动态的差异主要源于归一化植被指数(NDVI)的差异, 因为NDVI无论在年际水平还是季节水平都是NEP最直接的影响因子; 其次, 灌丛草甸还具有较高的碳利用效率(CUE, CUE = NEP/GPP), 而年降水量和NDVI是决定两生态系统CUE大小的关键因子。两地区除了CO₂通量大小的差异外, 其环境影响因子也有所不同。采用结构方程模型进行的通径分析表明, 灌丛草甸生长季节CO₂通量的主要限制因子是温度, NEP和GPP主要受气温控制, 随着气温升高而增加; 而草原化草甸的CO₂通量多以季节性干旱导致的水分限制为主, 其次才是气温的影响, 受二者的共同限制。此外, 两生态系统生长季节生态系统呼吸主要受GPP和5 cm土壤温度的直接影响, 其中GPP起主导作用, 非生长季节生态系统呼吸主要受5 cm土壤温度影响。该研究还表明, 水热因子的协调度是决定青藏高原高寒草地GPP和NEP的关键要素。