模拟增温对高寒沙区生物土壤结皮-土壤系统呼吸的影响

生物土壤结皮是高寒沙区重要的地表覆盖类型, 研究增温对高寒地区生物土壤结皮-土壤系统呼吸的影响, 能够为准确评估高寒生态系统中生物土壤结皮对气候变化的响应和反馈提供一定的参考。该文以人工植被恢复区的苔藓和藻类结皮为研究对象, 采用开顶式被动增温装置(OTC)进行模拟增温, 观测增温条件下苔藓和藻类结皮-土壤系统呼吸速率的日动态和生长季动态, 探讨增温对其CO₂释放量和温度敏感性的影响。研究结果显示, 增温未改变苔藓和藻类结皮-土壤系统呼吸速率的日动态和生长季动态特征, 均呈“单峰”曲线, 日动态峰值出现在13:00左右, 生长季动态峰值出现在8月左右; 增温改变了生物土壤结皮-土壤系统呼吸速率的日动态峰值。相对干旱年份(2017), 适度增温增加了两类生物土壤结皮-土壤系统生长季累积CO₂释放量, 过高幅度增温, 两类生物土壤结皮-土壤系统CO₂释放量的增加程度降低; 相对湿润年份(2018), 增温幅度越高, 两类生物土壤结皮-土壤系统CO₂释放量增加程度越大。两种类型生物土壤结皮-土壤系统呼吸速率与温度间的关系均可用指数函数较好地描述, 相对干旱年份, 增温幅度越高, 苔藓和藻类结皮-土壤呼吸的温度敏感性越小, 变化范围分别为1.47-1.61和1.60-1.95; 相对湿润年份, 增温幅度越高, 温度敏感性越大, 变化范围分别为1.44-1.68和1.44-1.76。该研究表明, 全球气候变暖很大程度地增强了高寒生态系统中生物土壤结皮-土壤系统的呼吸作用, 因此在准确评估高寒生态系统碳循环过程时, 应充分考虑气候变暖对该区广泛分布的生物土壤结皮所产生的影响。     

高寒沙区生物土壤结皮对吸湿凝结水的影响

高寒沙区,水资源匮乏,吸湿凝结水是维持当地生态环境的重要非生物影响因子。采用自制微渗仪(直径10 cm,高度分别为3、4、6、11 cm)观测3类生物土壤结皮(苔藓结皮、藻类结皮、物理结皮)和流沙的吸湿凝结水量变化规律。结果表明:观测期间,除去大风和降雨天气外,吸湿凝结水每天都会产生;不同地表类型产生的吸湿凝结水量存在差异,生物土壤结皮生成的吸湿凝结水量显著大于流沙上产生的吸湿凝结水(P0.05),即生物土壤结皮有利于吸湿凝结水的生成;随着结皮的发育,吸湿凝结水量呈增加趋势,主要表现为:流沙物理结皮藻类结皮苔藓结皮;凝结现象自19:00开始,次日7:00结束;日出后,吸湿凝结水量迅速下降,持续时间为5 h,其中苔藓结皮与流沙下降速率最快;吸湿凝结水主要集中在土壤表层5 cm内,达总凝结量的90%以上,且观测值变异系数小,可作为代表性土壤深度进行吸湿凝结水的相关研究;吸湿凝结水量与大气温湿度密切相关,与大气温度呈负相关关系,与大气湿度呈正相关关系;吸湿凝结水量受取样深度、地表类型、大气温湿度等多方面因素的影响。     

干旱沙区植被恢复中土壤碳氮变化规律

测定了干旱沙区不同年限植被恢复区土壤0~5(包括结皮层)、5~10和10~20 cm颗粒组成分布、土壤有机碳(Soil organic carbon, SOC)和全氮含量,并分析了土壤颗粒组成分布中沙粒和粘粉粒含量变化与土壤SOC和氮含量间的关系,探讨植被恢复过程中SOC和氮变化规律。研究表明,干旱沙区植被恢复过程中,SOC和全氮含量存在明显的固存效应,这种效应不仅表现在植被恢复的时间上,也表现在土壤垂直分布上。植被恢复区SOC和氮含量随恢复时间的延长呈增加趋势,在垂直方向上呈降低趋势。土壤极细沙(0.1~0.05 mm)和粘粉粒含量(<0.05 mm)的时间和空间变异与SOC和氮有着相似的趋势。而沙粒含量(0.5~0.1 mm)则随植被恢复时间增加和土层深度的增加呈降低趋势。土壤中极细沙粒(0.1~0.05 mm)和粘粉粒含量(<0.05 mm)分别与SOC和氮含量有显著正相关关系(p<0.01),而沙粒含量(0.5~0.1 mm)与SOC和氮含量呈显著负相关(p<0.01)。从植被恢复或者荒漠化逆转角度阐明了干旱沙区土地利用的变化导致的土壤保护性碳组分的增加是土壤碳储量汇功能增加的体现。在研究区域,有机碳和全氮因土壤粘粉粒和极细沙而积累的定量关系可以用线性方程很好地预测,从而为更好地估算荒漠化逆转过程中不同阶段碳汇量提供了依据。而植被恢复中土壤SOC和氮与土壤颗粒间的结论加深了荒漠化逆转过程中土地利用方式的改变对气候变化响应的陆地生态系统碳循环过程与机理的理解,明确了我国广泛在干旱沙区实施区域治理对全球大气CO₂汇的贡献。植被恢复过程中,表征土壤肥力特征的SOC和氮在时间和空间上的变异对植被演变的影响,以及土壤物理稳定性的增强对土壤抗风蚀能力的贡献。从另一个方面阐述了植被恢复过程中土壤和植被间的这种相互关系及其对生态环境改善的贡献,为探讨干旱沙区荒漠化逆转过程中植物种的选育和合理评价生态环境提供了参考。     

腾格里沙漠东南缘白刺种群性状对沙埋的响应

运用实验生态学和数量生态学方法,研究了腾格里沙漠东南不同沙埋程度的白刺(Nitraria tangutorum)种群特征,并就各特征与沙埋深度的关系进行了分析.结果表明:强沙埋条件(湖盆低地)白刺种群特征均值都大于弱沙埋条件(山前冲积扇),但白刺种群各特征变异却是强沙埋条件小于弱沙埋条件;除弱沙埋条件白剌种群密度外,其他各性状都与沙埋有着显著相关关系;强沙埋条件的种群各性状发育最适沙埋深度均大于弱沙埋条件下;不论沙埋深度强弱和最适沙埋深度的高低,白刺种群各性状发育均受最适沙埋深度制约;低于最适沙埋深度,沙埋深度增加促进种群性状发育,高于最适沙埋深度,沙埋深度增加抑制种群性状发育.白刺种群各性状对沙埋深度的响应主要体现在高生长和生物量上:盖度和密度的发育不仅受沙埋的影响,更主要是受沙埋深度影响下的其他资源特别是水分的限制.     

高寒沙区生物土壤结皮覆盖土壤碳释放动态

生物土壤结皮广泛分布于荒漠生态系统，能够通过自身的呼吸作用影响土壤碳释放以及区域碳循环过程。本研究在具有典型高寒沙区气候特征的青藏高原东北部（青海共和盆地），以广泛分布于人工植被恢复区的藻类和藓类结皮为研究对象，裸地为对照，观测了裸地与两种类型生物土壤结皮去除和覆盖土壤碳释放速率的日动态和生长季动态规律，探讨生物土壤结皮对土壤碳释放量的影响。结果表明：生物土壤结皮去除和覆盖土壤碳释放速率日动态和生长季动态特征与裸地一致，均呈“单峰”曲线。生物土壤结皮覆盖土壤的日最大碳释放速率出现于13:00左右，裸地与去除结皮土壤的日峰值均出现于15:00左右，生物土壤结皮的存在使土壤碳释放速率的日峰值出现时间提前2h左右，各观测类型生长季内碳释放速率最大值均出现在8月。在相对干旱年份（2017），藻类和苔藓结皮覆盖导致土壤碳释放量分别增加了22.07%和85.61%，其中，藻类和苔藓结皮层碳释放量占增加量的67.60%和25.76%；而在相对湿润年份（2018），藻类和苔藓结皮覆盖导致土壤碳释放量分别增加了139.37%和290.53%，二者结皮层碳释放量分别占增加量的69.09%和45.59%，生物土壤结皮发育促进了土壤的碳释放。温度对土壤碳释放变化的贡献率为48.89%，是高寒沙区土壤碳释放日动态变化的关键驱动因子。因此，在核算荒漠生态系统碳交换过程中，应充分考虑各区域不同类型生物土壤结皮对土壤碳释放产生的影响。