不同土壤水分含量下高寒草地CH4释放的比较研究

2003年6月30日～9月4日,利用密闭箱-气相色谱法,对发育于不同水分状况下的灌丛草甸(GC)、矮嵩草草甸(AC)、藏嵩草草甸(ZC)和季节性湿地(SD)的CH4释放速率进行了比较研究.结果表明,观测期间,季节性湿地处于淹水状态,其它三种土壤平均水分含量分别为39.6%(GC)、38.4%(AC)、65.9%(ZC),而CH4平均释放速率分别为-0.031±0.030(GC)、-0.026±0.018(AC)、1.103±0.240(ZC)和6.922±4.598 mg·m-2·h-1(SD),随着土壤水分含量的增加,高寒草地土壤CH4释放由吸收转为排放,表现出与土壤湿度很好的一致性.矮嵩草草甸不同处理CH4吸收强度AC＜AJ＜AL,它们之间的差异除与土壤水分有关,还可能与处理引起的CH4传输途径不同有关.实验期间,矮嵩草草甸和灌丛草甸土壤-植物系统分别吸收CH438.69和46.13 mg·m-2,是大气温室气体CH4的弱汇,藏嵩草草甸和季节性湿地则是大气温室气体CH4的源,分别排放CH4 1.641和10.30 g·m-2.     

不同植被被覆下温性草原土壤养分分异特征

以青海湖区4种不同植被被覆下温性草原为对象,研究在自然及放牧因素影响下土壤异质性分布格局.结果表明:速效养分(速效氮、速效磷、速效钾)具有明显的分层特征,表层土壤含量最高,随土层加深含量逐渐降低.紫花针茅退化样地各层土壤速效养分含量普遍低于其他3个样地,恢复时间较长的样地(早熟禾样地)和有外来物质输入的样地(赖草样地)含量较高.全量养分表现不同,全氮含量表现出分层现象,退化和恢复时间短样地(紫花针茅退化样地、垂穗披碱草样地)表层(0～10 cm)和第二层(10～20 cm)全氮含量高,下层含量迅速降低;早熟禾样地和赖草样地各层全氮含量都较高;全磷含量随土层降低没有出现显著差异(P＞0.05),紫花针茅退化样地0～40 cm土层全磷含量都显著低于其他样地(P＜0.05),其全钾和有机质含量也普遍低于其他样地;有机质与全量养分、速效养分均呈现极显著相关(P＜0.01).随土层加深土壤容重增高,退化使土壤pH值升高.退化温性草原在恢复6a后土壤基本得到恢复,人类扰动和自然因素都影响到土壤养分状况.     

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。     

青藏高原芨芨草型温性草原不同土地利用方式的理论碳增汇潜力比较

于2009年7~8月对青藏高原芨芨草(Achnatherumsplendens)型温性草原主要分布区的4种土地利用类型──原生草地、退化草地、农田耕种和退耕还草区的土壤容重、土壤有机碳含量和植物地上、地下生物量进行对比研究,以探讨土地利用方式对青藏高原草地生态系统碳储垂向分布的影响.结果表明,土地利用方式显著影响着浅层(0~20 cm)土壤容重和地下生物量(P<0.05);农田耕种和退耕还草对土壤有机碳含量的影响程度可深达60cm;农田耕种区和退耕还草区的地上生物量极显著高于原生草地区和退化草地区(P<0.01);原生草地、退化草地、农田耕种区和退耕还草区的系统(植物+0~40 cm土壤)碳储分别为122.84、108.82、130.68和108.99 t?hm-2;以原生草地区地下系统碳储为参照,退化草地、农田耕种区和退耕还草区的增汇潜力分别为14.05、-6.38和14.88 t?hm-2,但增汇的时间效益和经济效益区别较大.     

高寒矮嵩草草甸冬季CO2释放特征

冬季碳排放在高寒草地年内碳平衡中占有重要位置。为探讨高寒草地冬季碳排放特征及温度敏感性,于2003-2005年在中国科学院海北高寒草甸生态系统研究站,利用密闭箱-气相色谱法连续观测了高寒矮嵩草草甸2个冬季的生态系统、土壤呼吸通量特征。结果表明:1)高寒矮嵩草草甸冬季生态系统呼吸、土壤呼吸均具有明显的日变化和季节变化规律,温度是其主要的控制因子,能够解释44%以上的呼吸速率变异。2)冬季生态系统呼吸与土壤呼吸速率在统计上没有显著差异,土壤呼吸占生态系统呼吸的比例高达85%以上。3)2003-2004年冬季生态系统呼吸、土壤呼吸的Q₁₀值分别为1.53,1.38;2004-2005年冬季生态系统呼吸与土壤呼吸的Q₁₀值为1.86,1.68,2个冬季生态系统呼吸的Q₁₀值均高于土壤呼吸。4)未发现高寒矮嵩草草甸冷冬年份的Q₁₀值高于暖冬年份以及冬季的Q₁₀值高于生长季。     

植物生长季退化草毡寒冻雏形土CO2释放特征

对中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站地区退化草毡寒冻雏形土CO2释放的全天候连续观测结果表明,退化草毡寒冻雏形土CO2的释放有明显的日变化和季节动态,日最大释放速率出现于12：00-14：00,最小释放速率出现于6：00-8：00;植物生长季的最大振幅为462.49mg·m^-2·h^-1（8月18日）,最小振幅为114.97mg·m^-2·h^-1（5月9日）,CO2释放速率白天大于夜晚。不同物候期CO2释放速率亦不同,草盛期>枯黄期>青期。最大日均值为480.76mg·m^-2·h^-1（8月18日）,最小日均值为140.77mg·m^-2·h^-1（5月9日）。释放速率与气温、地表温度及土壤5cm地温均呈显著或极显著相关关系,表明温度是决定CO2释放速率季节变化的首要因素。     

2000-2015年祁连山南坡生态系统服务价值时空变化

祁连山是我国西部重要的生态安全屏障和生物多样性保护优先区域,其中南坡地区是水源涵养服务核心区,但目前对该区域生态系统服务时空分布及动态变化仍缺乏深入认识。利用遥感技术和生态系统服务理论,综合多源数据产品,借鉴生态系统服务计算方法,对包括土壤保持等7个生态系统服务类型展开功能及价值核算,对祁连山南坡土壤保持等7个生态系统服务类型2000-2015年间的时空分异及动态展开监测和评估,研究表明：（1）近16年来祁连山南坡生态系统服务平均单位面积价值为76.27万元/km²,总价值为658.74亿元,且调节气候、水源涵养和调节空气质量服务构成了研究区生态系统服务的主体。（2）高寒草甸和高寒草原的生态系统服务总价值最高,而森林和灌丛的单位面积服务价值最高;天峻县和祁连县的生态系统服务总价值最高,而海晏县和刚察县的单位面积服务价值最高。（3）近16年来祁连山南坡生态系统服务价值呈增长趋势,其中调节气候和调节空气质量服务价值的增速最快,且增长区域主要集中在研究区北部祁连县和天峻县境内。（4）研究区东部山区、南部环湖区以及中部湿地区能够提供多项复合生态服务功能,应作为生态保护和管理的重点。研究结果能为祁连山生态红线制定及国家公园建设提供理论依据和技术支撑。     

高寒草甸生态系统氮素循环

应用分室模型,研究了高寒草甸（矮嵩草草甸）生态系统中氮素的分布与循环。结果表明：系统中,土壤库氮素总储量为 １０６３ｔ／ｈｍ ２,主要以有机态存在,土壤氮素全量养分丰富,而有效养分贫乏,仅能满足较低水平生产的供求关系;植物氮素主要储存于植物活根中,根系氮素储量为 １９０１１±４９６２ｋｇ／ｈｍ ２·ａ,活根内氮素占 ７９２６％ 。通过对该系统氮素收支平衡计算结果表明,氮素输出为 １５９３５ｋｇ／ｈｍ ２·ａ,大于系统的输入 ８４７３ｋｇ／ｈｍ ２·ａ,系统中氮素亏缺,成为限制草场生产力提高的限制因子。     

高寒草甸不同植被土壤微生物数量及微生物生物量的特征

用稀释平板法和氯仿熏蒸法研究了藏嵩草草甸、小嵩草草甸、矮嵩草草甸、禾草草甸、杂类草草甸及金露梅灌丛土壤的微生物数量、生物量及有机质的变化特征.结果表明:0～40 cm土层细菌和放线菌数量、微生物生物量碳和土壤有机质含量均以藏嵩草草甸最高,其微生物生物量及土壤有机质显著高于其它5种植被;真菌数量以金露梅灌丛最高;由表层到深层,随着土壤深度的增加以上各项指标均呈下降趋势.通径分析表明:土壤各生物环境因子之间存在着不同程度的相关性;土壤微生物数量、生物量及土壤有机质含量均与土壤水分含量存在显著的相关关系,说明土壤水分是调节高寒草甸生态系统土壤微生物代谢及物质转化的关键因子.     

青藏高原高寒矮嵩草草甸碳增汇潜力估测方法

以广布于青藏高原的高寒矮嵩草草甸为研究对象,研究了草甸碳储存的场所、碳库容量随草甸演替的变化过程及其碳增汇潜力的空间分布格局,同时探讨了高寒草甸碳增汇潜力估测的困惑与解决方法。结果表明,高寒草甸生态系统碳增汇潜力空间分布格局差异极大,主要受到土层厚度和草地演化进程的影响。高寒草甸碳主要贮存于草毡表层,其增汇潜力在于退化草地草毡表层的恢复与重建。保持适宜厚度的草毡表层是协调高寒草甸生产与碳生态服务功能的关键。随着退化高寒草甸的恢复,土壤容重呈现下降趋势,计算其系统碳增汇潜力,需要用根土体积比进行土层深度的校正。高寒草甸具有较大的固碳潜力,但其潜力的发挥受到气候和草地恢复与管理措施的影响,比较漫长。