黄土高原地区生态系统碳储量空间分布及其影响因素

准确估算生态系统碳储量,探明其空间分布及其影响因素对区域生态管理具有重要意义,但黄土高原地区碳储量现状、空间格局及其驱动因素尚不清楚。选择黄土高原地区森林（包括乔木林和灌木林）,草地和农田生态系统为对象,基于大量实测样点通过克里金插值和地统计方法,评估了三种生态系统地上生物量碳密度、地下生物量碳密度和0-100 cm土壤有机碳密度空间分布,并通过路径分析探讨了各碳库的主要影响因素。结果表明：黄土高原地区约占全国总面积的6.7%,其生态系统总碳储量约为2.29 Pg,仅占我国生态系统碳储量的2.3%。生态系统各碳库中,地上生物量碳储量、地下生物量碳储量、土壤有机碳储量分别为0.44、0.32和1.52 Pg;森林、草地、农田（仅指土壤）生态系统碳储量分别为0.98、1.09和0.21 Pg。气候（年均温度、年均降水）、海拔、坡度、土壤质地（砂粒、粉粒、粘粒含量）、植被覆盖状况（用NDVI表示）等因子可解释地上生物量碳密度、地下生物量碳密度、农田土壤有机碳密度空间变异的12%、8%和32%,其中,年均降水、海拔、粘粒含量是黄土高原地区生态系统碳储量空间格局的主要影响因素。本研究表明,由于黄土高原地区独特的气候、地形和土壤条件,其生态系统虽然具有较大的碳储量,但是低于我国生态系统碳储量的平均水平。     

黄土高原退耕还草地植物群落动态对生态系统碳储量的影响

退化农地通过植被恢复能够提高生态系统的固碳能力,但是植被恢复中植物群落特征如何影响生态系统碳储量仍存在不确定性。以农田为对照,选取自然恢复8、15、25、35 a草地为对象,探讨退耕还草地植物群落特征对生态系统碳储量的影响。结果表明：群落盖度随着恢复年限的增加而显著增加,恢复35 a时达到最大值（64.0%）,优势种从达乌里胡枝子、赖草、茵陈蒿演变为长芒草、铁杆蒿;禾草类、多年生草本和灌木逐渐成为优势种。Shannon-Weiner指数、Patrick指数均呈先上升后下降的趋势,均在第15年达到最大值。地上植被碳储量和地下植被碳储量在恢复期间呈直线增加的趋势,且均在35 a达最大值,分别为0.83 Mg C/hm²、1.49 Mg C/hm²,而凋落物碳储量在第25年达到最大值,为0.40 Mg C/hm²。土壤碳储量与有机碳含量总体呈先下降后上升的趋势,在第8年达到最低值,在第35年恢复到农田水平之上,占生态系统碳储量的93.3%-99.6%;表层0-10 cm土壤碳储量占0-30 cm碳储量的38.9%-50.3%,呈表聚现象。生态系统碳储量与土壤碳储量趋势一致,即恢复到第8年最低,为24.32 Mg C/hm²,恢复到第35年最高,为43.70 Mg C/hm²。群落盖度、地上生物量、凋落物生物量、禾草、豆科以及多年生植物的重要值与生态系统碳储量呈显著正相关（P<0.05）,杂草和一年生植物重要值与生态系统碳储量呈显著负相关（P<0.05）。研究表明植被群落组成的动态变化通过增加植被碳储量和土壤碳储量实现生态系统碳储量的增加,而多年生植物、杂草与禾草的重要值和地下生物量与凋落物生物量是影响生态系统碳储量的重要植被因子。     

黄土高原退耕还草地C、N、P生态化学计量特征对植物多样性的影响

为探讨退耕还草地生态化学计量特征随恢复年限的变化以及其对植物多样性的影响,选取黄土高原不同恢复年限退耕还草地为研究对象,分别为农田（对照）、恢复8 a、15 a、25 a和35 a,测定了植物地上部分和土壤C、N、P含量,并分析了其C：N：P化学计量特征与植物多样性之间的关系。结果表明：（1）总体上,随着恢复年限的增加,植物地上部分C、N、P含量呈现增长趋势,而其C：N、C：P以及N：P呈现降低趋势,其中C含量在恢复35 a时达到最大值（434.95 g/kg）;N含量在农田阶段最高（2.29 g/kg）,P含量在恢复25 a时达到最高（1.23 g/kg）。（2）土壤C、N、P含量及N：P随恢复年限的增加总体上呈现增加趋势,C：N呈现降低趋势,而C：P基本保持不变;土壤C、N、P含量的最大值均出现在恢复35 a,其值分别为10.94 g/kg、0.07 g/kg、0.06 g/kg。（3）随着植物地上部分C含量和C：N的增加,Shannon-Weiner指数降低;植物地上部分C含量和土壤P含量是影响Simpson指数的主要因子,其与植物地上部分C含量负相关,而与土壤P含量显著正相关;Pielou均匀度指数与土壤N含量、N：P、C：P以及植物地上部分C含量等因子正相关;Margalef指数与植物地上部分N含量、P含量等因子正相关。研究表明草地恢复中植物和土壤C：N：P化学计量特征对植物多样性具有重要的影响。