积雪对祁连山亚高山草甸土壤呼吸速率的影响

草地作为陆地生态系统的重要组成部分,是分布最广的植被类型之一,全球草地面积约占陆地面积的1/4,土壤碳储量约占全球总碳储量的1/5,在气候变化和陆地生态系统的碳循环方面起着重要作用。我国各类天然草原面积近4亿hm~2,约占国土面积的41.7%,草地的总碳储量约占陆地生态系统总碳储量的16.7%,其中土壤层占93.1%,在碳储量中占有重要的地位。土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的主要环节,其中草地土壤呼吸占陆地土壤呼吸量的5.6%,因此草地土壤碳库正成为草地生态系统研究的热点。祁连山草地资源丰富,亚高山草甸是祁连山自然保护区的基质景观。积雪作为冰冻圈的重要组成部分,对土壤温度和土壤水分具有调控作用,是影响土壤呼吸的重要因素,但是目前关于积雪对土壤呼吸的影响研究少见。研究区选择祁连山中部天涝池流域,利用LI-8100开路式土壤碳通量测定系统,探讨了土壤不同融化状态下积雪对祁连山亚高山草甸生态系统呼吸速率和土壤呼吸速率的影响,并分析了地表温度和土壤温度、地表空气相对湿度和土壤体积含水量对土壤呼吸的影响。结果表明:(1)雪覆盖降低了生态系统呼吸和土壤呼吸速率,但当日融化的积雪对次日生态系统呼吸有促进作用;(2)呼吸速率与土壤温度和地表温度呈显著指数关系(P0.01),与地表空气相对湿度呈线性相关关系。降雪后,全融土壤中呼吸速率与温度和地表空气相对湿度间的相关性好;(3)温度较高时,温度对呼吸速率的作用强;温度较低时,温度对呼吸速率的影响不大。     

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。     

中国草地生态系统碳库及其变化

准确评估草地生态系统碳库及其年际变化, 对揭示草地在中国陆地生态系统碳循环中的作用以及合理利用有限的草地资源有着极为重要的意义. 虽然中国学者在研究草地碳库及其动态变化方面已开展了很多工作, 但目前仍缺乏对中国草地生态系统碳库及其动态变化特征的全面认识. 通过综述当前中国草地碳循环研究的最新进展, 结合本研究组的工作, 试图全面评价中国草地生态系统碳库(植被生物量碳库和土壤有机碳库)及其动态变化. 结果显示: (1) 不同研究得到的中国草地生物量碳密度(单位面积生物量)存在较大差异, 为215.8~348.1 g C/m², 平均值为 300.2 g C/m². 同样, 对中国草地土壤有机碳密度(单位面积土壤碳库)的估算也存在显著差异, 在8.5~15.1 kg C/m²之间变动, 但考虑到8.5 kg C/m²的估算值是基于近千个土壤剖面的实测数据计算得到, 全国平均水平的土壤碳密度一般不会超过此值. 因此, 若采用目前最广泛使用的草地面积(331×104 km²), 那么中国草地生态系统碳库约为29.1 Pg C(1 Pg=1×10¹⁵ g), 其中96.6%的碳储存于土壤有机质中. (2) 文献报道的近20年中国草地生物量和土壤有机碳库的变化方向和变化量均存在差异. 按照最新的估算, 中国草地生物量和土壤有机碳库在过去20年里没有发生显著变化, 即中国草地生态系统处于中性碳汇状态. (3) 中国草地生物量的时空变异与降水量的变化关系密切. 土壤有机碳库的空间变异主要受与降水量密切相关的土壤水分的影响, 但土壤质地等因素也起一定作用. 此外, 放牧与围封等人类活动将对草地生物量和土壤碳库及其动态变化产生强烈影响.     

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。     

锡林郭勒盟草地生态系统服务功能价值动态估算

定量评价草地生态系统服务功能价值及其动态变化,对草地资源保护具有重要意义。以锡林郭勒盟为研究区域,选用2000—2015年MODIS数据和年值降水量数据,构建了定量的生态服务价值估算体系,对草地生态系统提供产品、营养物质循环、维持碳氧平衡、涵养水源、保持土壤及文化娱乐六种服务功能进行了动态估算和对比分析,并探讨了研究区域内各旗、市、县草地生态服务价值的动态变化情况。研究结果表明:2000—2015年锡林郭勒盟草地生态系统提供的总服务价值年际增长率为2.52%,年均增值33.71亿元,呈波动上升的趋势。但各旗、市、县之间草地资源发展不平衡(年际增长率范围-0.46%—1.71%),尤其在正镶白旗(年际增长率-0.30%)和太仆寺旗(年际增长率-0.46%)两地服务价值负增长;不同草地生态系统服务功能提供的服务价值相差悬殊,维持碳氧平衡功能约占比当年总价值35%,而提供产品功能仅占比约5%,对草地生态系统保护起着至关重要作用的涵养水源功能也仅占比约1.5%。为动态估算内蒙古自治区,乃至京津冀地区的草地生态系统服务功能价值提供借鉴。     

中国北方草地生物量动态及其与气候因子的关系

草地生态系统在全球碳循环中扮演重要角色. 中国草地约占中国陆地面积的1/3, 但对其碳库大小、动态及其与气候变化的关系缺乏系统研究. 基于341个样地调查的地上、地下生物量资料和1982~2006年的卫星遥感数据, 利用地上生物量与遥感数据之间及地上生物量与地下生物量之间的关系, 估算了中国北方草地生物量碳库及其空间分布, 分析了过去25年生物量碳密度和碳库的时间动态及其与气候变化的关系. 结果显示: (1) 中国北方草地生物量碳库为557.5 Tg C, 地上、地下生物量密度分别为39.5和244.6 g C/m², 地下部分占总生物量碳库的86%; (2) 1982~2006年间中国草地生物量碳库呈微弱增加趋势, 平均年增量为0.2 Tg C, 但自20世纪80年代末, 草地生物量并未呈现显著的变化趋势; (3) 草地生物量的年际波动主要受1~7月降水的影响, 而与温度关系较弱. 不同草地类型之间生物量-气候关系存在一定差异, 较为干旱的荒漠草原和典型草原的生物量波动与降水关系密切; 高寒草甸的生物量则与1~7月均温显著正相关, 而与降水的关系较弱. 结果表明, 不同草地生态系统对未来气候变化的响应可能存在差异.     

温性草原利用方式对生态系统碳交换及其组分的影响

为了解管理利用方式变化对原本以放牧利用为主的草地生态系统的碳交换及碳平衡将产生怎样的影响。在中国北方温性草原区域利用连接同化箱的便携式红外分析系统,在相互毗连的地块调查了3种典型草地管理利用方式植被生长旺季的生态系统碳交换及其精细组分。结果表明,相比放牧草地,开垦农用显著降低生态系统的日均碳交换(下降56%,P0.05),而长期围封也趋向降低生态系统的日均碳交换,但变化并不显著(P0.05)。与之近似,NPP在放牧与禁牧草地间差异不显著,开垦农用使NPP显著下降,但降幅小于NEP。GPP在3种管理利用方式间差异相对较小。生态系统总呼吸、自养、异养、地上和地下呼吸在放牧和禁牧草地间均无显著差异,均显著低于开垦后的麦田,根系呼吸在3种管理利用方式间无显著变化。相比草地放牧,草地开垦显著增加自养呼吸在总呼吸中的占比,而土壤呼吸和根系呼吸的占比均显著下降,禁牧对呼吸组成的影响不明显。不同管理利用方式草地的地下生物量能很好的解释土壤呼吸占比(95%)和根系呼吸占比(77%)的变化,而LAI则与自养呼吸占比显著正相关(P0.001)。草地开垦利用增强生态系统的碳释放、减少CO_2固定,相比开垦农用,禁牧对放牧草地碳交换及其组分的影响相对较小。     

黄河源区玛多县土地利用和生态系统服务价值的演变

黄河源区玛多县作为"世界的一方净土",开展土地利用变化及生态系统服务功能量化评价,以期为保障黄河流域乃至全国生态安全提供支撑。以黄河源区玛多县为研究案例,统计了2005—2015年玛多县土地利用类型转移矩阵、土地利用变化动态度,计量了2005—2015年玛多县生态系统服务价值演变特征。结果表明:(1)10年间玛多县土地利用结构变化显著,高覆盖度草地、建设用地面积分别增加了38.30%和3.85倍,低覆盖度草地、林地分别降低了44.29%和86.55%。(2)10年间林地、低覆盖度草地的单一土地利用动态度分别为-8.65%、-4.43%,高覆盖度草地、中覆盖度草地的单一土地利用动态度分别为3.83%、2.83%,土地利用类型演变表现为从林地、低覆盖度草地向高覆盖度草地、中覆盖度草地的转移;前期(2005—2010年)林地、低覆盖度草地迅速减少,后期(2010—2015年)建设用地急速扩张。(3)10年间玛多县生态系统服务价值(ESV)呈增长趋势,从2005年的911.24×10~8元增长到2015年938.87×10~8元;单项生态系统服务价值中水文调节的ESV贡献量最大,在53.70%—55.24%之间。(4)10年间水域面积比例在8.21%—8.31%之间波动,ESV贡献量约占生态系统服务价值均在50%左右,未利用土地和高覆盖度草地的ESV贡献量分别为16.85%—17.26%和13.78%—18.50%,低覆盖度草地的ESV减少了44.29%。     

Net ecosystem carbon exchange characteristics in Stipa breviflora desert steppe with different stocking rates

草地生态系统是我国最大的陆地生态系统, 其碳循环的动态变化在全球碳收支平衡中扮演着重要角色。放牧是草地生态系统的主要利用方式。不同的放牧利用强度对草地生态系统会产生不同的影响。该文采用便携式光合仪LI-6400和密闭式箱法于2014-2016年生长季(5-10月)测定了3个载畜率处理(对照、轻度放牧和重度放牧)的生态系统净碳交换, 同步测定了土壤10 cm温度和湿度, 探讨载畜率、水热因素对短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原碳交换的影响。结果表明: 载畜率对生态系统净碳交换有显著影响, 随着载畜率的增加, 生态系统净碳交换、生态系统呼吸以及生态系统总初级生产力分别降低了48.6%、35.3%、40.4%。重度放牧显著降低了草地的固碳能力, 但轻度放牧对草地的固碳能力没有显著影响。年际间生态系统净碳交换主要受降水调控。整个生长季, 短花针茅荒漠草原均表现为碳吸收, 土壤温度对生态系统净碳交换的贡献率高于土壤湿度。     

黄土高原退耕还林生态服务权衡协同分析——以安塞县为例

黄土高原是我国水土流失和土地退化程度最为严重的区域之一，亦是退耕还林还草工程(以下简称：工程)的核心区。科学评估工程在黄土高原地区的实施成效及生态环境恢复效率可为区域生态系统管理提供决策支持。本文以陕西省延安市安塞县为例，采用InVEST模型评价工程对安塞县生态系统服务(土壤保持、洪水调节、碳储量、产水量)的影响，分析生态系统服务之间的权衡协同关系，模拟不同工程实施情景下安塞县的生态系统服务。2000—2015年，工程改变了安塞县的土地覆盖类型，与退耕还林相关的土地利用变化(耕地转为林地、灌木、草地等)面积为464.93 km²(占研究区面积15.8%),其中退耕还草所占比例最高(71.8%)。工程实施后，各项生态系统服务都有所变化，其中洪水调节功能提高了33.4%,碳储量提高了39.6%,土壤保持提高了5.3%,产水量减少了22.4%。退耕情景分析表明(保持退耕还林还草面积与比例不变):在陡坡和河岸农田优先退耕还林(草)将显著提高土壤保持功能，且其他生态系统服务保持不变或略有下降。在距离河岸带约100 m以及陡坡耕地优先实施工程会减弱生态系统服务之间的权衡效应。...