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《河南大学》 2013年
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风蚀和放牧对温带草原碳循环的影响

高静静  
【摘要】:自近代工业革命以来,人类活动已经对全球环境产生巨大影响,包括大气CO_2浓度与地球表面平均温度的上升、大气氮沉降、降水格局以及土地利用方式的改变,这些变化已经或正在对陆地生态系统碳循环过程产生重大影响。气温升高、降水减少以及土地利用方式的改变都会加剧土壤风蚀的发生。土壤风蚀是发生在干旱,半干旱及部分亚湿润地区土地退化的主要过程之一,是荒漠化地区土壤养分和有机质变异的重要影响因素。然而风蚀不是养分的彻底损失,而是地域间养分的再分配现象。风蚀起沙使大量富集养分的细小颗粒物质从地表损失,而沉降过程则向地表添入大量养分物质。因此,风蚀是地表养分与碳循环过程的重要驱动因素之一。草地生态系统是全球分布最广的生态系统类型之一,储存了陆地生态系统中近1/3的有机碳,维持着30%的净初级生产力,提供约全球30–50%的畜产品,在全球物质循环和能量循环流动中起重要作用。由于草地生态系统多处于降水较少的地区,植物植株较小,植被盖度较低,寿命较短,易发生土壤风蚀。放牧又是草地生态系统最普遍的土地利用方式之一。放牧通过采食、践踏和排泄物对草地植物、凋落物、土壤碳库等均存在着不同程度的影响。然而目前人们对于风蚀和放牧对草原生态系统碳循环影响的理解还比较缺乏。 本研究利用野外控制试验,模拟风蚀和放牧,研究风蚀和放牧对我国北方温带典型草原生态系统碳循环的影响。本实验设计包括六个处理:对照、风蚀、沉降、放牧、风蚀+放牧、沉降+放牧。通过对2010-2012年3个生长季的数据处理和分析得出以下主要结论: 生态系统吸收碳的能力(生态系统净CO_2交换—NEE大小)表明我国北方温带典型草原在生长季中为碳汇。风蚀降低了生态系统总初级生产力(GEP,15.16%)和生态系统呼吸(ER,17.81%),而沉降使它们分别提高了0.31%和5.55%。虽然风蚀和沉降改变了GEP和ER而对NEE却没影响,但是放牧降低了NEE,同时也降低了GEP和ER。说明风蚀和沉降没有改变我国北方温带典型草原生态系统的碳固持能力,然而放牧却降低了草原生态系统的碳固持能力。风蚀、沉降和放牧通过改变非生物因子(土壤湿度)和生物因子(地上部生物量)而引起了生态系统气体交换的变化。风蚀和沉降处理增加了土壤湿度,而放牧却对其没影响。风蚀和放牧降低了地上部生物量,而沉降增加了地上部生物量。放牧同时降低了禾草类和非禾草类地上生物量。风蚀降低了非禾草类生物量,但沉降增加了非禾草类生物量。生态系统碳通量(NEE、GEP、ER)与土壤湿度呈负相关关系,而与地上部生物量呈显著的正相关关系,与禾草类地上生物量的相关性大于非禾草类。这表明生态系统气体交换(NEE、GEP、ER)的改变主要是由土壤湿度和禾草类生物量的改变引起的。 风蚀和沉降显著改变了我国北方温带典型草原生态系统的土壤呼吸,风蚀使其降低了8.57%,而沉降使其提高了15.36%。结果表明风蚀地区抑制了CO_2的释放,沉降地区促进了CO_2的释放,这与以前认为风蚀有利于CO_2释放的结果相反。总的来说,放牧对土壤呼吸没有影响。风蚀、沉降和放牧对土壤呼吸的影响是通过改变生态系统总初级生产力、地上部生物量、植被盖度、凋落物量以及地下净初级生产力来实现的。风蚀和沉降显著改变了凋落物量,风蚀使凋落物量显著降低了50.12%,沉降使其降低了5.59%。放牧也显著降低了凋落物量24.77%。风蚀和沉降显著改变了地下部净初级生产力,风蚀使地下部净初级生产力降低了11.4%,而土壤沉降使其增加了10.49%。放牧对地下部净初级生产力没有影响。这些指标的变化会引起土壤呼吸过程所需底物和根系量的变化从而最终导致土壤呼吸的改变。 风蚀和沉降没有改变生态系统吸收碳的能力,放牧却使其降低了。风蚀降低了土壤呼吸,而沉降使其增加了,放牧对土壤呼吸没影响。本文的研究结果为正确理解风蚀、沉降和放牧对温带典型草原生态系统碳循环过程的影响提供了数据支持和理论基础,同时为模型模拟和准确估计陆地生态系统碳通量提供关键的参数校验。
【学位授予单位】:河南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:S812

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【参考文献】
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