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《兰州大学》 2011年
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长江源区高寒草地生态系统变化及其碳排放对气候变化的影响

白炜  
【摘要】:作为全球变化中最为突出的两大环境问题,气候变暖和大气氮沉降增加已经成为近年来人们关注的焦点。根据IPCC预测,21世纪全球温度将升高1.5℃.4.5℃。同时,在过去的几十年中,化石燃烧、化肥使用以及工业排放等人类活动向大气排放了大量的氮化物,它们在大气中累积并不断向陆地和水域生态系统沉降,据估计,沉降在陆地生态系统的活性氮量为43.47 Tg/a,并有持续增加的趋势。随着全球变化的加剧,气候变暖和氮沉降增加必然对生态系统植物生长、生理,种群结构、功能以及碳循环过程产生深远的影响。而在北半球高纬度、高海拔地区,生态系统对全球变化的响应可能更加敏感和迅速。 作为欧亚大陆最高最大的地貌单元,青藏高原因其独特的地理位置和特殊的气候系统特征,被认为是气候变化的敏感区。而广泛分布于该区域的高寒草地生态系统,其生态环境在高原和高山环境的影响下显得极其脆弱,对人类干扰和全球变化及其敏感,对这些干扰和变化的响应具有超前性。本研究选择高寒草甸和沼泽草甸两类典型高寒草地生态系统作为研究对象,采用开顶增温小室和人为施加氮肥的方法进行模拟增温和氮沉降试验,研究了气温升高、氮沉降增加及其交互作用对高寒草地生态系统生物量生产、下垫面水热过程和生态系统呼吸速率的影响,得出的结果如下: (一)不同幅度增温对高寒草地生态系统变化及其碳排放的影响,研究发现: (1)气温升高使得高寒草甸地上、地下生物量显著增加,同时在植物生长旺盛期和植物生长末期,OTC-2内地上、地下生物量相比对照点增长的幅度均小于OTC-1内;而对于沼泽草甸,不同幅度增温处理下,地上和地下生物量相比对照点均显著增加,并且在不同季节,生物量均随着增温幅度的增加而逐渐增大。 (2)随着气温升高,两种草甸活动层浅层冻结起始时间推迟,融化起始时间提前,表明气温升高使得冻结期缩短;冻结期负等温线的最大侵入深度和持续时间均随气温升高而减少,未冻结期正等温线的最大侵入深度和持续时间则随着气温升高逐渐增加,表明气温升高使得活动层厚度增大;气温升高对冻结过程和融化过程都有显著的影响,增温幅度越大,冻结过程越缓慢,融化过程也越迅速。 (3)不同幅度增温条件下,高寒草甸与沼泽草甸生态系统呼吸通量表现出明显的单峰型日变化规律,同时在不同物候期,两种草甸CO2排放通量还表现出明显的季节变化特征,各处理内CO2的排放速率在生长旺盛期同时达到峰值。 (4)气温升高对高寒草甸生态系统CO2排放影响十分显著,在不同物候期,OTC-1内CO2排放通量相比对照点高1.4%~22.5%,而OTC-2相比OTC-1内又高29.1%~171.7%;而对于沼泽草甸,CO2排放通量也随增温幅度的增大而逐渐增大,且温度升高幅度越大,生态系统呼吸速率加快的趋势越明显。 (5)不同增温处理条件下,两种类型草甸生态系统CO2排放通量与环境因子之间均表现出较好的相关性。其中CO2排放通量和气温以及5cm地温之间均符合指数关系,而与5cm水分之间则更符合二次多项式关系;同时,随着增温幅度的增大,两种关系模式的拟合优度和显著性均表现出逐渐降低的趋势。但在沼泽草甸CO2排放通量与气温之间却并未表现出这种规律。 (二)关于模拟氮沉降对高寒草地生态系统碳排放的影响方面,研究发现: (1)在两种水平氮输入处理条件下,两类典型高寒草地生态系统呼吸均表现出明显的季节变化特征。CO2排放通量从植被生长初期的5月开始逐渐升高,至植被旺盛期的8月达到峰值,直到植被生长末期的9月开始逐渐下降的过程。 (2)持续的氮输入条件下,在生长期内各个时期,高寒草甸N5处理内的CO2排放通量均大于对照,表明模拟氮沉降对CO2排放通量有一定促进作用,但这种促进作用在施氮初期较为明显,在后期则并不明显;而对于沼泽草甸,模拟氮沉降对生态系统呼吸的影响非常显著,在整个生长期,N5处理内CO2排放通量始终明显大于对照处理,并且在5~9月的各个时期,各处理间CO2排放通量差异都非常显著,并未表现出随着施氮时间延长而逐渐减小的趋势。 (3)不同施氮处理内,两种典型高寒草地生态系统CO2排放通量与环境因子之间均表现出较好的相关性。其中,不同处理高寒草甸CO2排放通量和气温以及5cm地温之间均符合指数模式,而与5cm水分之间则更符合二次多项式关系;不同处理沼泽草甸CO2排放通量5cm地温之间均符合指数关系,与5cm水分之间符合二次多项式关系,而与气温之间则更符合线性关系;同时,氮输入使得3种关系模式的拟合优度和显著性均表现出逐渐降低的趋势。 (4)通过多元逐步回归分析发现,高寒草甸对照处理内,生态系统呼吸速率的变化主要来源于土壤温度和气温共同作用,而在施氮后,土壤温度和土壤水分成为CO2排放通量的主要控制因子;对于沼泽草甸,对照处理内生态系统呼吸通量的变化主要来源于土壤温度和土壤水分共同作用,而在施氮后,气温和土壤水分成为CO2排放通量的主要控制因子。 (三)关于模拟增温和氮沉降对生态系统碳排放的联合作用,研究发现: (1)4种不同处理(CK,N,T和NT)高寒草甸生态系统呼吸均表现出明显的季节变化特征,并在植被生长旺盛期(8月)同时达到峰值;NT处理内CO2排放通量在整个生长期始终高于其他处理,而对照处理(CK)内CO2排放通量在不同季节均低于其他处理,施氮处理(N)与增温处理(T)之间则并未表现出明显的规律;通过对生态系统呼吸的主效应分析发现,气温升高或氮沉降增加对CO2排放通量都存在显著的影响,并且两因素之间存在显著的交互作用。而对于沼泽草甸,4种不同处理下生态系统呼吸也表现出明显的季节变化特征,并且在CK,N,T这种变化都是一致的,即植被生长旺盛期返青期枯黄期,其峰值在出现在8月,但在NT处理,CO2排放通量虽然在8月达到峰值,但最小值却出现在6月;不同季节沼泽草甸CO2排放通量对不同处理的响应是基本一致的,即NTNTCK;通过主效应分析发现,气温升高或氮沉降增加对CO2排放通量都存在显著的影响,并且两因素之间存在比较显著的交互作用。 (2)在增温和施氮联合处理下,两类典型高寒草地生态系统CO2排放通量与环境因子之间均表现出较好的相关性,但相比另外3种处理,这种相关性都更弱。其中,NT处理CO2排放通量和气温以及5cm地温之间均符合指数模式,而与5cm水分之间则更符合二次多项式关系,但两种模型的拟合优度和显著性相比其他3种处理更低,尤其是沼泽草甸CO2通量与土壤水分之间,回归方程的拟合优度非常低(R2=0.289),可见,在气温升高和氮沉降增加的联合作用使得高寒草地生态系统CO2排放通量与环境因子之间的关系更为复杂。 (3)多元逐步回归分析发现,在增温与施氮联合处理条件下,高寒草甸生态系统呼吸通量的变化主要受土壤温度和水分的共同调控;而沼泽草甸生态系统呼吸通量的变化则主要来源于土壤温度和气温的共同作用。
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5 晓舟;把草地退化弄个明白[N];中国畜牧兽医报;2005年
6 尹维纳;科学家关注“草地生态系统对全球变化的响应”[N];中国绿色时报;2007年
7 石岩生;实现人畜草鼠虫平衡共存[N];农民日报;2007年
8 记者 郭姜宁;防御母亲河断流应从源头抓起[N];科技日报;2001年
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