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《兰州大学》 2014年
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围封对黄土高原草地生态系统碳交换特征的影响

沈晓坤  
【摘要】:陆地生态系统在全球碳循环过程中行使了“源”与“汇”的双重功能,对全球碳平衡起着重要的调节作用。草地系统-大气之间的碳交换过程是陆地生态系统碳循环的重要环节。黄土高原是世界范围内土层厚度最大、黄土面积分布最广的地区,在我国农业生产以及对全球气候变化的影响中都有着举足轻重的地位。截至目前,有关黄土高原地区草地生态系统固碳潜力及其碳源/汇强度和分布仍不明确。本文以黄土高原中等强度的自由放牧和围封6年的草地为研究对象,用静态箱法于2012年3月~2013年2月对草地的土壤呼吸速率(SR)和净生态系统CO2交换速率(NEE)及影响其变化的主要环境因子进行为期1年的实地观测,并对土壤理化性质和系统碳贮量以及生长季围封草地的铁杆蒿(Artemisia gmelinii)灌丛内外碳交换速率进行了研究,探讨了围封对草地生态系统碳交换和碳贮量的影响,以期为黄土高原草地的合理利用和深入研究草地生态系统碳源/汇机制提供科学依据。主要研究结果如下: 1、围封显著增加了草地植被碳贮量、地下净初级生产力和0~20cm土层土壤有机碳含量(P0.05),但短期围封对草地土壤1m土层有机碳贮量无显著影响。围封与放牧草地生态系统有机碳贮量分别为5153.4±165.9g C·m-2和4847.0±154.0g C·m-2,其中96%以上贮存在于土壤中。围封显著降低了草地0~10cm土层土壤容重和0~5cm土层土壤pH值(P0.05),10~20cm土层土壤pH值显著增加,土壤全氮和全磷含量无显著变化。土壤有机碳含量与植物根系生物量和土壤全氮全磷含量呈显著正相关(P0.01)。 2、围封和放牧草地均为碳汇,其全年NEE分别为-58.0±14.5g C·m-2和~48.7±14.0g C·m-2;其中生长季围封样地显著高于放牧样地(P0.05),NEE分别为-70.3±11.4g C·m-2和-56.9±10.6g C·m-2,非生长季交换量分别为12.4±3.1gC·m-2和8.1±3.3g C·m-2。NEE生长季主要受土壤含水量的控制,而在非生长季则主要受土壤温度的控制。围封能显著增强草地生长季SR,土壤有机质含量和根系生物量的差异是其主要原因;SR主要受土壤温度和土壤含水量共同影响,其中生长季受土壤含水量的影响更大,而非生长季则受土壤温度的影响更大。研究区草地存在SR负通量现象,样地灰钙土偏高的碱性条件(pH8.2)促进土壤次生碳酸盐的淀积可能是造成这一现象的主要原因。 铁杆蒿灌丛内的SR和NEE的日交换速率均显著高于灌丛外。灌丛内外SR和NEE的峰值出现时间一致,且灌丛内显著高于灌丛外。灌丛内外SR日动态均呈“单峰型”变化趋势,生长季平均值都接近5月份观测值,分别为5.5±0.2gCO2·m-2·d-1和3.0±0.1gCO2·m-2·d-1土壤水分和土壤温度是影响灌丛内外SR的主要因素。灌丛内外NEE日动态均以“S”型变化趋势为主,在水分亏缺时期表现为微弱的“双峰”型趋势。灌丛内生长季NEE平均值为-3.9±0.1gCO2·m-2·d-1,是灌丛外草地-1.2±0.1gCO2·m-2·d-1的3.2倍,灌丛内外均表现为碳汇。灌丛内外NEE主要受土壤水分的影响。铁杆蒿灌从存在“肥岛”现象,有助于该区草地生态系统有机碳的积累。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:S812

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