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《兰州大学》 2008年
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长江源区沼泽与高寒草甸生态系统变化及其碳平衡对全球气候变化的响应

王俊峰  
【摘要】: 青藏高原作为全球气候变化响应的敏感区和生态系统脆弱区,极易受到人类活动的干扰和全球气候变暖的影响。随着全球气候变暖和人类活动的加剧,目前青藏高原高寒生态系统,尤其是草地生态系统,正遭受着前所未有的退化、鼠害、人为破坏和近地表气温升高等一系列影响生态系统平衡等因素的干扰。作为国家自然基金重大研究计划项目“长江黄河源区高寒生态系统对全球气候变化的响应及其水文效应”研究的重要组成部分,在青藏高原风火山地区,选择具有典型性和代表性的沼泽草甸和高寒草甸两类高寒生态系统作为重点研究对象。论文重点对以下5个方面进行了详细的调查和研究:①研究区域的植被状况、不同状况下的生物量、土壤类型和气候状况等;②高寒生态系统退化对土壤理化性质和生态系统碳通量的影响;③气温升高对近地表CO_2浓度的影响及其与环境因子之间的耦合关系;④高寒生态系统净CO_2交换通量对气温升高的响应及其与环境因子之间的耦合关系;⑤气温升高对高寒生态系统碳平衡的影响。 (一)、研究退化对高寒生态系统的影响,结果发现: 1.不同退化程度沼泽草甸与高寒草甸下垫面土壤性质具有显著差异(方差分析,F>7.47,P<0.05)。未退化土壤有机质、铵氮和硝态氮氮含量均比中度退化和严重退化的大,随着退化程度的加剧,土壤养分流失严重。沼泽草甸和高寒草甸不同退化程度之间生物量也存在显著差异(方差分析,F>4.63,P<0.05)。在整个生长期内,其地上、地下生物量均表现为不断增加的趋势;但在同一生态系统不同退化程度之间,随着退化程度的加剧,其生物量又呈下降趋势。 2.退化对高寒生态系统CO_2和CH_4通量影响显著。对于沼泽草甸,未退化CO_2排放通量分别是中度退化和严重退化的1.08—1.69倍和1.41—4.43倍;CH_4排放通量分别是中度退化和严重退化的1.09—3.5倍和2.5—11.27倍。退化越严重,CH_4和CO_2排放强度越低。对于高寒草甸,严重退化相对于未退化和中度退化表现出较高的CO_2排放和较强的甲烷吸收。CO_2排放通量分别是未退化和中度退化的1.05—78.5倍和1.04—6.28倍,对CH_4的吸收通量分别是未退化和中度退化的6.6—21倍和1.1—5.25倍。退化越严重,CO_2排放强度越大,甲烷吸收越强。 3.气温、土壤含水量和土壤温度是调控沼泽草甸和高寒草甸生态系统碳通量的主要环境因子。 (二)、研究气温升高对高寒生态系统近地表CO_2的影响,结果表明: 对于沼泽草甸生态系统: 1.近地表气温升高3—5℃和1—2℃的情况下,5cm土壤温度分别比自然状态下高出3.67℃和1.65℃;而5cm土壤水分比自然状态下分别降低2.1%和7.9%。同时,近地表气温越高,冻土的初期融化速度越快。 2.整个观测期间,气温升高3—5℃和1—2℃的样点区近地表CO_2浓度平均比自然状态下分别提高29.3ppm和9.8ppm。 3.空气温度、5cm土壤温度和水分含量是影响近地表CO_2浓度变化的主要环境因子。敏感性分析表明,CO_2浓度变化对5cm土壤温度和水分含量最为敏感。 对于高寒草甸生态系统: 1.近地表气温平均升高4.76℃和2.00℃的情况下,5cm土壤温度平均比自然状态下分别提高2.44℃和1.36℃;而5cm土壤水分平均分别下降6.97%和2.68%。 2.整个观测期间,气温平均升高4.76℃和2.00℃的样点区近地表CO_2浓度平均比自然状态下分别提高34.78ppm和21.89ppm。 3.空气温度、5cm土壤温度和含水量是影响高寒草甸近地表CO_2浓度的主要环境因子。敏感性分析表明,5cm土壤温度是CO_2浓度变化最敏感因子。 (三)、研究气温升高对高寒生态系统NEE及其碳平衡的影响,结果表明: 对于沼泽草甸生态系统: 1.近地表气温升高对沼泽草甸净生态系统CO_2交换通量的影响显著。在植被生长季节,随着增温梯度的提高,生态系统净碳交换通量也逐渐增大。 2.在实施增温措施的样点区,沼泽草甸生态系统每月的日平均净CO_2交换通量变化均呈单峰型曲线,碳交换通量在7月底至8月初达到最低值。 6月初至8月中旬,增温梯度在3-5℃的样点区和自然状态样点区沼泽草甸均表现为CO_2吸收特征;而增温梯度在1-2℃的样点区在整个生长期均表现为CO_2排放特征。 3.在不同增温梯度处理样点和自然状态样点区,沼泽草甸净CO_2交换通量均与5cm地温显著相关,相关系数均大于0.58。 4.风火山地区沼泽草甸生态系统是土壤碳汇。在气温升高梯度分别为3-5℃、1-2℃和自然状态样点区,沼泽草甸的年固碳率分别达到5044.77±4.02g·m~(-2)·a~(-1)、3242.4±1.70g·m~(-2)·a~(-1)和1836.6±4.02g·m~(-2)·a~(-1)。近地表气温升高提高了生态系统的净初级生产力,对沼泽草甸生态系统碳平衡起到正反馈作用;而且近地表气温越高,碳汇效应越强。 对于高寒草甸生态系统: 1.近地表气温升高对高寒草甸净生态系统CO_2交换通量也产生显著影响。在植被生长季节,随着增温梯度的提高,生态系统净碳交换通量也逐渐增大。 2.在实施增温措施的样点区,高寒草甸生态系统净CO_2交换通量变化曲线的斜率随着增温梯度的提高而增大,说明近地表气温越高,生态系统呼吸强度也越大,高寒草甸土壤碳库中碳流失速度加快。 3.在不同增温梯度处理样点和自然状态样点区,高寒草甸净CO_2交换通量也均与5cm地温显著相关,相关系数均大于0.53。 4.风火山地区高寒草甸生态系统是土壤碳弱汇。在气温升高梯度分别为3-5℃、1-2℃和自然状态样点区,其年固碳率分别达到898.67±2.38g·m~(-2)·a~(-1)、765.24±2.21g·m~(-2)·a~(-1)和543.80±1.99g·m~(-2)·a~(-1)。气温升高有助于提高生态系统的净初级生产力,使碳汇效应略有增强,对高寒草甸生态系统碳平衡起到正反馈作用。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:S812

【引证文献】
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【同被引文献】
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7 孙菁;彭敏;陈桂琛;周国英;王顺忠;;人类活动对青海湖地区草原群落多样性的影响[A];生态学与全面·协调·可持续发展——中国生态学会第七届全国会员代表大会论文摘要荟萃[C];2004年
8 郝润全;高建国;李云鹏;;气候变化和人类活动对呼伦湖区域生态环境的影响[A];中国气象学会2006年年会“卫星遥感技术进展及应用”分会场论文集[C];2006年
9 杨白洁;曹明明;;陕西省土地利用变化的人类活动影响分析[A];中国地理学会2006年学术年会论文摘要集[C];2006年
10 景爱;;历史时期宁夏沙漠化与人类活动[A];中国首届沙产业高峰论坛文集[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 于小晗 实习生 张屏 张晓静;聚焦全球气候变暖[N];科技日报;2003年
2 任福民;时刻注意给地球“降温”[N];中国社会报;2009年
3 杨文江;提倡“低碳生活”[N];云南日报;2009年
4 本报驻堪培拉记者 陈小方;气候问题呼唤科学精神[N];光明日报;2010年
5 记者 林峰;全球气候变暖 非洲首当其冲[N];新华每日电讯;2001年
6 本报记者 徐丽娜 郭起豪 张永;北半球寒冬英法的“微型冰河期”理论与全球气候变暖之争[N];中国气象报;2010年
7 南方日报记者 谢庆裕 实习生 王巧爱;天气频现“N年不遇”城市应该如何“应急”?[N];南方日报;2010年
8 本报驻联合国记者 王俊鸣;请为地球降降温[N];科技日报;2001年
9 本报记者 郭春孚;构建地球村可持续发展机制任重道远[N];中国贸易报;2009年
10 中天;澳大利亚大堡礁20年后或将消失[N];中国海洋报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王俊峰;长江源区沼泽与高寒草甸生态系统变化及其碳平衡对全球气候变化的响应[D];兰州大学;2008年
2 白炜;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[D];兰州大学;2011年
3 邓兵;中国东部海区沉积物元素地球化学特征及沉积物、有机碳埋藏通量的初步研究[D];华东师范大学;2005年
4 陈懂懂;青藏高原东北缘高寒草甸土壤养分、微生物量碳氮及氮矿化潜力的研究[D];兰州大学;2010年
5 谈嫣蓉;青藏高原东北缘高寒草甸土壤酶活性及土壤养分的研究[D];兰州大学;2012年
6 赵仲辉;亚热带杉木林生态系统与大气间的碳通量研究[D];中南林业科技大学;2011年
7 史小明;开垦、黄帚橐吾蔓延和禁牧对高寒草甸土壤碳氮过程的影响[D];兰州大学;2011年
8 李东;基于CENTURY模型的高寒草甸土壤有机碳动态模拟研究[D];南京农业大学;2011年
9 郭海强;长江河口湿地碳通量的地面监测及遥感模拟研究[D];复旦大学;2010年
10 王一博;江河源区冷生土壤环境对高寒生态系统变化的响应与环境效应研究[D];兰州大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李春杰;青藏高原多年冻土区典型高寒草地植被覆被变化对地表水循环影响的试验研究[D];兰州大学;2010年
2 王洋;不同退化程度下高寒草甸土壤有机碳及团聚体特征研究[D];南京农业大学;2012年
3 余开亮;亚高寒草甸不同退化程度冠层截留容量及其与冠层特征的关系[D];兰州大学;2012年
4 范晓梅;长江源区植被覆盖变化对高寒草甸蒸散的影响及作物系数的确定[D];兰州大学;2011年
5 贠汉伯;青藏高原内陆不同生态系统中主要植物δ~(13)C、δN/‰及非结构性碳水化合物的季节性变化特征研究[D];西北师范大学;2010年
6 徐志伟;青海省海北高寒草甸退化原因及对策探讨[D];西北农林科技大学;2011年
7 周杰;青藏高原高寒草甸冻融退化过程中群落及化学计量特征的研究[D];兰州大学;2013年
8 张洪芝;若尔盖高寒草甸大型土壤动物群落时空特征[D];西南民族大学;2012年
9 潘燕辉;黄土高原地区人类活动对生物多样性影响研究[D];兰州大学;2007年
10 徐翠;三江源区高寒草甸退化对土壤水源涵养功能的影响[D];中国环境科学研究院;2013年
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