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《中国农业科学院》 2012年
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北方草原生态系统NPP、R_h和SOC对气候变化的响应

莫志鸿  
【摘要】:天然草原作为陆地生态系统的重要组成部分,在吸收和固定大气CO_2过程中发挥着重要作用,但由于超载放牧、管理不当、气候变化、投入不足等原因已造成我国北方草原生态系统发生不同程度退化、生产力下降、生物多样性减少以及生态功能弱化。探究草原生态系统碳收支分量对气候变化的响应反馈对于科学评估其源汇贡献、减缓与适应气候变化等方面具有重要的现实意义。 本文以高寒草甸、温性草甸草原、温性草原和温性荒漠为研究对象,利用CENTURY模型模拟分析1961-2010年4类草原生态系统净初级生产力(NPP)、异养呼吸(R_h)和土壤有机碳(SOC)对气候变化的动态响应特征,进一步模拟研究考虑和不考虑大气CO_2浓度增加的直接效益(简称“CO_2增益”)2020s(2011-2040年)、2050s(2041-2070年)、2080s(2071-2100年)时段草原生态系统NPP、R_h和SOC对气温和降水量变化的响应反馈,得到以下主要结论: (1)1961-2010年草原生态系统NPP、R_h和SOC的动态特征及其相互关系: NPP具有明显的年际波动特征,NPP的平均值表现为高寒草甸温性草甸草原温性草原温性荒漠,其中高寒草甸NPP呈极显著的波动增加趋势,其余变化趋势不显著。 R_h的波动特征与变化趋势与NPP一致,两者存在同步变化关系。总SOC的年际波动较小,且主要由活性SOC和缓性SOC的波动变化引起,其中温性荒漠总SOC呈极显著的下降变化趋势。草原生态系统中NPP、R_h和SOC之间具有内在的相关性,其中R_h与NPP同步变化关系是通过活性SOC作为载体因子关联起来,总SOC是NPP与R_h动态平衡的综合反映。 (2)不考虑大气CO_2增益作用,A2和B2情景下2020s、2050s、2080s时段草原生态系统NPP、R_h和SOC对气温和降水量变化的响应反馈结果: NPP的平均增幅(较1961-1990年基准时段,下同)分别为3.6%、9.6%、14.8%和1.6%、4.6%、6.5%,其中温性草原增幅最大,其次是温性荒漠,而温性草甸草原和高寒草甸变幅稍小。 R_h的平均增幅分别为3.4%、9.2%、14.3%和1.9%、4.3%、6.7%,其中温性草原增幅最大,其次是温性荒漠,而温性草甸草原和高寒草甸相对变幅稍小。 SOC的平均减幅分别为-1.0%、-2.4%、-4.4%和-1.3%、-2.6%、-4.1%,其中温性草甸草原减幅最大,其次是高寒草甸和温性荒漠,而温性草原减幅较小。 (3)考虑大气CO_2增益作用,A2和B2情景下2020s、2050s、2080s时段草原生态系统NPP、R_h和SOC对气温和降水量变化的响应反馈结果: NPP的平均增幅分别为19.0%、29.9%、42.4%和7.7%、12.0%、16.0%,较不考虑大气CO_2增益作用显著增加,其中温性草原增幅最大,其次是高寒草甸和温性荒漠,而温性草甸草原增幅稍小,表明大气CO_2增益能显著提高草原生态系统生产力。 R_h的平均增幅分别为15.3%、21.6%、32.6%和5.9%、9.5%、12.9%,较不考虑大气CO_2增益作用显著增加,其中温性草原增幅最大,其次是温性荒漠和温性草甸草原,而高寒草甸增幅较小,表明大气CO_2增益可以刺激增强草原生态系统的呼吸作用。 SOC的平均减幅分别为-5.4%、-8.5%、-11.9%和-2.2%、-3.7%、-5.5%,较不考虑大气CO_2增益作用减幅更大,其中温性草甸草原减幅最大,其次是温性荒漠和温性荒漠,而温性草原减幅稍小,主要原因在于大气CO_2增益作用能刺激增强草原土壤呼吸作用对土壤有机碳产生负反馈效应。
【学位授予单位】:中国农业科学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:S812.1

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