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高寒沙区生物土壤结皮覆盖对土壤碳通量的影响

辜晨  
【摘要】:生物土壤结皮是干旱半干旱地区重要的地表植被覆盖类型之一,与需要养分水分条件较高的维管束植物相比,它在荒漠生态系统中的覆盖度能够达到70%以上。作为荒漠生态系统中重要的组分之一,生物土壤结皮自身独特的结构特征导致了其特殊的光合呼吸特性,能够在释放CO_2的同时固定大气中的碳,从而影响土壤碳释放以及该地区的碳循环。本研究在具有典型高寒沙区气候特征的青藏高原东北部的青海共和盆地,以人工植被恢复区为研究对象,采用野外原位测量和人工模拟控制实验的方法,研究生物土壤结皮及其覆盖土壤的CO_2通量规律,探讨了主要环境因素对CO_2通量的影响,并初步估算生物土壤结皮覆盖土壤在生长季的累积碳释放量。以期能够阐明生物土壤结皮覆盖土壤CO_2通量在该地区系统碳循环中扮演的角色。为评价生物土壤结皮在高寒沙丘区中的碳源汇关系做出一定的参考。主要结论如下:(1)生物土壤结皮的覆盖增加了土壤向大气的CO_2排放速率,生物土壤结皮覆盖土壤扮演着碳源的角色。2种生物结皮覆盖土壤的净碳通量(NCF)、呼吸速率(R)和光合速率(Pn)在时间动态规律中表现出了较明显的单峰曲线特征。2种类型生物土壤结皮和裸地24h日动态和生长季月动态净碳通量和呼吸均表现为单峰趋势,峰值分别出现在15点左后和7月左右。净碳通量和呼吸速率的24h日动态和生长季月动态在数值上表现为藻类结皮高于苔藓结皮高于裸地;在光合速率的月动态变化规律中,苔藓结皮高于藻类结皮。(2)降水对2种生物土壤结皮覆盖土壤净碳通量(NCF)和呼吸速率(R)有明显的激发作用。降水后2种生物土壤结皮覆盖土壤的净碳通量和呼吸速率均有明显增加并逐渐回到背景值。随着降水量的增加,2种结皮覆盖土壤的净碳通量、呼吸速率、光合速率、48h CO_2通量均值和48h累积碳释放也随之增加,各降水处理之间差异不显著,和对照有显著差异。在同一降水条件下,苔藓结皮的净碳通量、呼吸速率、光合速率和累积碳释放增加明显,而藻结皮增加不明显。生物土壤结皮覆盖土壤在模拟降水后总体表现为碳释放的过程,即该地区生物土壤结皮覆盖土壤受降水影响在短时间内增加了了碳源效应。(3)生物土壤结皮覆盖增加了土壤累积碳释放量。生物土壤结皮覆盖土壤累积碳释放量有着明显的季节性特征,最大值出现在6月,占整个生长季的38%、42%。不同处理间的累积碳释放量表现为藻类结皮覆盖土壤碳释放量藓结皮覆盖土壤裸地。苔藓结皮和藻类结皮覆盖土壤碳释放较裸地分别增加了35%和5%。生物土壤结皮自身的碳释放量显著小于生物土壤结皮覆盖土壤和裸地的碳释放量,其中苔藓结皮层碳释放量占苔藓结皮覆盖土壤的28%,藻类结皮层占藻类结皮土壤碳释放量的31%。总的来说,在自然干旱条件下,整个生长季尺度中生物土壤结皮的覆盖增加土壤向大气CO_2排放。


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