三江源典型高寒草地坡面土壤有机碳变化特征及其影响因素

以三江源地区高寒草地退化坡面为研究对象,从草地类型、鼠害和自然因素如水蚀、风蚀、冻融作用这一角度上探讨发生在不同退化程度上土壤有机碳的变化特征,对明晰高寒地区退化草地的碳变化机理和全球气候响应具有重要意义。结果表明:同一侵蚀环境条件和退化程度下,以小嵩草、矮嵩草为优势种高寒草甸比以紫花针茅为优势种的高寒草原土壤有机碳蓄存能力高。轻度退化程度受水蚀影响的高寒草甸曲麻河乡QMH1坡面土壤有机碳平均含量是相距3.5 km高寒草原曲麻河乡QMH2坡面的2.2倍(P<0.01);轻度退化程度受风蚀影响的高寒草甸五道梁WDL坡面土壤有机碳平均含量是高寒草原不冻泉BDQ坡面土壤有机碳含量的3.8倍(P<0.01)。水蚀作用显著影响了高寒退化草地土壤有机碳在坡面上的分布,表现为随坡面向下迁移富集的特征。轻度退化程度受水蚀影响的高寒草甸玛龙ML1号坡面下坡位(距坡顶580 m以下)土壤有机碳平均含量比上坡位(距坡顶580 m以上)高22%(P<0.01)。高寒草甸玛龙ML2坡面土壤有机碳分布特征,不仅具有土壤有机碳含量随退化程度加剧而降低的规律,还叠加有土壤有机碳随水土流失向下富集的迁移分布规律,具体表现为坡上位轻度退化>坡中下位中度退化>坡下位极度退化>坡中上位重度退化,因极度退化坡位处于重度退化的下坡位,表现出极度退化坡位土壤有机碳含量比重度退化坡位高49.3%(P<0.05)。风蚀作用使高寒退化草地表层土壤粗骨化和土壤有机碳加速矿化,表现为受湖陆风影响较弱的鄂陵湖ELH坡面土壤有机碳平均含量比受湖陆风影响较强的扎陵湖ZLH坡面高27.9%(P<0.05)。冻融垮塌降低了高寒退化草地土壤有机碳平均含量,但差异不显著。鼠害影响降低了高寒退化草地土壤有机碳的平均含量,并加速了高寒草地退化的进程。中度退化鼠洞周围SDⅠ-Ⅲ土壤有机碳平均含量是极度退化鼠洞周围SDⅣ-Ⅵ的2.1倍;而未受鼠害影响的中度退化ML2Ⅰ-Ⅱ土壤有机碳平均含量是极度退化ML2Ⅳ-Ⅵ的1.6倍。高寒坡面草地受水蚀、风蚀、冻融以及鼠害等因素作用加剧了土壤有机碳的损失。     

2001-2010年三江源区草地净生态系统生产力估算

三江源区位于青藏高原腹地,是我国长江、黄河、澜沧江三大河流的发源地.为了准确估算该地区草地生态系统的净生态系统生产力,收集整理了2001—2010年青藏高原10个通量观测站点的观测数据,构建了三江源区草地生态系统NEP（net ecosystem production,净生态系统生产力）估算模型,并在站点尺度进行了模型参数化和精度验证;结合区域尺度气象和遥感数据,估算了三江源区草地生态系统NEP.结果表明:① 2001—2010年三江源区草地生态系统多年平均NEP空间分布具有明显的空间异质性,大部分地区表现为碳汇,NEP（以C计）平均值为41.8 g/（m2·a）.② 三江源区草地生态系统NEP呈波动增加趋势,从2001年的20.0 g/（m2·a）增至2010年的82.5 g/（m2·a）;除2002年表现为弱碳源外,其余年份均表现为碳汇,并以2010年碳汇能力为最强.③ 2001—2010年三江源区草地生态系统NEP平均年增长率为5.4 g/m2;NEP年际变化率空间分布显示,大部分地区NEP呈增加趋势,仅有东南部和中部部分区域NEP呈下降趋势.研究显示,2001—2010年三江源区草地生态系统表现为碳汇,并且由于气候的暖湿化趋势,碳汇强度总体表现为增强.      

高寒灌丛退化演替过程对生态系统呼吸温度敏感性的影响

放牧是高寒草甸退化演替过程中最主要人为驱动力之一.为定量研究高寒草甸不同退化阶段生态系统呼吸速率的温度敏感性,本研究于2003年7月~2004年7月在中国科学院海北高寒草甸生态系统研究站,利用密闭箱-气相色谱法观测了高寒灌丛不同退化阶段生态系统呼吸速率季节变化.结果表明:1高寒灌丛不同退化阶段生态系统呼吸速率季节变化均表现为单峰曲线,最大值出现在草盛期8月,最小值出现在冬季10~次年4月.退化演替过程显著降低了高寒灌丛生态系统呼吸速率.观测期灌丛(GG)、丛间草甸(GC)和裸地(GL)的生态系统呼吸速率变化范围分别为34.21~1 168.23、2.30~1 112.38和20.40~509.72 mg·(m2·h)-1,灌丛(GG)呼吸速率平均值分别是丛间草甸(GC)和裸地(GL)的1.29倍和2.56倍.2温度是生态系统呼吸速率的主要影响因子,可以解释系统呼吸速率25%~79%以上的变异.退化演替过程显著地改变了生态系统呼吸速率与温度的相关性,当地表植被消失,灌丛退化为次生裸地后,生态系统呼吸速率与各温度指标Ts、Td、Ta之间的相关性(R2)分别降低47.23%、46.95%和55.28%.3Q10值在冷暖季节差异显著(P0.05),表现为冷季暖季.退化演替过程改变了生态系统呼吸的温度敏感性.观测期灌丛(GG)、丛间草地(GC)和裸地(GL)Q10值分别为2.38、2.91和1.62,与灌丛(GG)相比,丛间草甸(GC)Q10值增加了22.26%,而裸地(GL)Q10值降低了31.93%.     

藏北高寒草地生态系统服务价值评估

藏北高寒草地是我国重要的畜牧业生产基地和生态安全屏障.然而,高寒草地退化使生态系统服务功能减弱,生态服务价值降低,不仅严重影响了藏北高原畜牧业生产和牧民生活,而且直接威胁到区域生态安全及东亚水资源安全.因此,本研究在综合考虑草地生态系统的地域差异性、空间异质性和区域经济发展水平差异性的基础上,选择了贡献率较高的12项指标,对藏北那曲不同类型和不同退化程度高寒草地的生态服务价值进行评估.结果表明,藏北那曲地区高寒草地生态系统的年总生态服务价值为1199.07亿元,其中,高寒草原、高寒荒漠、高寒荒漠草原和高寒草甸提供的生态服务价值分别占总生态服务价值的62.9%、1.5%、8.0%和28.1%.从退化程度上看,未退化、轻度退化、中度退化和严重退化草地提供的生态服务价值分别占总生态服务价值的54.9%、29.3%、11.0%和4.8%.     

沼泽与高寒草甸退化对CH4和CO2通量的影响

在青藏高原风火山地区,对不同退化程度沼泽和高寒草甸CH4和CO2通量以及相应的环境因子进行了为期1年的观测.结果表明,不同退化程度沼泽草甸CH4和CO2通量均表现出排放特征,排放强度随退化程度的增加而降低;不同退化程度高寒草甸对CO2表现为排放特征,而对CH4却表现为吸收特征,且均随着退化程度的加剧而增强.未来气候模式下,沼泽与高寒草甸退化将对区域气温升高起到一定的促进作用.气温、5cm土壤温度和土壤水分含量以及生物量是影响CH4和CO2的通量的主要环境因子.     

中国草地N2O通量日变化观测对比研究

研究分析了我国20世纪90年代以来科学工作者利用静态箱-气相色谱法对内蒙古呼伦贝尔草原和锡林郭勒草原、青藏高寒草原等不同草原类型所开展的日变化通量观测数据并进行了对比分析研究.结果表明:我国草地N2O通量的日变化规律明显,日变化形式呈多峰型,我国草地均表现为N2O排放源,日均通量的对比顺序是:贝加尔针茅草甸草原>羊草草甸草原>羊草典型草原>高寒草甸[(42.82±15.96)>(29.17±13.03)>(4.91±2.12)>(0.89±0.67)μg/(m2?h)];10:00~14:00和夜间0:00左右所观测的N2O通量均可代表当日平均通量;夜间N2O的排放对整个日通量有重要贡献,其排放量占到全日排放总量的46%以上,草地夜间N2O的排放通量应该受到重视.另外,本文讨论了水分和温度作为主要环境因子对N2O通量日变化的影响,以及不同植被类型和人类活动(放牧和刈割)对N2O通量的日变化的影响.     

珠江三角洲近地层CO2通量模拟分析与评估验证

利用能分别代表珠江三角洲草地、城市绿地及地带性森林植被生态系统的番禺站、东莞站和鼎湖山站CO2净通量资料对CT-2010碳源汇反演模式系统进行了验证,并利用该模式初步分析了区域净碳通量的时空分布及不同生态系统的碳汇特征.结果表明: CT-2010模式模拟的珠江三角洲城市绿地、地带性植被、以及草地生态系统碳通量与站点观测结果具有较好的一致性,其拟合相关系数(r)高于0.60(P<0.01),小时、逐日、日变化的残差均值低于2.0μmol/(m2?s);模式一定程度上能反映3种生态系统碳通量的季节分布特征,但各月的模拟值均高于观测值,其中对城市绿地生态系统的模拟最接近,残差年均值为0.964μmol/(m2?s),对草地和地带性森林植被生态系统的模拟效果相当,残差年均值分别为 2.056,2.100μmol/(m2?s);2004~2005年期间珠江三角洲地区近地层净碳通量为3.43μmol/(m2?s),其中冬季最强,为1.4μmol/(m2?s),春季次之,为1.35μmol/(m2?s),秋季和夏季最低,分别为0.51和0.18μmol/(m2?s);在冬、春两季,珠江三角洲区域为强的碳源区,而在夏、秋季,粤北和粤东大部分地区为较弱碳汇区;2004~2005年期间珠江三角洲地区陆地生态系统的碳汇为-6.5×10-3PgC,其中农作物,草地/灌木,常绿针叶/阔叶混合林是吸收CO2的主要生态系统,其净通量占陆地生态系统的比率分别为42.01%,31.46%和26.53%.     

三江源地区高寒草地土壤功能的水平分异特征及其沿发生层的垂直变化

三江源地区是研究土壤生态系统功能响应气候变化的热点区域.为了研究三江源地区高寒草地土壤剖面功能特征和驱动机制沿发生层的差异,分析了高寒草地土壤剖面不同发生层的土壤功能指标(包括呼吸、氮转化速率和酶活等)以及与环境因子之间的相关关系.结果表明,土壤功能特征在高寒草甸和高寒草原之间不存在显著差异,表层土相比于深层土具有更高的呼吸、氮转化速率和酶活.土壤理化性质中全氮含量是不同发生层土壤功能特征的关键驱动因子,分别解释了土壤功能特征18.3%、21.4%和27.5%的水平分异.气候和植被因子主要在表层土中通过改变土壤理化性质间接影响土壤功能,但是大气氮沉降在深层土中对土壤功能仍存在影响.结果显示,三江源地区高寒草地土壤表现出显著的氮受限特征,为全球气候变化背景下土壤功能多样性的维持和对气候变化的响应提供了新的见解.     

西藏退化高寒草原土壤团聚体有机碳的变化特征

为进一步了解高寒草原土壤碳动态变化特点与变化过程,采用湿筛法对藏北高原未退化、轻度退化和严重退化高寒草原表层（0~10 cm）、亚表层（>10~20 cm）不同粒级w（SAOC）（SAOC为土壤团聚体有机碳）进行研究.结果表明,与未退化草地相比,不同程度退化草地w（SAOC）均呈下降趋势,但严重退化草地表层、亚表层中w（SAOC）、>0.25 mm粒级w（SAOC）、 < 0.25 mm粒级w（SAOC）降幅均显著低于轻度退化草地;不同程度退化草地表层、亚表层中>0.25、 < 0.25 mm粒级w（SAOC）在总体上趋于下降,且亚表层的降幅明显高于表层的降幅,但退化草地亚表层中w（SAOC）仍高于表层（未退化草地、轻度和严重退化草地亚表层较表层分别增加51.84%、31.34%、6.83%）,w（SAOC）的土层差异随草地退化加剧而大幅缩小;轻度、严重退化草地不同粒级w（SAOC）的土层分布特征仍与未退化草地一致,其表层、亚表层中>0.25 mm粒级w（SAOC）均明显较高;与未退化草地相同,退化草地表层、亚表层w（SAOC）贡献率亦均呈|2~0.25 mm| > | < 0.25~0.053 mm| > | > 2 mm| > | < 0.053 mm|粒级;退化草地环境对团聚体与w（SAOC）,以及w（SOC）（SOC为土壤有机碳）与w（SAOC）间的关系具有重要影响.研究显示,高原冷干环境下不同粒级SAOC及其变化受草地退化程度、土层深度等的深刻影响,需要从影响土壤有机碳形成与转化的土壤机制等方面进行深入研究.      

三江源区退化天然草地和人工草地生物量碳密度特征

生物量碳密度是生态系统表征碳截存能力的重要功能特征之一。为明晰三江源区高寒草地生物量碳密度特征,选取源区内3个县（玛沁县、甘德县、达日县）的退化天然草地（黑土滩）、退化人工草地、未退化天然草地为研究对象,通过野外调查取样和室内分析相结合的方法,对样区地上生物量、根系生物量及其碳密度进行测定与分析。结果表明：“黑土滩”地上生物量高于退化人工草地和天然草地;“黑土滩”活根和死根生物量都低于天然草地和退化人工草地。退化人工草地、“黑土滩”和天然草地的总生物量碳密度分别为719.47、706.57和2 233.09 g/m²。草地退化不仅改变了生态系统的生物量分配,而且改变了地上部分、活根和死根中的碳密度分配比例。退化人工草地和天然草地的活根和死根碳密度占总生物量碳密度的90%以上,“黑土滩”活根和死根碳密度占79.41%。活根碳密度与总生物量碳密度的比值在3种不同草地群落间的变化较地上植被和死根的大,因此,活根碳密度比例可以作为草地退化的敏感指标。     

滇西北纳帕海高原湿地区域退化草甸土壤有机碳含量特征

为了解气候变化和人类活动双重影响下纳帕海高原湿地区域有机碳含量特征,采用空间格网状抽样调查方法,对区域内退化系列下湿地草甸w（SOC）（SOC为土壤有机碳）特征进行研究.结果表明:① 随着草甸的退化及土壤深度的增加,土壤含水量呈下降趋势,土壤容重呈增加趋势;② 从无退化草甸到重度退化草甸,植被地上生物量从321.4 g/m2降至142.1 g/m2;③ 在地表至地下50 cm深度范围内,从无退化到重度退化草甸,w（SOC）分别为28.21、20.59、18.01、14.81 g/kg,湿地草甸退化导致w（SOC）下降了近50%,ρ（SOC）从40.92 kg/m3降至25.23 kg/m3;④ 狼毒草甸的w（SOC）、ρ（SOC）等均表现出相对较高的水平,仅次于无退化样地;⑤ w（SOC）与土壤含水量呈显著正相关（P < 0.05）、与土壤容重呈显著负相关（P < 0.01）.湿地草甸植被退化所形成的地上植被盖度及生物量的下降,以及土壤含水量的下降和土壤容重的增加,最终导致近50%左右的w（SOC）发生流失;此外,若从同类研究中季节性淹水的沼泽或沼泽化草甸转变为该研究中常年出露于水面的草甸景观后,在20 cm土壤深度内将导致45%以上的w（SOC）损失.      

中国自然草地生态系统服务价值

文中参照Constaza等提出的方法,在对草地生态系统服务价格根据其生物量订正的基础上,逐项估计了各类草地生态系统的各项生态系统服务价值,得出全国草地生态系统每年的服务价值为14979×10⁸US＄。其中扰乱管理价值占1607%,水管理和水供应价值占1444%,侵蚀控制和沉积保存价值占908%,废物处理价值占4203%,授粉价值占783%,生物控制价值占72%,食物和原材料生产价值占2226%,娱乐和文化价值占578%,其它如气体管理价值、土壤形成价值和栖息地价值低于5%。受各类草地生物群落分布广度和单位面积生态服务功能强弱的综合影响,各类草地的生态服务价值贡献率有很大差异,其中,沼泽类对草地生态系统总服务价值的贡献率为5234%。温性草原类、热性草丛类、热性灌草丛类、低地草甸类和高寒草甸类对总服务价值的贡献分别在503%～774%之间,其余类型的草地生态服务价值贡献率在5%以下。     

黄河源区斑块化退化高寒草甸土壤细菌群落多样性变化

为研究海拔变化和退化过程中高寒草甸土壤细菌群落多样性的变化规律,利用MiSeq高通量测序技术,分析不同海拔活动斑块、非活动斑块、恢复斑块和高寒草甸土壤细菌群落多样性,利用冗余分析对细菌多样性和环境因子进行分析.结果发现,3种类型斑块中主要的土壤细菌门均是变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteriota）和酸杆菌门（Acidobacteriota）.细菌优势属为RB 41 、鞘脂单胞菌属（Sphingomonas）和慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium）.RB 41 和慢生根瘤菌属相对丰度随海拔升高而下降,随斑块演替而增加,但3种类型退化斑块相对丰度均显著低于高寒草甸（P<0.05）.退化斑块土壤碳固定功能的细菌丰度,大于健康高寒草甸.不同斑块的细菌Chao1指数和物种数显著高于高寒草甸（P<0.05）.冗余分析发现,生物结皮盖度和全氮是海拔4013 m处细菌优势门的主要影响因子;生物量、全氮和pH对高海拔4224 m细菌优势门影响较大.生物量和全钾显著影响海拔4013 m的细菌属分布,海拔4224 m地区莎草科盖度和速效氮为细菌优势属的主要影响因子.生物结皮和pH对细菌多样性影响较大.不同海拔地区细菌的影响因子发生着较大变化,在研究细菌多样性变化的过程中,不仅要关注高寒草地退化的影响,还应考虑海拔高度的作用.     

玉龙雪山牦牛坪高山草甸的干扰格局分析

近几年玉龙雪山生态旅游热升温,对该区域生态环境和植被资源的影响日趋显著,研究该区域高山草甸所受干扰对制定该区域的生态保护、可持续发展对策具有重要意义。为明晰人类活动对玉龙雪山高山草甸的影响,选取该区域典型高山草甸分布区域作为研究区,分析其草甸退化格局,通过干扰强度模型量化研究区的干扰格局,并利用方差分解确定不同干扰对高山草甸退化的贡献率。结果表明：（1）放牧干扰主要集中在牲畜饮水点附近,旅游干扰更多作用于景区观景台和寺庙附近,干扰活动分布与路径体系相吻合,游径布设和游客行为扩散模式决定了旅游干扰的格局;（2）草甸退化程度随干扰程度的增加而升高,干扰强度最大的区域与草甸的重度退化区域重合;（3）总体上旅游较放牧对草甸退化的贡献作用更大,但存在空间差异。在玉龙雪山牦牛坪景区,旅游干扰已逐渐取代放牧干扰成为主要干扰因素,且路径体系与旅游干扰格局具有较高的吻合度,对草甸退化格局的影响在逐渐增加。综上,建议选取使用率高的非正式路径修建为正式路径,保护和恢复分布在使用率低的非正式路径旁的植被和土壤,以降低旅游干扰对高山草甸的影响。     

基于RUE的不同草地类生态评价研究——以河西走廊为例

选择降水利用效率（RUE）作为评价指标,对河西走廊代表性草地类--温性荒漠、高寒草甸、温性草原进行生态评价研究。通过植被指数提取、降水Co-Kriging插值、图层叠加,得到河西走廊区域2006-2010年的RUE(NDVI)、RUE(PVI)、RUE(TSAVI)数据,并与地上生物量进行相关分析,筛选出适合不同草地类的RUE作为该区域生态评价的指标。结果表明：1）温性荒漠区RUE(PVI)与草地生物量风干重正相关性最高（R²=0.879）,高寒草甸区RUE(NDVI)与草地生物量风干重的正相关性最高（R²=0.876）,温性草原区RUE(TSAVI)与草地生物量风干重的正相关性最高（R²=0.895）。2）温性荒漠区、温性草原区生态均处于退化过程,高寒草甸区处于恢复过程。研究认为选择合适的RUE值可作为不同草地类生态评价指标,并具有理论的可行性和实践的可靠性。     

藏北草地生态系统可持续发展能力评价

藏北草地是我国重要的畜牧业生产基地和生态安全屏障。然而,草地退化引发了一系列的生态、经济、环境和社会问题,不仅直接威胁到我国的生态屏障安全和当地的畜牧业生产,而且严重影响着藏北草地生态系统的可持续发展。研究以藏北那曲地区为例,利用复合生态系统场方法,构建了以生态功能、生产功能和生活功能为基础的可持续发展评价指标体系和模型,并通过对1985-2008年那曲地区草地生态系统的发展变化分析,定量评价了草地生态系统的可持续发展能力。评价结果表明,藏北那曲草地生态系统的发展位已超过了系统的最大承载能力,发展势缺乏潜能,协调性较差,可持续发展度很低,草地生态系统处于不可持续的发展状态。     

青藏高原多年冻土区典型植被下河流溶解性有机碳的生物可利用性

选取青藏高原多年冻土区12条河流样品进行分析,结合流域内植被类型、流量大小、多年冻土面积与河流溶解性有机碳(DOC)的质量浓度、化学组成、生物可利用性之间的关系及分解动力学进行讨论.结果表明,分别在高寒草甸(AM)、高寒沼泽草甸-高寒草甸(ASM-AM)、高寒草甸-高寒草原(AM-AS)、高寒草甸-高寒草原-裸地(AM-AS-BL)为主的流域内,河流DOC的质量浓度依次为(5.17±0.21)、(5.02±0.50)、(3.55±0.25)和(2.79±0.41)mg·L-1,DOC的生物可降解性程度(BDOC)依次为(23.54±2.62)%、(23.66±3.31)%、(18.17±5.26)%和(11.72±15.56)%;相应地,流域内植被覆盖度越小,河流DOC的芳香性程度越大,DOC的可生物降解性和降解速率随着降低,并且BDOC在培养的过程中的反应遵循一级反应动力学原理;此外,连续多年冻土区河流的BDOC大于非连续多年冻土区的河流BDOC,大河的BDOC小于源头小河的BDOC.研究表明,流域内植被类型是影响多年冻土区河流BDOC的主要影响因素,同时,流量大小和多年冻土对BDOC也有一定的影响.