土地利用变化对高寒草甸土壤有机质更新的影响

对青藏高原海北站区的自然土壤和扰动土壤进行高分辨率采样,测定土壤根系、有机碳及其¹⁴C含量;用¹⁴C示踪技术探讨土地利用变化对高寒草甸土壤有机质更新的影响.研究表明,土地利用变化对高寒草甸土壤碳循环影响显著.耕作活动导致扰动土壤有机碳储量比自然土壤增加29.35%;扰动土壤剖面10~50 cm深土壤有机质的¹⁴C含量相对富集;自然土壤大多数有机碳储存在土壤表层,更新时间<50 a,同一深度扰动土壤有机碳储量显著少,更新时间长(171~294 a);自然土壤10 cm以下有机碳主要为更新时间>1 000 a的稳定碳所控制,扰动土壤的相应值出现在40 cm以下;自然土壤有机质更新产生的CO₂通量为114 gC·m^-2·a^-1,扰动土壤为48.7 gC·m^-2·a^-1.     

青南退化高寒草甸植被土壤固碳潜力

青南与青北高寒草甸植被、 土壤、 气候类型相似, 地植被、 土壤碳密度可比性强. 研究表明, 青南高寒草甸植被退化严重, 植被和土壤碳密度随退化程度的加剧而降低, 轻度、 中度、 重度和极度退化植被碳密度分别为921.281、 809.998、 237.974 gC·m^-2和75.972 gC·m^-2, 0~40 cm土壤碳密度分别为16.760、 16.145、 14.360 gC·m^-2和12.945 kgC·m^-2. 在青北未退化草甸植被和0~40 cm层次土壤碳密度分别为1 149.327 gC·m^-2和20.305 kgC·m^-2. 相对青北高寒草甸植被类型而言, 青南高寒草甸轻度、 中度、 重度、 极度退化的植被固碳密度分别增加228.046、 339.329、 911.354 gC·m^-2和1073.355 gC·m^-2, 而对应0~40 cm层次土壤固碳密度可分别增加3.545、 4.160、 5.946 gC·m^-2和7.359 kgC·m^-2. 以青南当地未退化草地而言, 轻度、 中度、 重度和极度退化的高寒草甸0~20 cm层次土壤固碳密度可达1.694、 2.087、 3.537 kgC·m^-2和4.282 kgC·m^-2, 表现出较大的固碳潜力.     

高寒湿地生态系统土壤有机物质补给及地-气CO2交换特征

海北高寒湿地植物地上、地下生物现存量较高,2004年海北高寒湿地植物净初级生产力为1799.7 gC·m^-2.由于家畜对湿地植物采食量低,每年将有大量的枯黄植物残留于地表,表现出地上、地下生物量以及苔鲜均成为土壤有机物质的补给源.由于区域温度低,积水严重,对植物残体分解缓慢,导致湿地土壤有机质含量很高,形成了厚达2 m左右的泥炭层.观测结果表明,海北高寒湿地净生态系统CO₂交换量具有明显的季节变化,年内4月和10月存在两个CO₂释放高峰期,夏季的7~8月为一个强吸收期,全年来看为一个巨大的碳源.2004年净生态系统年碳交换量为76.7 gC·m^-2.计算结果表明,植被的呼吸消耗量每年为1199.8 gC·m^-2,其植物总固碳量为2999.5 gC·m^-2,而土壤呼吸为1876.4 gC·m^-2.     

祁连山黑河上游多年冻土区不同植被类型土壤有机碳密度分布特征

山地多年冻土的异质性影响其植被类型的分布特征,且对有机碳的分布也具有重要影响。通过采集黑河上游多年冻土区三种典型植被类型（高寒沼泽草甸、高寒草甸、高寒草原）8个活动层的土壤样品,测定其土壤有机碳密度及其理化性质。结果表明：高寒沼泽草甸土壤有机碳密度最高（49.50 kg·m^-2）,高寒草甸次之（11.22 kg·m^-2）,高寒草原最低（7.30 kg·m^-2）。土壤有机碳密度的剖面垂直分布特征具有差异性,高寒沼泽草甸土壤有机碳密度随深度变化不明显,高寒草原和高寒草甸土壤有机碳密度随深度逐渐减小,存在显著的表层聚集性。有机碳密度与土壤含水率和细粒含量呈显著正相关,与pH值呈显著负相关关系。一般线性模型结果表明土壤含水率、pH值和土壤颗粒组成解释了96.39%的有机碳密度变异,其中土壤含水率贡献了81.53%,pH值和土壤粒度分别贡献了9.33%和4.75%。研究表明多年冻土区不同植被类型土壤有机碳密度分布特征具有明显差异,山地多年冻土土壤含水率是控制有机碳密度分布特征的重要影响因素。     

高寒草甸植被生产量年际变化及水分利用率状况

分析了海北地区高寒草甸植被2001-2011年11 a耗水量、 生物现存量、 净初级生产量、 水分利用率及其相关性, 结果表明: 植物生长期5-9月耗水量416.30 mm, 植被地上净初级生产量(ANPP)、 地下净初级生产量(BNPP)以及总的净初级生产量(NPP=ANPP+BNPP)分别为393.07 g·m^-2、 945.26 g·m^-2、 1 338.33 g·m^-2, BNPP与ANPP之比为2.404. 8月底植被现存生物量达3 422.92 g·m^-2, 其中地上和地下现存量分别为411.07 g·m^-2、 3 011.85 g·m^-2, BNPP与ANPP之比高达7.327, 说明植被现存量巨大, 归还土壤碳能力强. NPP与5-9月植被耗水量相关性很差, 但与5-9月平均气温具有显著的正相关关系, 表明高寒草甸地区水分条件可满足植物生长的基本需求, 而同期温度是影响NPP提高的重要因素. 11 a来BNPP、 ANPP和NPP平均水分利用率分别为0.958 g·m^-2·mm^-1、 2.326 g·m^-2·mm^-1和3.284 g·m^-2·mm^-1, 表明高寒草甸植被净初级生产具有较高的水分利用率.     

1971—2000年中国陆地植被净初级生产力的模拟

利用植被与大气相互作用模式(AVIM),基于气象台站的观测资料模拟了1971—2000年中国陆地生态系统NPP的变化特征.结果表明:1971—2000年我国陆地植被年均NPP变化范围在0~987.67 gC·m^-2·a^-1,全国平均值为349.74 gC·m^-2·a^-1,30 a呈现出递增的变化趋势.对各类植被NPP的模拟显示,最近30 a我国热带雨林、落叶阔叶林以及有地被层的阔叶林的年均NPP减小,而混交林、常绿针叶林、落叶针叶林、有裸土的灌丛、草地以及作物的年均NPP均为增加趋势.由于采用了先进的农业技术,与自然条件下我国作物的年均NPP变化相比,我国实际的粮食单产在上述时期呈显著的增长,表明了人类活动对于我国陆地植被净初级生产力有着深刻的影响.     

季节性放牧对黄河源区高寒草甸植被耗水量及水分利用效率的影响

研究季节性放牧对植被耗水量、水分利用效率的影响,是探索如何提高高寒草甸水源涵养能力的重要内容之一。以青藏高原三江源高寒草甸季节性放牧样地与自然放牧样地为研究对象,分析了季节性放牧和自然放牧条件下高寒草甸植被耗水量、水分盈亏量、水分利用效率（WUE）的动态变化及其与环境因素的关系。结果表明：在植被生长季（5-9月）,季节性放牧样地和自然放牧样地植被耗水量在5月开始增加, 7月达最高,分别为160.94 mm和145.96 mm,季节性放牧样地植被总耗水量（395.52 mm）比自然放牧样地（348.14 mm）高13.61%。生长季平均来看,季节性放牧样地和自然放牧样地5-9月水分正盈余,分别为13.58 mm和70.96 mm,但在植物生长旺季（8月）略有亏缺。季节性放牧样地和自然放牧样地植被耗水量均与降水量呈弱的正相关关系。季节性放牧样地植被地上净初级生产量（ANPP）、地下净初级生产量（BNPP）和总的净初级生产量（NPP）比自然放牧样地分别高32.54 g·m^-2、5.96 g·m^-2、38.50 g·m^-2,季节性放牧样地ANPP的水分利用效率（WUE）比自然放牧样地高53.85%,而BNPP、NPP的WUE比自然放牧样地分别低13.06%和9.97%。这表明,季节性放牧可提高植被生产量和耗水量,但对高寒草甸WUE的影响因放牧方式不同导致地上、地下生物量分配格局不同而有所差异。     

冬春季青藏高原北麓河多年冻土活动层中气体CO2浓度分布特征

2005年1~5月在青藏高原北麓河附近的高寒干草原、高寒草甸和高寒草原3种典型草地上进行了不同深度土壤气体采样和CO₂浓度分析.结果表明:土壤剖面的土壤气体CO₂浓度呈现出上低下高的分布特征.在动态变化上,土壤中CO₂浓度在多年冻土活动层春季升温过程中出现一个峰值,经过短暂的降低后随夏季融化过程开始而升高.土壤剖面CO₂浓度与土壤有机碳、重组有机碳、轻组有机碳、水溶性有机碳、植物残体有机碳、微生物碳贮量和土壤温度呈明显的相关关系,在100 cm以上深度与土壤水分呈负相关关系.在整个观测期间,高寒干草原、高寒草原和高寒草甸植被下3种土壤剖面土壤气体CO₂浓度变化范围分别为1 052~3 050 mL·m^-3、3 425~39 144 mL·m^-3和984~12250 mL·m^-3,高于我国塿土CO₂浓度变化范围,也远远高于青藏高原五道梁地区高寒草原土壤气体CO₂浓度变化范围.石灰简育寒冻雏形土和石灰寒冻砂质新成土CO₂浓度变化范围低于国外报道的草地和农田CO₂浓度变化范围;石灰草毡寒冻雏形土CO₂浓度变化范围明显高于国外报道的草地和农田CO₂浓度变化范围.活动层冻结期,土壤CO₂的闭蓄作蓄作用比较明显.由于微地形导致土壤水分条件的差异,夏季融化过程各观测点土壤CO₂浓度开始升高时间存在差异.     

高寒植被生态系统变化对土壤物理化学性状的影响

在黄河源区选择典型样地,对土壤有机质(SOM)、全氮(N)等化学性状及土壤机械组成、容重和土壤导水率等物理特性进行分析.结果表明,植被退化导致土壤物理化学性状显著退化.灌丛草甸草地土壤表层有机质(SOM)从179.58 g·kg^-1降到49.48 g·kg^-1,表层碱解N流失率为30%,退化嵩草草甸表层有机质SOM减少53%,碱解N损失率为28.4%.沼泽地有机质SOM减少了15.11 g·kg^-1.退化后的土壤土层厚度变薄,土壤颗粒变粗,土壤水分分布和含量出现变化,土壤出现沙化,土壤容重增大,土壤导水率与植被盖度有很好的相关性.研究表明,高寒植被生态系统的变化引起了土壤理化特性的强烈变化,高寒土壤环境出现退化.     

青藏高原多年冻土区不同草地类型生态系统呼吸季节差异性

研究多年冻土区不同草地类型及季节生态系统呼吸,对理解青藏高原碳源汇关系及其对气候变化响应具有重要意义。在青藏高原风火山选取高寒草甸和沼泽草甸对生长季和非生长季生态系统呼吸进行观测。结果表明：生态系统呼吸呈明显的日变化和季节变化,高寒草甸日变异系数（0.30~0.92）高于沼泽草甸（0.12~0.29）,高寒草甸非生长季生态系统呼吸白天/晚上比高于生长季,而沼泽草甸季节变化较小;季节变化与5 cm地温变化一致。高寒草甸和沼泽草甸非生长季生态系统呼吸平均速率分别为0.31和0.36 μmol·m^-2·s^-1,生长季分别为1.99和2.85 μmol·m^-2·s^-1。沼泽草甸生态系统呼吸年排放总量为1 419.01 gCO₂·m^-2,显著高于高寒草甸（1 042.99 gCO₂·m^-2）,其中非生长季高27%,生长季高39%。高寒草甸和沼泽草甸非生长季生态系统呼吸总量分别为268.13和340.40 gCO₂·m^-2,分别占全年的25.71%和23.99%。两种草地类型生态系统呼吸与气温、5 cm和20 cm地温均显著相关,可解释37%~73%的季节变异,除生长季沼泽草甸外,生态系统呼吸与5 cm地温相关性最高。非生长季5 cm地温对应Q₁₀为4.34~5.02,高于生长季（2.35~2.75）,且沼泽草甸高于高寒草甸。生长季生态系统呼吸与土壤水分无显著关系,而非生长季生态系统呼吸受土壤水分显著影响（R²：0.21~0.40）,随土壤水分增加而增加。     

疏勒河上游多年冻土区植物生长季主要温室气体排放观测

选取青藏高原东北部疏勒河上游多年冻土区的高寒草甸样地为研究对象, 对2011年植物生长季(6-10月)主要温室气体(CO₂、 CH₄CH₄和CO₂)的排放进行了观测. 结果显示: 疏勒河上游多年冻土区高寒草甸地表CO₂、 CH₄和N₂O排放速率范围分别为7.58~418.60 mg·m^-2·h^-1, -0.20~0.14 mg·m^-2·h^-1和-27.22~39.98 μg·m^-2·h^-1. 0~10 cm土壤温度、 含水量和盐分与CO₂和CH₄排放速率显著相关, 但与N₂O排放速率无显著相关. 日均排放速率显示, CO₂和N₂O在整个观测期均表现为排放; CH₄在植物返青期和生长旺盛期表现为排放, 在枯黄期伴随表层土壤发生日冻融循环时为吸收. 从9月30日12:00-10月6日14:40, 表层0~10 cm土壤经历了3次日冻融循环, CO₂和N₂O日均排放速率分别由冻融前的60.73 mg·m^-2·h^-1和9.91 μg·m^-2·h^-1提高到122.33 mg·m^-2·h^-1和11.70 μg·m^-2·h^-1. 土壤温度、 含水量和盐分是影响CO₂和CH₄排放的重要因子, 表层土壤冻融交替作用可提高地表CO₂和N₂O的排放速率.     

祁连山亚高山灌丛林土壤呼吸速率的时空变化及其影响分析

采用美国Li-COR公司生产的LI-6400-09土壤呼吸室和LI-6400便携式光合作用测量系统,在2004年生长季节对祁连山亚高山灌丛林土壤呼吸速率进行了连续观测.结果表明:在整个生长季祁连山亚高山灌丛林土壤呼吸速率的空间变化为随着海拔梯度的增加,土壤呼吸速率逐渐减小,其变异系数逐渐增加;生长季节土壤呼吸速率晚间维持在较低水平,2:00-6:00最低,在7:00-8:30开始升高,11:00～6:00达到最大值,16:00～8:30开始下降,整个过程呈单峰曲线.土壤呼吸速率的日平均值介于(0.79±0.60)μmol·m^-2·s^-12.49±0.97μmol·m^-2·s^-1.土壤呼吸速率7⁸月份达到最大值(5.861μmol·m^-2·s^-1),5月与9月份次之,4月与10月份基本一致,整个生长过程总的变化趋势呈单峰曲线形式.亚高山灌丛林土壤呼吸的空间变异主要受温度、水分和植物根系的综合影响.     

青藏公路沿线多年冻土区土壤热通量参数化方案的优化和检验

土壤热通量是地表能量平衡的重要分量,其估算方案在研究地表能量平衡研究中必不可少。利用青藏公路沿线5个站点0~20 cm的实测土壤层温、湿度及5 cm土壤热通量资料,以翁笃鸣气候学计算方案为基础建立了优化的5 cm土壤热通量计算方案。通过唐古拉和西大滩两个独立站点的检验结果表明,优化方案的结果相对于原方案有较大的改善,唐古拉和西大滩5 cm土壤热通量均方根误差值分别减小了3.2 W·m^-2和4.8 W·m^-2,而相对误差分别减小了61.9%和36.1%,即新方案能够较好地估算出青藏公路沿线多年冻土区5 cm土壤热通量。使用优化方案模拟了青藏公路沿线11个站点5 cm土壤热通量变化,结果显示,近十年青藏公路沿线土壤热通量呈现出增大的趋势,其中,5 cm土壤热通量增大了近1.0 W·m^-2,而且各观测场的年平均土壤热通量值均大于0.0 W·m^-2,表明就年尺度而言,热量有盈余,盈余热量用于加热下层土壤,引起活动层厚度增加,平均状况下土壤热通量每增大1.0 W·m^-2,活动层厚度增大约21.0 cm。     

青海玉树隆宝高寒湿地近地面能量收支状况研究

基于青海玉树隆宝湿地2011年10月-2012年9月气象观测数据, 利用组合法计算其近地面的感热通量和潜热通量, 进而分析近地面能量收支状况. 结果表明: 隆宝湿地太阳辐射资源充足, 达6 770.8 MJ·m^-2, 受积雪影响, 冬季日反射率最高可达0.93; 11月和12月地面吸收的90%以上短波能量以辐射形式传给大气, 而6月份则不到30%. 地面全年以净辐射和土壤热通量吸收能量, 其中, 77%以潜热形式支出, 23%以感热形式支出, 但各月能量收支特征与之有所不同.     

祁连山森林草原带土壤属性和植被生物量对坡向和坡位的响应

祁连山森林草原带为典型的山地森林和草原镶嵌景观,带内植被呈显著的斑块状分布格局,与地形因子密切相关。探究森林草原带内地形因子与土壤和植被的关系,对该区生态恢复具有重要意义。采用样地-样方调查法,研究了祁连山森林草原带土壤属性和植被生物量随坡向（南、西南、西和北）和坡位（山顶、上坡、中坡、下坡和山谷）的变化特征及其与水热因子的关系。结果表明：坡向梯度上,北坡土壤有机碳含量为50.79 g·kg^-1,全氮含量为2.82 g·kg^-1,土壤含水量为32.86%,地上和地下生物量为5.09和6.39 kg C·m^-2,分别为南坡的2.54、3.97、2.07、24.62和149.30倍。坡位梯度上,土壤有机碳、全氮、全磷、土壤含水量在山谷最大,分别为50.23 g·kg^-1、3.47 g·kg^-1、0.80 g·kg^-1和32.01%,是山顶的1.73、1.69、1.56和1.30倍,山坡的1.92、2.85、1.74和1.46倍。回归分析显示,土壤含水量是限制祁连山森林草原带土壤碳氮含量和草地生物量分布的主要环境因子,复相关系数在0.74~0.93之间。