我国高寒草甸碳循环研究进展

在我国，高寒草甸是广布于青藏高原的主要植被类型之一，它对青藏高原大气与地面之间的能量平衡、水气交换、生物地球化学循环有着极其重要的作用。近年随着人们对全球气候变暖问题的日益关注，高寒草甸，这个全球气候敏感生态系统的源、汇动态及其影响因素的研究，成了认识全球碳循环的关键之一。分析了草地生态系统在碳循环研究中的地位和重要性，对我国高寒草地生态系统碳循环的研究现状作了较为详尽的阐述，包括植物、凋落物和土壤三大碳库以及主要含碳温室气体通量等。     

裸斑对青藏高原多年冻土区高寒草甸生态系统呼吸和甲烷吸收的影响

研究裸斑对青藏高原多年冻土区高寒草甸生态系统呼吸和甲烷通量的影响,对准确评估多年冻土区小流域和区域尺度碳交换具有重要意义。本文以青藏高原风火山高寒草甸中裸斑和高植被覆盖斑块为研究对象,通过对比不同地形条件下(不同坡向和海拔)二者生态系统呼吸和甲烷通量的差异来研究裸斑对高寒草甸生态系统呼吸和甲烷通量的影响。结果表明:(1)裸斑显著减少了高寒草甸的生态系统呼吸,裸斑和高植被覆盖斑块生长季生态系统呼吸的平均速率分别为2.26和6.17 g CO_(2 )m~(-2) d~(-1),这主要是二者微生物量碳和蔗糖酶活性差异造成的;(2)裸斑和高植被覆盖斑块在生长季内均表现为甲烷的汇,二者生长季甲烷吸收的平均速率分别为25.4和6.61μg CH_(4 )m~(-2) h~(-1);在坡中和坡顶,裸斑的甲烷吸收速率显著大于高植被覆盖斑块,而在坡底,二者的甲烷吸收速率相近;土壤湿度是调控高寒草甸甲烷吸收空间变异的主要因素。研究结果深化了裸斑对青藏高原多年冻土区高寒草甸碳交换影响的认识,可为小流域以及区域尺度碳交换的准确评估提供科学依据。     

铵态氮沉降对内蒙古呼伦贝尔草地CO_2通量的影响（英文）

大气氮沉降可能会影响陆地生态系统的碳通量。本文主要目的是探讨在氮素缺乏的草地生态系统中,氮素添加是否会增加CO2通量。本研究于2008和2009生长季进行,采用静态箱-气相色谱法研究CO2通量对氮沉降增加的响应。结果表明,2年的氮素添加并没有显著影响土壤NH4+含量,NO3-含量只是在2009年生长季后期有所增加。高氮处理增加了CO2通量,而低氮处理在2008年抑制了CO2通量,2009年后期增加了CO2通量。而且氮素添加显著增加了地上生物量和根系的生物量。CO2通量与土壤水分、土壤温度的关系并没有因为氮素的添加而改变,但是氮素添加增加了CO2通量对土壤水分和土壤温度的敏感性。这些结果表明,在未来大气氮沉降增加的背景下,呼伦贝尔草甸草原CO2通量有可能会增加。     

三江平原不同土地利用方式下湿地土壤CO2通量研究

利用暗箱-气相色谱法,同步测量了三江平原几种主要生态类型湿地土壤原始的小叶章草甸白浆土、毛果苔草泥炭沼泽土、已垦旱作草甸白浆土和人工水田草甸白浆土,进行CO2排放通量的对比研究.结果表明不同土地利用方式下,旱作草甸白浆土土壤CO2排放通量最大,平均值为775.38mg/(m2@h);小叶章草甸白浆土土壤次之,平均值为439.02mg/(m2@h);人工水稻田草甸白浆土土壤CO2通量最小,平均值为128.96mg/(m2@h);毛果苔草泥炭沼泽土土壤CO2排放通量介于小叶章草甸白浆土土壤和水稻田草甸白浆土土壤之间,平均值为247.08mg/(m2@h).湿地开垦为旱田,使湿地"碳汇"功能减弱或丧失,变成"碳源";湿地开垦为水田,是比较合理的湿地农业利用方式.     

湿地生态系统碳通量研究进展

湿地碳循环在全球气候变化中起着重要作用,而湿地碳通量研究是湿地碳循环研究的关键问题。由于湿地独特的土壤、植被以及水文过程,使得湿地碳通量有别于其他类型的生态系统。湿地温室气体特别是CO2和CH2的释放水平具有明显的时空变化特征,其通量变化与许多外部因素相关,包括土壤状况、水文条件、植被类型、外源氮等。对近年来湿地生态系统碳汇功能变化以及影响碳通量相关因子的研究成果进行了系统的分析和综述。现有的研究表明,土壤状况对湿地碳通量影响较复杂,在一定范围内,表层土壤温度与气体排放密切相关,甚至呈正相关关系;土地利用／覆盖也影响湿地碳通量变化,导致湿地温室气体排放增加;水文条件特别是水位高度对湿地CO2和CH2排放的影响不同,高水位不利于CO2排出,CH2则与之相反;植被对湿地碳排放也起到正、负两方面作用,并且物种各异。还讨论了湿地碳通量研究进展的瓶颈问题,特别对植被演替较快的潮滩湿地碳通量研究做了展望。     

封面照片说明:青藏高原高寒草甸

高寒草甸(Alpine meadow)又称为高山草甸,是发育在高原和高山地带的一种草地类型。由于处在寒冷的环境条件下,其植被组成主要是冷中生的多年生草本植物。在青藏高原东部及其周围海拔3 000 m以上的高海拔山地,广泛分布着由蒿草等高寒植被组成的草甸,是青藏高原高寒生态系统的主要草地类型,分布面积约70×104km2,占青藏高原可利用草场的近50%。作     

湿地生态系统CO_2源/汇研究综述

湿地生态系统独特的生态特性使其在温室气体的固定和释放中发挥了重要作用,湿地生态系统CO2源/汇成为全球气候变化研究中的热点问题。该文系统总结了近年来湿地生态系统CO2源/汇特征,探讨了自然环境因子以及人类活动对湿地CO2源/汇功能的影响。研究表明,目前绝大多数湿地生态系统是大气CO2的汇,湿地CO2源/汇特征表现出明显的时空变异性。气温是气象因素中影响湿地净生态系统CO2通量(NEE)变化的一个重要甚至首要因子;土壤状况因子包括温度、pH值等均对NEE有明显影响,但影响程度不同;湿地水文对CO2源/汇的影响主要表现在干、湿季以及水位变化对NEE的影响上;植被类型及干扰程度不同,湿地CO2源/汇功能具有很大差异;人类活动尤其是将湿地开垦为农田,会使湿地变成大气CO2的源,而生态修复则使湿地作为大气CO2汇的能力得到恢复。     

基于 137Cs和 210Pbex方法的高寒草甸坡面土壤侵蚀示踪

高寒草甸是青藏高原主要的草地类型之一。为了解高寒草甸坡面土壤侵蚀特征,以兴海盆地高寒草甸坡面为研究区,分析了高寒草甸坡面上 137Cs和 210Pbex的分布特征;利用 137Cs和 210Pbex示踪方法,通过转换模型估算了高寒草甸坡面土壤侵蚀速率,并对两种方法估算的结果进行了对比。结果表明:(1)选取的高寒草甸背景土壤剖面上 137Cs质量活度最大值分布在 2～4 cm层位, 210Pbex质量活度最大值出现在最表层。(2)研究区坡面 137Cs和 210Pbex质量活度和通量在不同的坡位有明显的差异。(3)根据 210Pbex估算的土壤侵蚀速率高于基于 137Cs估算的土壤侵蚀速率,表明研究区近几十年土壤侵蚀可能呈增加趋势。(4)根据 137Cs和 210Pbex估算的土壤侵蚀速率具有极显著的正相关关系( r = 0.94,P <     

基于RS和GIS的青藏高原草地生态系统土壤水分保持功能及其经济价值评估——以生长季为例

根据生态系统服务功能理论,利用RS和G IS技术,以土壤含水量为基础因子,对青藏高原区草地生态系统的土壤水分保持功能及其价值的动态变化过程进行有效评价,以直接的货币形式反映出青藏高原主要草地类型的土壤水分保持功能的大小。通过计算和分析发现:(1)由于草地类型分布面积、单位面积保持量的影响,各种类型草地提供的土壤水分保持功能及其价值贡献率有较大差异,按照大小依次为:高寒草原类、高寒草甸类,高寒荒漠类、高寒草甸草原类和温性山地草甸类;(2)草地对土壤水分保持量及其价值呈现出较强的阶段性变化过程;(3)由于各种草地类型所处地理区域不同、草地本身各种自然特点和整体生态功能的不同,青藏高原草地生态系统提供的土壤水分保持功能及其经济价值呈现出明显的地域分布规律:自西北至东南逐渐降低。应该说,由于青藏高原地域、地理和独特气候等原因所致,本文计算得出的青藏高原草地生态系统土壤水分保持功能及其价值的具体数值不一定十分准确,但是能在一定程度上反映出土壤水分保持功能的强大及其在生长季中随时间变化的动态过程和基本规律(这种规律性结论与前人研究结论一致),这是一种在区域尺度上揭示草地生态系统土壤水分保持功能及其价值动态变化过程的方法尝试,这也是对动态评估生态服务功能的一种有益尝试。     

我国高寒草甸植被生产力及其影响因子

生物量是重要的植物群落数量特征，直接反映生态系统生产者的物质生产量，是生态系统生产力的重要体现。高寒草甸广泛分布于青藏高原，是高寒生态系统的主要植被类型。回顾了高寒草甸生物量的研究成果。高寒草甸生物量呈典型的金字塔式垂直分布格局，地上生物量主要集中于0—10cm的冠层，地下生物量也集中分布于0—10cm的土层内。增温和多雨会降低生物量，叶面积和物种丰富度与地上生物量成正相关关系，氮素的增加有助于植被生物量的增长，而放牧率与生物量成显著负相关。     

高寒草甸土壤有机碳储量及其垂直分布特征

青藏高原是全球变化的敏感区。高寒草甸草原是青藏高原上最主要的放牧利用草地资源之一。选择青藏高原东北隅海北站内具有代表性的高寒草甸土壤进行高分辨率采样,测定土壤根系和有机碳含量。研究得出,青藏高原高寒草甸土壤贮存有巨大的根系生物量 (23544.60 kg ha^-1~27947 kg ha^-1) 和土壤有机碳 (21.52 GtC);自然土壤表层 (0~10 cm) 储存了整个剖面土壤有机碳总量的30%左右。比较发现,高寒草甸土壤的有机碳平均贮存量 (23.17×10⁴ kgCha^-1) (0~60 cm) 较相应深度的热带森林土壤、灌丛土壤和草地土壤的有机碳贮存量高约1~5倍多。在全球碳预算研究中,青藏高原高寒草甸土壤有机碳库不可忽视。随着全球变暖,表层土壤有机碳分解释放的CO₂将增加。为了减少高寒草甸生态系统的碳排放,应加强高寒草甸土壤地表覆被的保护,合理种植深根系植物。这对减缓全球大气CO₂浓度升高的速率以及可持续开发高寒草甸的生态服务功能都具有重要意义。     

黄河源区高寒草地土壤有机碳储量及分布特征

选择位于黄河源区的青海省果洛藏族自治州为研究区,利用第二次全国土壤普查所得的土壤剖面数据以及55个典型土壤剖面的地理位置、土层深度、有机质含量、面积、理化分析数据和1:50万数字化土壤类型图,在GIS的支持下利用土壤类型法对黄河源区草地土壤碳库进行了估算。结果表明,黄河源区土壤碳密度较高,平均土壤有机碳密度为29.97 kg/m²,高寒草地土壤有机碳库主要由高山草甸土和高山草原土的有机碳库构成,研究区土壤有机碳总储量达15×10⁸tC。区域草地土壤有机碳密度及储量呈明显的水平和垂直分异规律。     

青藏高原太阳辐射对高山草甸净生态系统二氧化碳的影响(英文)

On the Tibetan Plateau, the alpine meadow is the most widespread vegetation type. The alpine meadow has a low biological productivity and low vegetation coverage in the growing season. The daytime NEE between the atmosphere and the alpine meadow ecosystem was influenced by solar radiation. To analyze the characteristics of change in NEE and to calculate the parameters related to photosynthesis and respiration in different solar radiation environments, the NEE measurements were taken in Damxung from July to August in 2003, 2004, 2005 and 2006 using the eddy covariance technique. Solar radiation was grouped into three levels according to the net radiation, which was more than 155 W m-2 d-1 on clear days, 144±5 W m-2 d-1 on partly cloudy days and less than 134 W m-2 d-1 on cloudy days. The diurnal relationships between NEE and PAR varied with differences in solar radiation, which was a rectangular hyperbola form on clear days, two different concave curves on partly cloudy days and an irregular triangle form on cloudy days. The mean CO2 absorption rate showed a decreasing trend with increasing solar radiation. The daytime absorption maximum occurred around 10:00 on clear days with an average of slightly less –0.2 mg m-2 d-1, around 11:00 on partly cloudy days with an average of about –0.2 mg m-2 d-1, and around 12:00 on cloudy days with an average of about –0.25 mg m-2 d-1. As solar radiation increased, the Amax and the Q10 decreased. However, the R10 increased and the maximum of the α occurred on partly cloudy days. The optimum net solar radiation was about 134–155 W m-2 d-1, which induced a PAR of about 1800-2000 μmol m-2 s-1 and soil temperature at a depth of 5 cm of about 14℃. Therefore, on the Tibetan Plateau, the alpine meadow ecosystem will have a higher carbon absorption potential while solar radiation decreases in the future.     

青藏高原草地生态系统碳收支研究进展

陆地生态系统碳收支仍然是当前全球气候变化研究的重要内容,青藏高原作为全球气候变化的敏感区,使青藏高原草地生态系统在区域碳收支平衡中占有主导地位,但研究方法等不同使得碳收支估算结果存在很大的不确定性。气候变暖在一定程度上提高了高寒草地生态系统的植被初级生产力和生物量,由此补偿了气候变暖导致的土壤有机碳分解释量,使青藏高原草地植被仍然发挥着碳汇的功能。而人类放牧活动对草地生态系统的影响较为复杂。因此,如何区分气候变化和人类活动对生态系统的影响机制,定量评价未来气候变化和人类活动影响下,青藏高原生态系统碳源/汇格局的可能变化,是一个非常重要的研究方向,也是一个极大的挑战。     

Vegetation Pattern in Northern Tibet in Relation to Environmental and Geo-spatial Factors

Environmental and Geo-spatial factors have long been considered as crucial determinants of species composition and distributions. However, quantifying the relative contributions of these factors for the alpine ecosystems is lacking. The Tibetan Plateau has a unique ecological environment and vegetation types. Our objectives are to quantify the spatial distributions of plant communities on the Northern Tibetan Alpine grasslands and to explore the relationships between vegetation composition, Geo-spatial factors and environmental factors. We established 63 field plots along a 1200-km gradient on the Northern Tibetan Plateau Alpine Grassland and employed the two-way indicator species analysis (TWINSPAN) and the detrended canonical correspondence analysis (DCCA). Fourteen communities of alpine grassland were identifiable along the transect and consisted of three vegetation types: Alpine meadow, Alpine steppe, and desert steppe. Vegetation composition and spatial distribution appeared to be largely determined by mean annual precipitation and less influenced by temperature. A large fraction (73.5%) of the variation in vegetation distribution was explained by environmental variables along this transect, somewhat less by Geo-spatial factors (56.3%). The environmental and Geo-spatial factors explained 29.6% and 12.3% of the total variation, respectively, while their interaction explained 43.9%. Our findings provide strong empirical evidence for explaining biological and environmental synergetic relationships in Northern Tibet.     

藏北高原高寒草地围栏禁牧和生长季降水对物种丰富度和多样性的影响(英文)

2009和2010年夏天沿藏北高原高寒草地样带调查了高寒草地生态系统(高寒草甸、高寒草原和荒漠草原)在围栏禁牧和自由放牧管理下的物种丰富度和多样性(Shannon-Wiener指数,Simpson优势度指数和Pielou均匀度指数)。研究结果显示:自2006年起藏北高原围栏禁牧在植被类型和区域尺度上没有显著改变物种丰富度和多样性。物种丰富度和多样性主要受生长季降水驱动,超过87%的变异可由生长季降水来解释。物种丰富度和多样性在自由放牧和围栏禁牧2类样地对生长季降水的响应方式一致。物种丰富度随降水呈指数型增长关系,多样性指数则呈现正线性关系。研究结果预示藏北高原地区生长季降水的变化对于物种丰富度和多样性管理至关重要,在未来高寒草地保护研究中应予以重视。     

Radiation balance and the response of albedo to environmental factors above two alpine ecosystems in the eastern Tibetan Plateau

Understanding the energy balance on the Tibetan Plateau is important for better prediction of global climate change. To characterize the energy balance on the Plateau, we examined the radiation balance and the response of albedo to environmental factors above an alpine meadow and an alpine wetland surfaces in the eastern Tibetan Plateau, using 2014 data. Although our two sites belong to the same climatic background, and are close geographically, the annual incident solar radiation at the alpine meadow site(6,447 MJ/(m2·a)) was about 1.1 times that at the alpine wetland site(6,012 MJ/(m2·a)),due to differences in the cloudiness between our two sites. The alpine meadow and the alpine wetland emitted about 38%and 42%, respectively, of annual incident solar radiation back into atmosphere in the form of net longwave radiation; and they reflected about 22% and 18%, respectively, of the annual incident solar radiation back into atmosphere in the form of shortwave radiation. The annual net radiation was 2,648 and 2,544 MJ/(m2·a) for the alpine meadow site and the alpine wetland site, respectively, accounting for only about 40% of the annual incident solar radiation, significantly lower than the global mean. At 30-min scales, surface albedo exponentially decreases with the increase of the solar elevation angle; and it linearly decreases with the increase of soil-water content for our two sites. But those relationships are significantly influenced by cloudiness and are site-specific.