祁连山疏勒河上游高寒草甸CO2通量变化特征

采用涡动相关法对疏勒河上游高寒草甸生态系统2009年CO2通量进行连续观测.结果表明:疏勒河上游高寒草甸CO2通量呈明显的日和月变化特征.生长季CO2通量具有明显的日变化过程,其中吸收峰值从5月的10:00时逐步推后到7月的12:00左右,CO2通量排放峰值则出现在21:00-22:00.其中,最大吸收和排放速率均出现...     

玛曲高寒草甸夏季近地层微气象和CO2通量特征分析

利用2015年夏季玛曲高寒草甸观测资料,从中选取7月10个连续完整的观测日,分析了近地层气象要素、地表辐射和能量传输以及CO₂通量日变化特征。结果表明：夏季玛曲地区气温和比湿昼夜差异较大,最大温差为19.2 ℃,平均风速为2.7 m?s^-1,风向以东风为主。晴天条件下向下短波辐射可达1 200 W?m^-2左右,平均地表反照率为0.22,均大于藏北那曲地区。净辐射峰值可达850 W?m^-2左右,陆-气间能量传输以潜热输送为主。10 d能量闭合度平均值为0.61,能量不平衡程度较大。夏季玛曲高寒草甸表现为“碳汇”,CO₂通量平均值为-0.20 mg?m^-2?s^-1,晴天碳吸收最大速率为-14.05 mg?m^-2?s^-1,显著大于阴天,最大碳吸收时长为13 h,CO₂密度平均值为530.7 mg?m^-3。     

祁连山疏勒河上游多年冻土区高寒草甸土壤CO2通量特征

研究青藏高原多年冻土区高寒草甸土壤CO₂通量有助于准确估算该区域的土壤CO₂排放, 对认识高原土壤碳循环及其对全球气候变化的响应具有重要意义. 利用静态箱-气相色谱法和LI-8100土壤CO₂通量自动测量系统对疏勒河上游多年冻土区高寒草甸土壤CO₂通量进行了定期观测, 结合气象和土壤环境因子进行了分析. 结果表明: 整个观测期高寒草甸土壤表现为CO₂的源, 土壤CO₂通量的日变化范围为2.52～532.81 mg·m^-2·h^-1. 土壤CO₂年排放总量为1 429.88 g·m^-2, 年均通量为163.23 mg·m^-2·h^-1; 其中, CO₂通量与空气温度和相对湿度、活动层表层2 cm、10 cm、20 cm、30 cm 土壤温度、含水量和盐分均显著相关. 2 cm土壤温度、空气温度和总辐射、空气温度、2 cm土壤盐分分别是影响活动层表层2 cm土壤完全融化期、冻结过程期、完全冻结期、融化过程期土壤CO₂通量的最重要因子. 在完全融化期、冻结过程期和整个观测期, 拟合最佳的温度因子变化分别能够解释土壤CO₂通量变化的72.0%、82.0%和38.0%, 对应的Q₁₀值分别为1.93、6.62和2.09. 冻融期(含融化过程期和冻结过程期)和完全冻结期的土壤CO₂排放量分别占年排放总量的15.35%和11.04%, 在年排放总量估算中不容忽视.     

三江源高寒草甸土壤化学计量特征及酶活性对不同退化程度的响应

Soil stoichiometries and enzyme activities are important indices for plant growth and nutrient cycles. In order to explore the changes and interaction between soil stoichiometries and enzyme activities during the deg⁃ radation of the alpine meadow in the headwaters of Three Rivers,the field sampling and laboratory analysis was used in this study. The effects of different degradation degrees（natural vegetation,light degradation,moderate degradation and severe degradation） on the soil organic carbon （SOC）,total carbon （TC）,total nitrogen （TN）,total phosphorus（TP）,total potassium（TK）,pH,soil stoichiometries and enzyme activities and their interactions were analyzed. The results show that：（1）With the aggravation of degradation degree,SOC and TN contents in different soil layers showed an overall decreasing trend,while TK contents showed an increasing trend,and there was no significant difference among soil layers. TP content showed the highest values in light degradation areas,with all the values greater than 0. 7 g·kg-1. The pH value did not change significantly with the degradation degree. （2）The stoichiometric ratio of C,N,P and K of soil decreased with degradation degree,and the ratios of carbon to nitrogen were relatively stable. （3）The activities of β-1,4-xylosidase（BX）,β-nacetylglucosaminidase（NAG）,acid phosphatase（AP）,β-fiber diglycosidase（BCE）and β-glucosidase（BG）in different soil layers were higher in the light degradation（P<0. 05）than other levels of degradation. （4）SOC,TN,TP content and stoichiometric ratios were positively correlated with the activities of AP,BG,BCE,BX and NAG,while pH was negatively correlated with the activities of five enzymes（P<0. 05）. In conclusion,the degradation of alpine meadow is closely related to soil stoichiometries and soil enzyme activities,and soil stoi⁃ chiometries and enzyme activities showed great differences among different degradation stages. Our results pro⁃ vide a scientific basis for the treatment and restoration of alpine meadow at different degradation stages. Copyright © 2023 Institute of Microbiology, CAS. All rights reserved.     

青藏高原多年冻土区两种高寒草地生态系统土壤氮季节变化及其与环境因子的关系

在气候变化背景下,青藏高原多年冻土区生态环境发生着一系列变化并进一步影响土壤氮循环过程,但目前冻融循环及植被生长周期中土壤氮的动态变化还不清楚。以青藏高原腹地的风火山和特大桥地区的两种典型草地生态系统为研究对象,分析了土壤可利用氮（NH₄⁺-N、NO₃^--N、DON）及微生物量氮（MBN）的季节变化。结果表明：土壤铵态氮（NH₄⁺-N）及可溶性有机氮（DON）含量在非生长季高于生长季,土壤硝态氮（NO₃^--N）在生长季高于非生长季;风火山地区高寒草甸生态系统中土壤NH₄⁺-N在融化期含量较高;土壤MBN在植被生长旺盛期降低,在植被生长后期升高;风火山地区高寒草甸生态系统中土壤MBN含量、特大桥地区高寒草原生态系统中土壤可利用氮总量与土壤全氮（TN）含量显著正相关。这表明,土壤全氮含量、植被吸收以及冻融作用均可引起土壤可利用氮及MBN的季节变化。     

青藏高原花石峡冻土站高寒湿地CH4排放研究

利用静态箱技术对青藏高原花石峡冻土站附近湿地生态系统ＣＨ４排放的初步调查表明,各个植物群落内部和不同群落之间的ＣＨ４排放量变化都很大．花石峡地区高寒湿地基本可分为潮湿高寒草甸、沼泽化草甸、杉叶藻沼泽和毛柄水毛茛沼泽,其群落夏季ＣＨ４平均排放量分别为４４３１,１００５,４５９４和－０２８ｍｇ·ｍ－２ｄ－１．花石峡融化季节ＣＨ４排放量为４０８ｇ·ｍ－２ａ－１．简单外推表明,青藏高原高寒湿地ＣＨ４年排放量约为１Ｔｇ·ａ－１．     

青藏高原复杂地表能量通量研究

“全球能量水循环之亚洲季风青藏高原试验研究”（GAME/Tibet）和“全球协调加强观测计划（CEOP）亚澳季风之青藏高原试验研究”（CAMP/Tibet）的加强期观测和长期观测已经进行了9年多,并且已取得了大量的珍贵资料。首先介绍了GAME/Tibet 和CAMP/Tibet 试验的情况,并利用观测资料给出了局地能量分布（日变化和月际变化）特征。复杂地表区域能量通量研究是青藏高原地气相互作用研究中的重中之重。卫星遥感的应用成为解决这一问题,即实现GAME/Tibet和CAMP/Tibet试验主要初衷的必不可少的手段。利用卫星遥感观测（Landsat 7 ETM）资料结合地面观测的方法,计算得到了相关地区非均匀地表区域上的地表温度、地表反射率、标准化差值植被指数(NDVI)、校准的调整土壤植被指数（MSAVI）、植被覆盖度和叶面指数(LAI)及能量平衡各分量（净辐射通量、土壤热通量、感热和潜热通量）的分布图像,所得结果基本可信。为了得到整个青藏高原复杂地表的热通量分布,中国科学院青藏高原研究所正在与其他研究单位一起建立青藏高原地表和大气过程监测系统（MORP）。最后介绍了该监测计划和已建立的3个综合观测研究站及如何利用建立的台站把站点观测的热通量推广到整个青藏高原的途径。     

青藏高原典型寒冻土壤对高寒生态系统变化的响应

高寒生态系统对全球变化非常敏感,以青藏高原腹地的长江黄河源区为研究区域,利用多期遥感TM数据和生态样带调查数据,提出生态综合指数方法.应用土壤结构、组成与水理特性等物理指标和土壤化学性质与养分含量指标,系统分析了青藏高原典型寒冻土壤如钙积寒性干旱土、简育寒性干旱土、草毡寒冻雏形土以及简育寒冻雏形土等对高寒生态系统变化的响应特征.结果表明:随着气候变化,主要高寒生态系统如高寒草甸、高寒草原以及高寒沼泽草甸等显著退化,寒冻土壤表层呈现明显粗粝化,草毡寒冻雏形土以及简育寒冻雏形土表层土壤细粒物质流失38.7%,土壤孔隙度和容重增加;高寒草甸土壤表层饱和导水率随综合生态指标值降低而急剧增大,当植被覆盖度<50%以后,土壤表层水分集聚现象不再存在,高寒草原土壤饱和导水率变化不明显;高寒草甸与高寒草原土壤的有机质和全氮含量均随生态指数减少而分别呈现抛物线和指数曲线形式减少.随着气候变暖和人类活动干扰的加剧,高寒草地生态系统变化将可能导致寒冻土壤环境持续退化并对高原草地碳循环产生重要的影响.     

青藏高原沼泽草甸活动层土壤热状况对增温的响应

在人类活动和气候变化的双重影响下, 青藏高原高寒湿地生态系统发生巨大变化, 尤其是引起地气间水能循环过程发生改变. 基于高寒沼泽草甸布置的3处样地(OTC-1、 OTC-2和Control)一年的观测数据, 分析短期增温对活动层土壤温度变化过程的影响. 结果表明: OTC-1和OTC-2年均气温分别增加了6.7 ℃和3.5 ℃, 日间气温增加显著, 而夜间气温基本保持不变, 从而加大了气温日较差. 增温促进植物的生长发育, 使OTC内地上生物量要显著高于室外. OTC-1年平均地温要明显高于室外, 而OTC-2地温与室外基本相当, 这些主要受到OTC结构及植被热隔绝作用的影响. OTC-1总积温随着深度的增加不断降低, 且在5 cm、 20 cm深度总积温为正值, 而OTC-2和Control在土壤浅层略有降低, 65 cm深度以下基本趋于一致. 该研究结果将对研究高寒生态系统水热过程和碳排放具有一定的参考价值.     

青藏高原高寒区草地生态环境系统退化研究

青藏高原高寒地区的草地生态环境是高原生态环境的重要组成部分.近几十年来,在人类活动的强烈干扰和自然环境变化的影响下,高寒草地生态环境严重退化.在退化草地选取典型样地,调查研究了草地退化后土壤水文过程、土壤结构、植被状况等的变化.结果表明:高原高寒地区草场退化以后,土壤水文过程都发生改变,植被退化越严重土壤含水量变化越强烈、土壤入渗过程越快.退化草地的植被群落演替变化明显,优势种群退化严重,植物个体出现了小型化现象.水土流失日趋严重,土壤贫瘠化、沙化、荒漠化增强,鼠虫害等自然灾害频繁.     

青藏高原雨季降水的水汽条件研究

利用1961—2017年青藏高原109站降水量资料、NCEP全球逐月再分析资料,讨论了雨季期间高原的水汽输送特征.结果表明:高原雨季降水呈显著的年际变化特征,高原雨季降水主模态为南北反向型和全区一致型.气候态高原雨季的水汽输送路径为来自阿拉伯海的偏西风水汽输送,在孟加拉湾附近分为三支水汽输送气流:一支向北输送,自高原南...     

青藏高原乌丽冻土区二氧化碳成因探讨

为了查明青藏高原乌丽冻土区天然气的组分与成因,对采集自乌丽水合物试验孔ZK1井及其周边钻孔的岩心顶空气、岩心解析气以及湖水气进行了组分和碳同位素测试分析,同时对ZK1井及其周边钻孔岩心中的碳酸盐岩碳同位素进行了测试分析。测试结果显示:该区天然气主要成分为二氧化碳,其含量在98%以上,烃类气体(主要为甲烷)含量很少;二氧化碳碳同位素主频在-4‰～-6‰(VPDB)之间,少量富烃样品的甲烷碳同位素主频介于-3238‰～-2782‰（VPDB）之间,碳酸盐岩的碳同位素平均值为-387‰（VPDB）。综合分析认为,研究区二氧化碳主要为幔源成因,可能与该区强烈的构造运动和岩浆活动有关。     

中德合作三江源区和甜水海地区多年冻土退化过程科学考察和研究进展

为准确了解青藏高原多年冻土退化过程及其环境效应,中国科学院寒区旱区环境与工程研究所和德国海德堡大学环境物理研究所共同组成科研小组,先后对我国三江源区、西昆仑甜水海地区进行了多年冻土退化过程的前期勘察研究工作.首次在人烟稀少的玉树-不冻泉沿线等地建立了3个长期综合观测研究站.在技术手段上,除应用常规的坑探、水土取样、水分现场观测、地面调查外,主要应用了最新的双天线、多回路探地雷达勘测技术,对不同地貌条件下的活动层结构特征、上限附近冻土结构、冷生组构等诸多方面进行了快速勘察,同时还进行了水分场分布规律、盐份迁移过程的初步研究.研究结果表明:地表景观特征对热质迁移规律、地温场具有重要影响;青藏高原新疆甜水海地区的低温(<-4℃)冻土与高原东部和腹地的高温(>-1℃)冻土在地质背景和地下冰发育情况等方面有所区别;甜水海地区生态环境在过去30多年的时间里已发生重大改变:地表植被发生大面积退化,地表普遍发生不同程度盐渍化;在该地区发现大量小型冻胀丘、石环等冰缘现象的存在.探地雷达勘察结果显示,地表地貌单元、植被分布、地表水分条件的变化均对多年冻土上限变化和地下冰的赋存产生重要影响.     

温度对青藏高原高寒灌丛CO2通量日变化的影响

应用涡度相关技术连续监测的CO₂通量及温度数据(2003年1月1日至2004年12月31日),分析了青藏高原高寒灌丛净生态系统CO₂交换(NEE)日变化与温度之间的关系.结果表明:1)在暖季夜间(21:00至次日06:00时)温度与NEE变化呈显著正相关关联,而白昼(07:00~20:00时)NEE变化与温度无显著关联;2)在冷季不论夜间还是白昼,NEE变化均与温度密切相关,温度是决定冷季高寒灌丛生态系统CO₂交换的主要因素.在全球气候变暖背景下,青藏高原气候变化呈现出冬季增温率明显高于春、夏季特征,未来气候变暖导致的增温效应可能会加速青藏高原高寒灌丛生态系统CO₂排放,使其作为碳汇的能力而减弱.     

Driving forces of mid-Holocene vegetation shifts on the upper Tibetan Plateau,with emphasis on changes in atmospheric CO2 concentrations

Numerous pollen records across the upper Tibetan Plateau indicate that in the early part of the mid-Holocene, Kobresia-rich high-alpine meadows invaded areas formerly dominated by alpine steppe vegetation rich in Artemisia. We examine climate, land-use, and CO₂ concentration changes as potential drivers for this marked vegetation change. The climatic implications of these vegetational shifts are explored by applying a newly developed pollen-based moisture-balance transfer-function to fossil pollen spectra from Koucha Lake on the north-eastern Tibetan Plateau (34.0°N; 97.2°E; 4540 m a.s.l.) and Xuguo Lake on the central Tibetan Plateau (31.97°N; 90.3°E; 4595 m a.s.l.), both located in the meadow-steppe transition zone. Reconstructed moisture-balances were markedly reduced (by ～150–180 mm) during the early mid-Holocene compared to the late-Holocene. These findings contradict most other records from the Indian monsoonal realm and also most non-pollen records from the Tibetan Plateau that indicate a rather wet early- and mid-Holocene. The extent and timing of anthropogenic land-use involving grazing by large herbivores on the upper Tibetan Plateau and its possible impacts on high-alpine vegetation are still mostly unknown due to the lack of relevant archaeological evidence. Arguments against a mainly anthropogenic origin of Kobresia high-alpine meadows are the discovery of the widespread expansion of obviously ‘natural’ Kobresia meadows on the south-eastern Tibetan Plateau during the Lateglacial period indicating the natural origin of this vegetation type and the lack of any concurrence between modern human-driven vegetation shifts and the mid-Holocene compositional changes. Vegetation types are known to respond to atmospheric CO₂ concentration changes, at least on glacial–interglacial scales. This assumption is confirmed by our sensitivity study where we model Tibetan vegetation at different CO₂ concentrations of 375 (present-day), 260 (early Holocene), and 650 ppm (future scenario) using the BIOME4 global vegetation model. Previous experimental studies confirm that vegetation growing on dry and high sites is particularly sensitive to CO₂ changes. Here we propose that the replacement of drought-resistant alpine steppes (that are well adapted to low CO₂ concentrations) by mesic Kobresia meadows can, at least, be partly interpreted as a response to the increase of CO₂ concentration since 7000 years ago due to fertilization and water-saving effects. Our hypothesis is corroborated by former CO₂ fertilization experiments performed on various dry grasslands and by the strong recent expansion of high-alpine meadows documented by remote sensing studies in response to recent CO₂ increases.