高寒灌丛草甸生态系统CO2释放的初步研究

以金露梅(Potentilla fruticosa)灌丛草甸生态系统为对象,应用静态密闭箱-气相色谱法对高寒灌丛(GG)、丛内草甸(GC)和裸地(GL)的CO₂释放进行了初步研究。结果表明:GG、GC和GLCO₂的释放速率均呈明显的单峰型日变化进程,最大释放速率出现在15:00～17:00之间,最小值在7:00前后出现,白天释放速率大于夜晚;CO₂释放速率具有明显的季节性变化特征,生长期CO₂释放速率明显高于枯黄期,且均表现为正排放,8月为CO₂释放高峰期,释放速率GG>GC>GL(P<0.01);2003年6月30日至2004年2月28日,高寒灌丛植被-土壤系统CO₂释放量为3088.458±287.02g/m²,丛内草甸植被-土壤系统CO₂释放量为2239.685±183.68g/m²,其中基础土壤呼吸CO₂的释放量约为1346.748±176.24g/m²,分别占GG和GC释放量的43.61%和60.13%;CO₂释放速率的日变化主要受地表和5cm地温制约,而季节动态与5cm地温呈显著正相关关系(P<0.01)。     

青藏高原3种主要植被类型的表观量子效率和最大光合速率的比较

以海北高寒草甸生态系统定位站的涡度相关系统连续观测的CO₂通量数据为基础,分析了青藏高原的高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸、高寒金露梅(Potentilla fruticosa)灌丛草甸和高寒藏嵩草(Kobresia tibetica)沼泽化草甸等3种主要植被类型在2005年植物生长季(6-9月)的表观量子产额(a)、最大光合速率(P_max)和呼吸速率(R_eco)的变化特征。结果表明:3种植被类型白天的净生态系统CO₂交换量(NEE)和光量子通量密度(PPFD)存在明显的直角双曲线关系(P<0.05),其a、P_max和R_eco呈现出相似的季节变化趋势,在生长季初期(6月)最小,在7月或8月份达到最大;高寒矮嵩草草甸的a、P_max和R_eco大于灌丛草甸和沼泽化草甸,而后两者差别不大。     

青海果洛黄河源区高寒草甸CO2释放速率研究

以青海果洛黄河源区高寒退化草甸生态系统为对象,应用静态密闭箱-气相色谱法对高寒退化草甸生态系统CO₂释放进行了初步研究。结果表明:所选4种不同退化程度高寒草甸,即未退化草甸(A)、轻度退化草甸(B)、中度退化草甸(C)和重度退化草甸(D),其CO₂释放速率有明显的日变化特征,日最大排放速率在15:00-17:00左右出现,最低值出现于清晨7:00-9:00左右,释放白天大于夜晚;(2)CO₂释放速率具有明显的季节性变化特征,生长期CO₂释放速率明显高于枯黄期,8月为CO₂释放高峰期,1月或2月为CO₂释放低谷期;(3)CO₂释放速率的日变化主要受地表温度和5cm地温制约,季节动态与5cm地温呈显著正相关关系(P<0.01),本研究为进一步进行高寒退化草甸生态系统源江效应的准确估测提供科学依据。     

青藏高原高寒灌丛生态系统CO2通量年变化特征研究

高寒灌丛生态系统是广布于青藏高原的高寒草甸植被类型,它是青藏高原大气与地面之间生物地球化学循环的重要构成部分,在区域生态系统碳平衡中起着极为重要的作用。采用涡度相关法对青藏高原高寒灌丛CO₂通量进行连续观测(2003年1月1日至2005年12月31日),结果表明:2003,2004和2005年高寒灌丛年净生态系统CO₂交换量分别为223,277和61g CO₂·m^-2·a^-1,3年平均CO₂值为187g CO₂·m^-2·a^-1;与其他地区草地生态系统类型相比,在为期3年的研究时段海北地区高寒灌丛生态系统表现为大气CO₂的汇。     

东祁连山高寒草地返青期不同草地型土壤氮的分布特征

本试验在东祁连山选择代表性的7种高寒草地型为研究对象,在返青期对其土壤微生物量氮、全氮、K₂SO₄浸提氮、碱解氮、氮密度及其相关性进行了研究。结果表明,土壤全氮、碱解氮和氮密度分别介于4.2~7.9 g/kg、104.1~234.0 mg/kg和0.38~0.61 kg/m²。2005和2006年土壤K₂SO₄浸提氮分别介于3.4~11.4和1.8~13.9 mg/kg,占土壤微生物量氮的3.93%~11.62%和3.88%~15.37%。微生物量氮在2005和2006年分别介于49.0~143.0 mg/kg和35.9~171.7 mg/kg;与K₂SO₄浸提碳在灌丛草地呈显著正相关(P<0.05),在草本草地呈极显著正相关(P<0.01);与K₂SO₄浸提氮在杜鹃灌丛和高山柳灌丛呈极显著正相关(P<0.01),在金露梅灌丛和草本草地呈显著正相关(P<0.05)。除嵩草草地外,微生物量氮与微生物量碳和微生物量磷呈极显著正相关(P<0.01)。2005年K₂SO₄浸提氮和微生物量氮对土壤全氮贡献率分别为0.07%~0.16%和1.16%~1.93%。在东祁连山高寒草地,草地型间土壤全氮、碱解氮、K₂SO₄浸提氮及微生物量氮有明显差异,且草地型决定了微生物量氮的数量和生态分布,植物群落是影响微生物量氮数量和生态分布及其与土壤K₂SO₄浸提碳、氮相关性的关键因素之一;微生物量碳、氮、磷间的相关性由土壤微生物本身或其群落结构决定。     

青藏高原纳木错高寒草原温室气体通量及与环境因子关系研究

青藏高原广泛分布着以高寒草甸和高寒草原为主的陆地生态系统。由于高寒草地生态系统异质性较大,对高寒草地主要温室气体通量的估算具有较大的不确定性。为研究高寒草原温室气体通量规律及其驱动因子,并为动态碳-氮耦合模式在高寒生态系统的参数化与检验提供数据支持,于2008年7-9月,使用静态箱-气相色谱法在位于青藏高原腹地的纳木错高寒草原开展了主要温室气体通量(CO₂,CH₄,N₂O)及环境因子的同步观测。结果表明:纳木错高寒草原生态系统CH₄,N₂O通量和CO₂排放分别为:-0.047 mg·m^-2·h^-1,0.49μg·m^-2·h^-1和208.2 mg·m^-2·h^-1;在季节尺度上,土壤温度与CO₂排放呈显著正相关,与N₂O和CH₄通量线性关系不显著;土壤含水量与CH₄和N₂O通量呈正相关关系,但与CO₂通量无显著相关。在日变化尺度上,土壤湿度稳定,土壤温度变化与N₂O和CO₂通量成正相关,对CH₄通量影响不显著。     

黄河口滨岸潮滩湿地CO2、CH4和N2O通量特征初步研究

2009年8月,运用静态暗箱-气相色谱法对夏季黄河口滨岸潮滩湿地CO₂、CH₄和N₂O通量的日变化特征进行了原位观测。结果表明,夏季低潮滩沉积物-大气界面的CO₂、CH₄和N₂O通量均具有明显日变化特征,日通量范围分别为-18.755～43.731,-0.070～0.224和-0.002～0.008 mg/(m²·h),均值为11.630,0.079和0.005 mg/(m²·h),全天表现为三者的排放“源”;中潮滩沉积物-大气界面CO₂、CH₄和N₂O通量的日变化范围分别为-30.780～25.734,-0.111～0.100和-0.004～0.006 mg/(m²·h),均值为4.570,0.011和0.002 mg/(m²·h),全天亦表现为三者的排放“源”;中潮滩-大气界面CO₂、CH₄和N₂O通量的日变化范围分别为46.253～102.637,-0.211～0.048和-0.008～0.008 mg/(m²·h),均值为76.656,-0.038和-0.002 mg/(m²·h),全天表现为CO₂的“源”、CH₄和N₂O的“汇”。 本研究还发现,中潮滩的CO₂通量与气温呈显著正相关(P＜0.05)关系,低潮滩沉积物的CH₄通量与气温、地表温度和5 cm地温呈极显著正相关(P＜0.01)关系,而中潮滩的N₂O通量与气温、地表温度和不同深度地温(5,10,20 cm)呈显著(P＜0.05)或极显著(P＜0.01)负相关关系;沉积物基质和翅碱蓬群落是影响CO₂、CH₄和N₂O通量特征的重要因素,而水分、盐分对于三者通量特征的影响也不容忽视。     

高寒湿地旱化过程及其对CO2交换的影响

为研究青藏高原高寒湿地旱化对碳通量的影响,探讨高寒湿地旱化碳通量变化规律,本研究于7-8月生长高峰期以高寒湿地、沼泽化草甸和高寒草甸为研究对象,利用TARGAS-1静态箱法,比较高寒湿地不同退化阶段碳交换的动态差异。结果表明：与高寒湿地相比,沼泽化草甸与高寒草甸植被群落光合速率、生态系统呼吸速率、净生态系统碳交换显著提高（P<0.05）;不同退化阶段土壤温湿度及植被群落生物量存在显著差异（P<0.05）,土壤电导率差异不显著;相比于土壤湿度和土壤电导率,土壤温度对CO₂交换的影响更大,其与净生态系统碳交换呈显著负相关（P<0.05）,高寒草甸的碳交换对土壤温度的敏感性要大于高寒湿地和沼泽化草甸的碳交换对土壤温度的敏感性;在植物生长高峰期,高寒湿地旱化过程土壤温度显著上升,土壤湿度和植物群落生物量显著下降,导致其碳汇功能呈下降趋势。     

高寒灌丛土壤温室气体释放对添加不同形态氮素的响应

为探索不同形态氮素输入对青藏高原高寒灌丛土壤CO₂、N₂O和CH₄排放的影响,采集青藏高原东部金露梅高寒灌丛土壤,设置1个对照(CK)和3个添加不同形态氮素的处理(NH₄Cl,NH₄NO₃,KNO₃),在实验室恒温15℃下进行培养,分析了土壤CO₂、N₂O和CH₄的释放量以及土壤NH₄⁺,NO₃^-和可溶性有机碳(DOC)含量。结果表明:1)所有氮素处理抑制了高寒灌丛土壤CO₂的排放,土壤CO₂排放量与DOC浓度呈显著正相关关系;2)所有氮素处理显著增加了土壤N₂O的排放,而且以添加NO₃^--N增加的N₂O最为显著;3)高寒灌丛土壤N₂O的产生过程以反硝化作用为主;4)添加不同形态氮素对高寒灌丛土壤CH₄吸收没有显著影响。5)不同形态氮素施入后,高寒灌丛土壤温室气体全球增温潜能(GWP)顺序:KNO₃>NH₄NO₃>NH₄Cl>CK。     

高寒草甸土壤异养呼吸对气候变化和氮沉降响应的模拟

利用研究区植被、土壤和气候观测资料,借助CENTURY模型研究了高寒草甸土壤异养呼吸CO₂通量动态变化。结果表明,1)CENTURY模型较好地反映了高寒草甸土壤异养呼吸季节变化。模拟结果与试验点观测结果相吻合,风匣口和干柴滩2个试验点观测值与模拟值的线性回归方程分别为y=0.7776x+23.796(R²=0.6885, n=31)和y=0.9487x-8.6994(R²=0.6062, n=30)。2)过去46年(1960-2005年)研究区年平均气温趋于暖化,平均线性增温率为 0.35℃/10 a。降水量变化不明显,呈振幅较为稳定的波动变化。同期CENTURY模型模拟的高寒草甸土壤异养呼吸CO₂通量呈波动性缓慢上升的趋势,通量变化范围在479.22~624.89 g C/(m²·a) 之间,平均值为(539.56±34.32) g C/(m²·a),通量增加率为16.5 g C/(m²·10 a)。对模拟结果与气温、降水量之间进行的相关性分析结果显示,土壤异养呼吸CO₂通量与气温呈显著正相关(r=0.70,P<0.05),与降水量相关性不显著。3)氮沉降增加显著促进了高寒草甸土壤异养呼吸CO₂通量。中氮(MN)和高氮(HN)与对照(CK)处理间差异极显著(P<0.01),但中氮(MN)与高氮(HN)处理间差异不显著。说明,长期受低温和土壤有效氮限制的高寒草甸对气候变化响应敏感,高原气候的暖化和氮沉降的增加均能引起土壤异养呼吸作用的小幅上升,但可能由于异养呼吸作用对氮沉降存在着一定的“氮饱和”现象,随着大气氮沉降的倍增,其促进效应降低。     

青藏高原高寒灌丛草甸生态系统碳平衡研究

利用静态密闭箱—气相色谱法观测的高寒金露梅Dasiphora fruticosa灌丛、丛间草甸土壤微生物呼吸CO2通量结果,结合研究区群落生物量及样方调查,对高寒灌丛草甸生态系统的碳平衡状况作了初步估测。结果表明:植物生长季高寒灌丛草甸生态系统初级生产力年净固定碳量461.83g/(m2·a),土壤通过微生物呼吸年碳净排放量376.78g/(m2·a)。碳素输入大于输出,系统存在较强的CO2吸收潜力,是大气CO2的汇,其年净交换吸收碳量85.05g/(m2·a)。     

甘南草地土壤微生物与理化特性

在甘肃省甘南州境内,土壤微生物呼吸强度在不同草地类型草地上由大到小的顺序：0~15 cm深度为沼泽化草甸>高寒灌丛草甸>高寒草甸>亚高寒草甸>山地草原,15~30 cm深度为沼泽化草甸>亚高寒草甸>山地草原>高寒灌丛草甸>高寒草甸,30~60 cm深度为沼泽化草甸>山地草原>亚高寒草甸>高寒草甸>高寒灌丛草甸;微生物碳在不同草地类型草地上由大到小的顺序：0~15 cm与15~30 cm深度均为沼泽化草甸>高寒灌丛草甸>高寒草甸>亚高寒草甸>山地草原,30~60 cm深度为沼泽化草甸>亚高寒草甸>高寒灌丛草甸>高寒草甸>山地草原。同一草地类型的土壤呼吸强度、微生物碳都在各自土壤深度下随深度增加而减小,代谢熵的变化趋势刚好相反,微生物商的变化趋势不明显。土壤呼吸强度、微生物碳均分别与土壤含水量、有机碳、全氮呈极显著正相关（P<0.01）,而代谢熵与之呈极显著负相关（P<0.01）,微生物商与含水量、全氮呈极显著正相关（P<0.01）,而与有机碳呈极显著负相关（P<0.01）。     

草毡寒冻雏形土有机质补给、分解及大气CO2通量交换

调查草毡寒冻雏形土生物量及土壤有机质,利用涡度相关技术观测该区域作用层与大气CO₂通量。结果表明:地下90%生物量集中于0~10cm的表土层,年总净初级生产量约935.0g/m²;土壤有机质含量在6.401~7.060%之间;净CO₂通量呈明显的日变化和季节变 化规律;5月中 旬到9月底为CO₂的净吸收(780gCO₂/m²),其中以7月最高,净吸收量明显高于非生长季的,10月到翌年5月初CO₂的净排放量(383gCO₂/m²);全年固定碳高达397g/m²。     

青藏高原东部不同草地类型土壤养分的分布规律

调查分析了青藏高原东部高寒草甸、高寒灌丛草甸、亚高寒草甸、沼泽化草甸、荒漠化草原、林间草地、盐渍化沼泽土壤碳氮磷含量垂直分布特征。结果表明,7种草地类型中,土壤有机碳含量大体随着土层的深入而降低,0~15 cm土层土壤有机碳的累积量从高到低依次为林间草地>高寒灌丛草甸>高寒草甸>沼泽化草甸>盐渍化沼泽>亚高寒草甸>荒漠化草甸(P<0.05);随土层深度变化土壤全氮含量与有机碳相似,0～15 cm全氮累积量从高到低依次为沼泽化草甸>林间草地>高寒灌丛草甸>高寒草甸>盐渍化沼泽>荒漠化草原>亚高寒草甸(P<0.05);荒漠化草原、林间草地和土壤全磷含量随土层深度无明显规律性,0～15 cm土层全磷累积量由高到低依次为高寒灌丛草甸>沼泽化草甸>高寒草甸>盐渍化沼泽>亚高寒草甸>荒漠化草原>林间草地(P<0.05);随土层深度的增加不同草地类型养分含量顺序不同。除沼泽化草甸,不同草地类型下土壤有机碳与全氮呈显著正相关。     

Temporal and spatial variation in grassland ground surface soil heat flux on the Qinghai-Tibetan Plateau from 2003 to 2018北大核心CSCD

Based on measured data from 7 stations on the Qinghai-Tibetan Plateau,the ground surface soil heat flux （G0） was calculated,and the diurnal and seasonal variations were analyzed. Combining this data with a MODIS,1 km resolution all-weather surface temperature data set for Western China and a China regional surface meteorological element driven data set,the Ma model was used to retrieve the ground surface soil heat flux of Qinghai-Tibetan Plateau from 2003 to 2018,and the differences in surface soil heat fluxes of different grassland types were analyzed. It was found that：1） The soil heat flux G0 in the surface layer was greater than that in the subsurface layers. The diurnal curve of G0 showed an inverted“U”shape,and the flux was relatively gentle at night compared with that during the day. 2） The seasonal amplitude of soil heat flux,G0 in the surface layer ranked summer>spring> autumn>winter. The average value of G0 in spring and summer was typically positive,while the average value of G0 in autumn and winter was basically negative. The ground surface soil heat flux in the northwest of the plateau in summer is higher than that in the southeast,while the opposite occurs in winter. 3） The soil heat flux of plateau grassland ranged between 40 and 80 W·m−2. The highest average value of G0 among all categories of grassland in the 16 years surveyed was 76. 557 W·m−2 for the‘desertification’category of temperate grassland,and the lowest was 46. 118 W·m−2 for the alpine meadow category. 4） The G0 of plateau grassland increased and then decreased through any one calendar year and seasonally was ranked summer>spring>autumn>winter. The lowest G0 in spring and summer occurred in alpine meadow,while the highest in spring was in‘desertification’temperate grassland and the highest in summer was in the temperate grassland category; The highest G0 in autumn and winter was in the warm shrub grassland,while the lowest was in the alpine deserts steppe. The above results can provide reference data for the study of surface energy balance of plateau grassland. © 2022 Editorial Office of Acta Prataculturae Sinica. All rights reserved.     

东祁连山灌-草群落交错带土壤呼吸动态及影响因子分析

为探究高寒灌-草交错带土壤呼吸动态及影响因素,应用LI-8100A土壤呼吸自动测定系统,对东祁连山典型灌丛-草地交错带土壤呼吸动态及土壤因子进行测定,分析呼吸速率与土壤因子的相互关系。结果表明,整个交错带内土壤呼吸速率的均值介于2.3~7.2 μmol/(m²·s),各样地间土壤呼吸速率大小顺序为珠芽蓼草甸中心(S₁)>草甸-金露梅灌丛交错区(MSC₁)>金露梅灌丛中心(S₂)>金露梅-杜鹃灌丛交错区(MSC₂)>杜鹃灌丛中心(S₃),S₁和MSC₁样地的土壤呼吸日变化呈单峰型,峰值出现在14:00,S₂、MSC₂、S₃样地峰型不明显,且日变幅较小,仅为0.3~1.1 μmol/(m²·s);交错带内土壤物理性质和养分储量呈明显的垂直分异规律,土壤呼吸速率与土壤温度、全磷储量呈极显著的正相关(P<0.01),与土壤含水量极显著负相关(P<0.01),与0~20 cm土壤有机碳储量呈显著负相关(P<0.05);拟合分析显示,土壤温度、含水量和全磷储量是土壤呼吸速率的主要限制因子,土壤呼吸与土壤温度拟合系数最高,可解释土壤呼吸空间变异的79.9%。     

青藏高原两种草甸地表通量季节变化特征

2003年1月-2004年7月运用涡度相关法技术研究青藏高原金露梅(Potentilla fruticosa)灌丛草甸(SWM)和藏嵩草(Kobresia humilis)沼泽化草甸(SRM)的地表通量。结果表明:二者地表湍流通量都具有明显的季节变化和日变化,其中感热通量以4月最大,1月最小,而潜热通量则以5月最大;感热通量随着季节的变动而显著变化,在相同月份中沼泽化草甸白天最大值大于灌丛草甸,日变化振幅比灌丛草甸强;白天潜热通量达到最大值的时间和波动强度因季节不同而各异,在非生长季节白天最大值在13-15h,日波动较弱,生长季节最大值在12h,日波动较强;高寒草甸地表湍流通量与温度间存在着线性关系;不同季节感热通量:沼泽化草甸>灌丛草甸,而潜热通量与感热通量各异,在1月沼泽化草甸>灌丛草甸,在4和10月,沼泽化草甸<灌丛草甸,在7月二者基本一致。     

放牧管理模式对高寒草甸生态系统有机碳、氮储量特征的影响

为探讨不同放牧管理模式高寒草甸生态系统有机碳、氮储量特征的变化,对青藏高原东缘禁牧(NG)、全生长季休牧(RG)、传统放牧(TG)和连续放牧(CG)4种放牧管理模式高寒草甸地上植被、地表凋落物、根系和土壤有机碳、氮储量进行测定和分析。结果表明,1)NG、RG和TG较CG显著提高了土壤、根系、植被和凋落物有机碳、氮储量。2)高寒草甸生态系统中,土壤有机碳储量所占比例最大(88.859%~98.242%),其次为根系(1.563%~8.742%),再次为植被(0.172%~1.430%),最小为凋落物(0.022%~0.969%);氮储量所占比例最大的是土壤(97.331%~99.633%),其次为根系(0.316%~2.071%),再次为植被(0.047%~0.442%),凋落物最小(0.003%~0.157%)。3)不同放牧管理模式土壤有机碳、氮储量具有明显的垂直分布特征,随土壤深度的增加土壤有机碳、氮储量明显降低。为期4年不同放牧模式仅对0~40 cm土层土壤有机碳、氮储量有影响。4)土壤有机碳、氮储量主要分布在0~40 cm土层,同时,放牧有使有机碳、氮向深层转移的趋势。5)NG、RG和TG显著提高了高寒草甸生态系统总有机碳、氮储量,而CG显著降低了总有机碳、氮储量,导致有机碳、氮的流失。禁牧和季节性休牧能有效增加青藏高原东缘高寒草甸生态系统有机碳、氮储量,实现碳、氮增汇的目的,是该区和类似区域草地放牧管理的重要模式。