青藏高原东部贡嘎山山地生态系统碳过程研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 王琳 |
| 答辩日期 | 2005-08-29 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 欧阳华 |
| 关键词 | 青藏高原 贡嘎山 有机质含量 土壤有机质周转 土壤碳矿化率 CENTURY 模型 碳汇 气候变化 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 青藏高原因其特殊的海拔高度被誉为地球上的“第三极”，同时它也是世界上受人类活动干扰较少的区域之一。青藏高原是亚洲季风区气候变化的敏感区，和全球变化的研究息息相关，此地区一直是我国及世界地学、生物学、资源与环境科学有特色的优势研究领域和难得的天然实验室。近年来，全球平均气温的不断升高对自然界的生态系统过程和人类生存环境都产生了深刻的影响，并由此引发了人们对温室气体及其温室作用研究的极大兴趣。碳循环是发生在地球生物圈与大气圈之间最大的物质和能量循环过程，它因与全球气候变化紧密相关而倍受科学界的重视。而土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库，它在整个碳循环过程中因向大气排放CO2过程而成为人们关注的对象，因为在全球变化的背景下，气候的微小变化就会引起土壤圈层的巨大波动。相对于地上部分来说，地下部分土壤的研究开展的相对较少，人们对土壤碳库的研究还很薄弱。本文以青藏高原东部贡嘎山为研究地区，探讨高原山地垂直带的土壤有机质含量、分布，土壤有机质周转动态，土壤碳矿化率等的规律，并用CENTURY模型模拟了亚高山暗针叶林生态系统的净碳吸收能力及对未来气候变化的响应。在此基础上，应用野外实测的数据和遥感图像、空间数据，对贡嘎山东坡的土壤有机质分布及整个区域的碳平衡作了适当描述。主要结论如下： 1. 贡嘎山东坡自然垂直带上土壤剖面各层土壤有机质含量的分布结果表明，凋落物层随海拔高度变化不明显，A层土壤有机质含量随海拔升高而升高，B、C层无明显的规律。A层土壤有机质含量在针阔叶林和林线附近出现峰值。两个过渡带处的高土壤有机质含量是由其所处的气候条件和自身生物量、生产力等植被条件所共同决定的。B、C层土壤有机质含量在2900米处的冰川侧碛堤均出现低值。土壤有机质含量在土壤剖面中的分布在各植被类型下都沿土壤剖面深度增加而逐渐减小。对各层土壤有机质含量的影响因子分析表明，土壤表层凋落物层和A层土壤有机质含量与气候因子显著相关，底层C层土壤有机质含量与土壤粘粒、粉粒等土壤成土因子关系密切。各层土壤有机质含量均与全氮含量相关性显著，说明氮素是影响土壤有机质含量的一个重要的养分因子。而除B层外，A、C层土壤有机质含量与微生物碳含量的相关性都不显著。土壤有机质含量还与植被类型密切相关，灌丛和草甸B、C层土壤有机质含量均高于森林类型，灌丛和草甸丰富的地下根系使剖面B、C层土壤有机质含量高。 2. 五个典型植被类型土壤样品的碳放射性同位素的测定结果表明，沿土壤剖面 深度增加，各植被类型下的∆14C值减小。凋落物层和A层∆14C值为正值，表明土壤碳是二十世纪六十年代核实验以后形成的样品，B、C层∆14C值均为负值，表明土壤碳为核实验以前累积的。各植被类型下A层土壤有机质的∆14C值都大于凋落物层，是因为核实验后大气中∆14C值是逐渐降低的，所以越现代的样品由于富集了大气中较低的∆14C值的碳而使土壤样品的∆14C降低。凋落物层的∆14C值随海拔升高而升高，其它各层的∆14C值随海拔梯度变化不明显。常绿落叶阔叶林下B层∆14C值显著高于其它类型，而其C层∆14C值又显著低于其它类型，B层周转较快，但其输入C层的却较少，可能是以CO2形式或地表径流而损失掉，不利于土壤碳的累积。针阔混交林和暗针叶林下凋落物层和A层土壤的∆14C值均低于亚高山灌丛和亚高山草甸，说明这两种植被类型下A层土壤周转快，易于损失“年轻”库中的碳。而其B、C层∆14C值均高于亚高山灌丛和亚高山草甸，是因为森林的根粗而长，可以深入剖面下层很深的地方，导致剖面下层有高∆14C值的物质输入而使整个土壤的∆14C值偏高。根据Cherkinsky和 Brovkin的模型计算得到各植被类型下凋落物层的周转时间为5～13年，A层土壤有机质的周转时间在 10～30 年 之间，B层周转时间在100～600年之间，而C层周转时间最长，大约在1000年左右。灌丛和草甸下土壤剖面各层的土壤有机质周转时间均长于森林类型，更容易累积和储存碳而减少CO2的排放。 3. 五个典型植被类型下的室内土壤碳矿化培养实验结果表明，温度与土壤碳矿 化速率相关性显著，各植被类型下土壤碳矿化率随温度升高而明显升高。土壤呼吸率随温度升高的过程主要发生在低温变化时，随温度升高，土壤呼吸随温度升高而升高的幅度逐渐减小。湿度对土壤碳矿化率的影响作用不显著，这主要是因为该地区降水充足，土壤中水分含量高，因此不是土壤碳矿化率的限制性因子。土壤碳矿化率随土壤氮矿化率的升高而升高，表明当土壤中无机氮含量较高时利于土壤碳的矿化，氮素是影响土壤碳矿化率的主要养分因子。各植被类型下土壤碳矿化率（Y）与温（T）、湿度（M）之间的关系符合指数方程，如常绿落叶阔叶林下为：Y = exp(0.114T + 0.124M +1.839) evergreen ( 2 r =0.916, p =0.001) 通过对暗针叶林下指数方程模拟的碳排放量和静态箱式法实测碳排放量的比较说明，该指数方程对土壤碳矿化率与温湿度之间的关系拟合较好。室内培养法测得常绿落叶阔叶林、针阔混交林、暗针叶林、亚高山灌丛和亚高山草甸下表层10cm土壤年碳排放量分别为 325.41gC/m2 •a、558.81 gC/m2 •a、285.77 gC/m2 •a、48.55 gC/m2 •a和 84.47 gC/m2 •a。 4. 用静态箱式法测得的土壤碳排放数据进行模型的检验，认为CENTURY生物地球化学模型对亚高山暗针叶林生态系统的模拟较好。将植被－土壤碳库作为一个整体来分析，用植被净初级生产力和土壤碳排放的差值计算生态系统净碳吸收能力，结果表明，用CENTURY模型模拟的亚高山暗针叶林生态系统是一个明显的碳汇，净碳吸收能力约为 942gC/m2 •a。选取气温升高 2℃（平均每月升高0.003℃），降水每月增加 5mm作为未来 50 年后的气候变化情景，用CENTURY模型模拟的结果表明，土壤碳排放量、植被净初级生产力、植物生物量等都增加，土壤有机碳含量减小。未来气候变化情景下，亚高山暗针叶林生态系统仍旧是一个碳汇，净碳吸收能力与气候不变情况下持平并略有增加。 5. 根据野外实测的土壤有机质含量与气候、地貌、植被等之间的数量关系，利 用遥感影像、GIS技术，对贡嘎山区域的土壤有机质含量进行了估算。A层土壤土壤有机质含量随海拔升高而升高，B、C层无明显规律。A层土壤有机质含量在0～50%之间，B层在1～20%之间，C层在0～13%之间。土壤有机碳密度分布格局与有机质含量分布格局极为相似。土壤净碳吸收能力估算结果表明，大部分碳汇区净碳吸收能力在0～900gC/m2 •a之间。阔叶林、暗针叶林以及亚高山灌丛和草甸的净碳吸收均表现为明显的碳汇。部分针阔叶林区和接近冰川的高海拔地区表现为碳源。整个区域仍表现为碳汇，净碳吸收能力约为 1.0×1010gC/a。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2010-12-16 |
| 源URL | [http://192.168.22.105/handle/311030/58]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王琳. 青藏高原东部贡嘎山山地生态系统碳过程研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院研究生院. 2005. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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