青藏高原冻土区生态系统碳循环对未来气候变化的响应
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘磊 |
| 答辩日期 | 2022-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 郑度 ; 赵东升 |
| 关键词 | 青藏高原 陆地生态系统碳循环 气候变化 冻土融化 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 青藏高原广阔的冻土区（约130万km2，指多年冻土区）内贮存了丰富的土壤有机碳（0−25m土层碳储量35.78–69.02Pg；1Pg=1015g），其中有超过三分之二（22.59–55.75Pg）封存于冻结土层中。气候变暖在青藏高原比全球平均水平更为显著。变暖导致的冻土融化将释放大量有机质到土壤中，这些有机质的分解一方面将增强土壤碳排放，另一方面也能够通过增加土壤有效氮含量促进植物碳吸收，进而使未来青藏高原冻土区的碳源汇变化存在较大的不确定性。同时，青藏高原年降水量从东南向西北递减，由此形成冻土区东部湿润西部干旱的格局。干旱和湿润冻土区自然环境差异显著，对未来气候变化响应的异同还有待进一步研究。 论文基于干燥度指数（DSI）将青藏高原冻土区划分为干旱冻土区（DSI<-0.9）和湿润冻土区（DSI>0.9）。并通过对陆地生态系统模型（TEM）的改进，使其考虑了未来冻土融化时土壤有机碳和氮素的释放对冻土区生态系统碳循环的影响。结合CMIP6气候变化情景数据和模型试验，论文分析了未来青藏高原冻土融化对生态系统碳循环的影响，并比较了干旱和湿润冻土区对气候变化响应的差异。论文的主要研究结果如下。 （1）受气候变化影响，2020至2100年青藏高原冻土区面积在SSP126、SSP370和SSP585情景下分别减少7.1±3.1、19.9±7.6和25.1±9.2万km2；活动层厚度分别增加0.28±0.22、1.21±0.31和1.49±0.51m。活动层厚度变化与气温变化显著正相关（p<0.01），与土壤水分变化显著负相关（p<0.01）。干旱冻土区因土壤含水量低，活动层厚度对增温的响应更为强烈，在三个气候情景下活动层厚度的增加均超过湿润冻土区。 （2）2020至2100年青藏高原冻土区净初级生产力和异养呼吸在SSP126、SSP370和SSP585气候情景下均有所增加，总生态系统碳储量（植物碳和土壤有机碳）在三个气候情景下分别增加2.10±0.98、5.50±1.07和6.60±1.79Pg。冻土融化时，土壤有机碳和有效氮含量的增加对青藏高原冻土区净初级生产力和异养呼吸均起到了促进作用，但对净初级生产的促进作用要小于异养呼吸。 2020年至2100年青藏高原冻土区的净生态系统生产力在SSP126、SSP370和SSP585情景下分别减少0.71、5.08和5.88TgC/年。青藏高原冻土融化对植物生长的促进作用较弱，可能是由于冻土层微生物含量较低，净氮矿化作用弱，且深厚的活动层使冻土融化时释放的氮很难被植物根系吸收。 气温升高显著增强了青藏高原冻土区的异养呼吸，使土壤有机碳储量大量减小，并最终导致总生态系统碳储量在SSP126、SSP370和SSP585情景下分别减少0.22、1.48和1.49Pg。增温导致的冻土融化和暖干环境是造成异养呼吸显著增强的主要原因。大气CO2浓度增加对植物生长起到了较强的施肥效应，使得总生态系统碳储量在SSP126、SSP370和SSP585情景下分别增加0.41、1.87和2.64Pg，且增加量高于因气温、降水变化和冻土融化造成的减少量。 （3）2020年至2100年青藏高原湿润冻土区总生态系统碳储量在SSP126、SSP370和SSP585情景下分别增加3.53±1.79、9.29±2.39和11.17±3.22gC/m2，干旱冻土区分别增加1.88±0.77、5.03±0.96和6.06±1.52gC/m2，湿润冻土区的增加量均高于干旱冻土区。控制冻土融化的模型实验表明，湿润冻土区生态系统碳循环对冻土融化的敏感性显著高于干旱冻土区。湿润冻土区较高的土壤碳氮密度和土壤含水量使其对冻土融化时所释放的氮素具有更高的利用率，更能促进其植物生长，使其净初级生产力对活动层厚度变化更为敏感。但湿润冻土区较高的土壤有机碳密度也使其在冻土融化时异养呼吸增加显著。干旱冻土区因受到水分限制，净初级生产力对增温的敏感性小于湿润冻土区，对降水变化的敏感性则更高。干旱冻土区受增温影响异养呼吸的增加明显高于净初级生产力，使其总生态系统碳储量减少的更多。大气CO2浓度增加时，干旱冻土区净初级生产力的增加比湿润冻土区更少，异养呼吸的增加则更多，最终导致其总生态系统碳储量的增加要小于湿润冻土区。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 155 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/186939]  |
| 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 | 刘磊. 青藏高原冻土区生态系统碳循环对未来气候变化的响应[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2022. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。