青藏高原草畜系统碳固存过程模拟研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 欧阳熙煌 |
| 答辩日期 | 2025-06 |
| 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 | 王军邦 |
| 关键词 | 高寒草地 地下碳分配 补偿性生长 放牧强度 动物代谢通量模型 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 草地生态系统是全球重要的陆地碳库，其碳固存过程对维持生态系统功能和服务具有重要意义。青藏高原作为世界上海拔最高的高原，其60%以上的面积为草地生态系统，是我国代表性草牧业生产区域之一。然而，该地区传统放牧方式对自然环境具有高度依赖性，加之其对气候变化和人类活动的极度敏感性，导致部分区域出现草地退化、生产力水平低下等问题，严重制约了区域畜牧业的可持续发展。在全球气候变化和《巴黎协议》的温控目标背景下，本研究基于机器学习与遥感数据融合的净初级生产力数据、食草家畜碳通量代谢模型以及遥感-过程耦合模型，构建了青藏高原草畜系统碳固存过程的模拟框架，探究了食草家畜放牧对青藏高原草畜系统碳固存过程的影响及其调控途径。其中重点分析了地上与地下净初级生产力的时空分异特征、草畜系统碳通量动态及其影响、以及食草家畜放牧采食对草地生长的调节效应，以期为青藏高原草地生态系统管理提供理论与方法基础。 （1）青藏高原草地生产力沿“东南向西北”递减，地下分配比例约0.74。本研究结果显示，2000-2020 年期间青藏高原基于现存量的地上净初级生产力ANPP (Above-ground Net Primary Productivity)、地下净初级生产BNPP (BelowgroundNet Primary Productivity)和总净初级生产力NPPRS (Remote Sensing-basedStanding Net Primary Productivity)的平均值分别为43.93 g C m-2 a-1、173.12 g C m-2 a-1 和218.19 g C m-2 a-1，其中地下分配比例高达0.74。生产力呈现显著的空间异质性，整体表现为“东南-西北”递减的梯度格局。不同草地类型间存在显著差异，高寒草甸的生产力普遍高于高寒草原，尤其在BNPP 方面相差超过4 倍。过去20 年间，青藏高原的NPPRS、ANPP 和BNPP 均呈现显著的增加趋势，增速分别为1.20 g C m-2 a-1、0.38 g C m-2 a-1 和0.82 g C m-2 a-1，且青海地区的增长幅度显著高于西藏地区。 （2）青藏高原草地地上、地下净初级生产力的驱动因素存在差异。本研究使用方差分解分析和层次分割分析揭示了净初级生产力地上地下组分的差异化响应特征。ANPP 时空变化主要受海拔梯度和食草家畜放牧活动的控制，表现出对人类活动扰动的高度敏感性；而BNPP 对驱动因子的变化则表现为更均衡的响应模式，其中降水的解释率最高。这种差异化的响应特征反映了高寒草地生态系统的碳分配对环境适应的不同调控途径和策略。 （3）食草家畜碳收支总量约31 Tg C a-1，且大部分返回至草地生态系统并对其生产产生重要作用。 通过食草家畜碳代谢过程模型，本研究对青藏高原“高寒草地-食草家畜-人类社会系统”的碳迁移过程分析表明，食草家畜碳 .入总量约为31.13 Tg C a-1，约占可利用牧草实际总产草量的52%。其中13.04 Tg C a-1 通过粪尿返还至生态系统；分别以12.53 Tg C a-1 通过呼吸排放CO2，0.97 Tg C a-1 通过排放甲烷，释放到大气中；4.59 Tg C a-1 固存在家畜体内，其中的家畜体内碳固存量中约有8.36%(0.384 Tg C a-1)转化为畜产品进入人类社会系统。偏最小二乘回归分析表明，气候变化(尤其是气温)和前一年家畜粪肥归还，是影响草地NPPRS年际动态的关键因素，且大型食草家畜的粪肥归还相比于藏羊更具促进作用。 （4）青藏高原全区食草家畜放牧的补偿性生长率约为12%，其合理放牧利用的阈值为51%。研究进一步量化了青藏高原草地的补偿性生长效应，平均补偿性生长量为4.24 g C m-2 a-1 (约占气候可利用产草量潜力GYC 的12%)。其中青海地区(9.02 gC m-2 a-1，约占GYC 的28%)表现出较强的补偿效应，而西藏地区则呈现负值(-5.00 g C m-2 a-1，约占GYC 的-15%)。不同草地类型中，高寒草甸(6.38 g C m-2 a-1，约占GYC 的18%)高于高寒草原(-5.77 g C m-2 a-1，约占GYC 的-24%)。并且，本研究确定了区域尺度上的放牧利用率合理阈值约为51%，其中青海地区放牧利用率合理阈值(58%)高于西藏地区(31%)，高寒草甸(55%)高于高寒草原(32%)。超过这些阈值后，草地的生长将受到采食。 （5）气候和放牧对草地补偿性生长的影响存在空间-时间尺度差异，反映了不同草地类型的长期适应性特征。混合效应模型分析表明，青藏高原草地补偿性生长主要受空间因素调控，环境因子引起的空间变异普遍大于时间变异。气温作为年际动态变化的主导因子对草地补偿性生长能力的影响显著；降水的年际动态变化对草地补偿性生长的影响较弱，但降水对草地补偿性生长的空间变异的影响极显著，反映了不同草地类型的水分适应策略差异；而草地补偿性生长对放牧的响应同样是空间敏感性高于时间敏感性，并且在空间格局上的影响呈非线性模式。总的来看，草地类型的长期适应性特征在调控补偿性生长中比年际环境波动更为关键。本研究通过构建青藏高原草畜系统碳固存过程的区域尺度模拟框架，实现了从草地光合碳固定到家畜碳代谢通量及其流向的过程模拟，克服了传统方法难以进行大尺度系统碳通量评估的局限。同时揭示了高寒草地-食草家畜系统碳通量的多层次调节机制，阐明了食草家畜和气候因子在生态系统碳循环中的关键作用及其区域差异性。此外，研究建立了基于现存量和气候潜力的草地生产力评估体系，量化了食草家畜放牧对草地产草量的调节效应。这些发现为深入理解青藏高原草地生态系统碳循环过程及其管理优化提供了重要支撑，对实现高原区域碳中和目标具有重要的理论和实践意义。 |
| 学科主题 | 生态学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 95 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/215705]  |
| 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 | 欧阳熙煌. 青藏高原草畜系统碳固存过程模拟研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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