| 题名 | 气候变化对高寒草甸生态系统温室气体通量特征的影响 |
| 作者 | 陈晓鹏 |
| 答辩日期 | 2017 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 王根绪 |
| 关键词 | 气候变暖 氮沉降 温室气体 高寒草甸 高寒湿地 |
| 其他题名 | Impact of Climate Change on GHG flux Characteristics of Alpine Meadow Ecosystems |
| 学位专业 | 自然地理 |
| 英文摘要 | 高寒草甸是青藏高原多年冻土区典型生态系统，其不仅具有重要的生态系统服务功能，更是当地牧民重要的生产资料。然而，在过去的50年间，青藏高原平均气温和年均降水量以每10年0.3 °C 和9.1 mm的速度不断增加，氮沉降水平虽然 < 2 Kg hm-2 a-1，小于中国其他地区，但也呈增加趋势。这些气候因素变化必然影响高寒草甸生态系统碳、氮循环。温室气体通量变化作为生物圈与大气进行碳、氮交换的重要途径，探究气候变化对温室气体通量变化的影响，是人类深入了解气候变化对高寒草甸生态系统碳、氮循环影响的重要环节。虽然有关增温和氮沉降增加对高寒生态系统温室气体通量的研究已经大量开展，但对于两者交互作用的原位观测研究报告还很少见。尤其在多年冻土区，温室气体通量变化很可能与活动层融化深度及活动层土壤温度、水分有着密切关联，而呈现出与非冻土区不同的季节变化特征。因此，以多年冻土区土壤温度变化而划分的生长季的不同阶段温室气体通量变化是又一重要的研究课题。本研究以长江源区高寒草甸和高寒沼泽草甸为研究对象，依托风火山模拟增温和氮沉降试验场，对两种类型高寒草甸在生长季前期、中期和后期的主要温室气体通量（生态系统呼吸、CH4和N2O通量）变化进行原位观测，并且通过对比在干、湿年份结果的差异，意图揭示未来气候变化（气候变暖、氮沉降增加和降水量变化）对高寒草甸生态系统温室气体通量变化的影响。基于本研究得到的主要结果如下：1. 模拟增温（4.5 °C）促进了高寒草甸的生长季生态系统呼吸、CH4吸收和N2O排放，增幅分别为73.5%、65.9%和431.6%。氮沉降增加对高寒草甸三种温室气体通量均无显著影响。氮沉降增加显著促进了增温情境下高寒草甸10.3%的CH4吸收和27.2%的N2O排放（相比于单独的增温），但对高寒草地生态系统呼吸无显著影响。氮添加倾向于削弱增温对高寒草甸生态系统呼吸的作用，促进其CH4吸收和N2O排放，表明高寒草甸温室气体通量变化对未来气候变暖和氮沉降增加同时具有正的和负的反馈。高寒草甸的生长季生态系统呼吸和CH4吸收主要受土壤表层5 cm温度的调控，N2O通量主要受到降雨量变化的影响。高寒草甸三种温室气体的平均通量均呈现在生长季中期>后期>前期的趋势，与高寒草甸生态系统呼吸和CH4吸收的土壤温度敏感性在生长季后期大于前期的结果一并，表明高寒草甸碳通量（CO2和CH4）对冻土的冻结过程的敏感性要强于融化过程，即高寒草甸的碳通量对土壤降温过程而非增温过程更加敏感。2. 模拟增温（6.2 °C）显著增强高寒沼泽草甸生态系统呼吸，增幅30.9%；增温促使高寒沼泽草甸由N2O的弱汇转变为弱源，增温对高寒沼泽草甸CH4通量无显著影响。增温和氮沉降增加（与增温处理相比）的交互作用显著促进了高寒沼泽草甸69.6% CH4吸收的和26.2%的N2O排放，但对高寒沼泽草甸生态系统呼吸无显著影响。这与高寒草甸的结果一致，温室气体通量对气候变暖和氮沉降增加同时具有积极和消极的响应。高寒沼泽生态系统呼吸主要受表层土壤温度控制，而土壤水分调控其CH4通量，N2O通量受降水变化的调控。增温对表层土壤温度的影响在生长季前期最强，但增温对生态系统呼吸的促进作用却最弱，表明深层冻土壤起到缓冲温度升高的作用，从而对增温后生态系统呼吸增加产生了削弱作用。通过比较湿地与非湿地温室气体通量之间对气候变化的响应差异，结果表明，虽然湿地生态系统可对气温升高产生缓冲作用，但由于土壤有机碳库较大，生态系统呼吸的温度敏感性较高，其对气候变化的反馈仍不应当被忽视。3. 模拟增温对高寒草甸和高寒沼泽草甸三种温室气体通量特征的影响并未收到降水变化的影响。而氮沉降增加：（1）在相对干旱年份，显著减少了高寒草甸生态系统呼吸；在相对湿润年份，显著降低了高寒沼泽草甸生态系统呼吸；（2）在相对干旱年份，显著增加了高寒草甸CH4吸收，但在相对湿润年份，对高寒草甸CH4通量无显著影响；（3）模拟增温和氮沉降增加在干旱年份对高寒沼泽草甸CH4吸收和N2O排放的交互促进作用，在湿润年份对高寒沼泽草甸生态系统呼吸有显著的相互抵消作用。表明虽然湿地生态系统土壤水分较高，但其温室气体通量对非湿地生态系统的年降水量变化更为敏感。因为干旱放大了氮沉降增加的在非湿地生态系统对碳通量的作用，但在湿地生态系统减弱了这种作用。表明氮沉降增加而非增温对高寒草甸生态系统碳通量（生态系统呼吸 [CO2 ]和CH4）的影响将受到降水变化的影响。4. 模拟碳平衡结果显示，增温促进了典型高寒草甸生态系统生长季日间CO2吸收，增幅约86%；但也促进了其生长季夜间CO2排放（增幅约116%）及其非生长季CO2排放（增幅约12%）。典型高寒草甸是一个碳汇，增温增强典型高寒草甸生态系统的碳贮存能力，增幅约210%。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 97 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.imde.ac.cn/handle/131551/24563]  |
| 专题 | 成都山地灾害与环境研究所_山地表生过程与生态调控重点实验室 |
| 作者单位 | 中国科学院成都山地灾害与环境研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 陈晓鹏. 气候变化对高寒草甸生态系统温室气体通量特征的影响[D]. 北京. 中国科学院大学. 2017. |
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