| 题名 | 地形和植被覆盖对高寒草甸生态系统呼吸和甲烷吸收的影响 |
| 作者 | 李阳 |
| 答辩日期 | 2020 |
| 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 | 碳通量 裸斑 小流域尺度 青藏高原 多年冻土 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 其他题名 | Effects of terrain and vegetation cover on ecosystem respiration and methane uptake of alpine meadow |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 大气中二氧化碳和甲烷浓度的上升是导致全球气候变暖的重要因素。陆地生态系统是二氧化碳和甲烷重要的源/汇，对大气中二者的浓度起到重要的调节作用。多年冻土分布区是陆地生态系统重要的碳库组成，快速的气候变化可能导致冻土中储存的大量有机碳分解，与气候变化形成正反馈过程。高寒草甸在青藏高原多年冻土区广泛分布，约占其面积的52.77%。当前关于高寒草甸碳通量（生态系统呼吸和甲烷通量）的研究较多，在样点尺度上碳通量的估算、季节动态及影响机制分析等方面取得显著进展。然而，对不同地形和植被覆盖条件下高寒草甸碳通量的研究较少，缺乏对小流域尺度碳通量空间格局及其调控因素的认识，限制了青藏高原区域尺度碳交换的准确评估。本文选择青藏高原江河源区的风火山为研究区，以风火山的高寒草甸生态系统为研究对象。研究区多年冻土广泛分布，地形起伏较大，受气候变化和过度放牧的影响，研究区高寒草甸出现不同程度的退化。依托风火山小流域综合观测场，在2017和2018年连续两个生长季对两个小流域内不同地形（不同坡向和坡位）和植被覆盖（裸斑和高植被覆盖斑块）条件下高寒草甸的生态系统呼吸和甲烷通量进行监测，结合高寒草甸土壤理化性质数据和相关的统计方法阐明了小流域尺度地形和植被覆盖对高寒草甸碳通量的影响并进一步明晰了其调控机制。结果表明：1. 南坡土壤温度显著高于北坡，而不同坡向之间的土壤水分（土壤质量含水率和体积含水率）没有检测出显著差异；北坡和南坡的土壤属性，包括土壤有机碳、溶解性有机碳和微生物量碳（氮）含量、土壤蔗糖酶和纤维素酶活性以及植物生物量均未检测出显著差异。坡底的土壤温度和水分显著大于其它坡位；相较于其它坡位，坡底较好的水热条件造成其较高的土壤有机碳、溶解性有机碳和微生物量碳氮的含量以及土壤蔗糖酶和纤维素酶活性。裸斑的形成显著减小了高寒草甸的土壤水分和植物生物量，因此裸斑的土壤有机碳、土壤全氮、溶解性有机碳、溶解性全氮、微生物量碳氮、矿质氮含量以及土壤蔗糖酶和纤维素酶活性均小于草地。然而，裸斑的土壤pH显著大于高植被覆盖斑块。2. 高寒草甸的生态系统呼吸和甲烷吸收具有相似的季节动态， 7月和8月高寒草甸的生态系统呼吸和甲烷吸收较大，而在生长季其它月份较低，与土壤温度和水分的季节变化密切。小流域尺度上不同地形高寒草甸生长季平均的生态系统呼吸范围为4.8 ~ 7.32 g CO2 m-2 d-1。受土壤水热条件、微生物活性和土底物含量的影响，北坡坡底的生态系统呼吸最高为7.32 ± 1.06 g CO2 m-2 d-1，而在土壤温度较低且较贫瘠的北坡坡顶最低为4.8 ± 0.71 g CO2 m-2 d-1。研究区生长季不同地形条件下高寒草甸均为甲烷的汇，不同地形条件下生长季平均的甲烷吸收范围在1.6 ~ 10.48 μg CH4 m-2 h-1。坡底较多的土壤水分造成其甲烷吸收速率显著小于坡中和坡顶。3. 裸斑显著减少了高寒草甸的生态系统呼吸，裸斑和高植被覆盖斑块生长季的生态系统呼吸平均速率分别为2.26 g CO2 m-2 d-1和6.17 g CO2 m-2 d-1，土壤微生物活性的显著下降是造成裸斑生态系统呼吸降低的主要原因。裸斑和高植被覆盖斑块生长季甲烷吸收的平均速率分别为25.4 μg CH4 m-2 h-1和6.61 μg CH4 m-2 h-1；在坡中和坡顶裸斑的甲烷吸收速率显著大于高植被覆盖斑块，而在坡底二者的甲烷吸收速率相近；土壤湿度（土壤体积含水率）是调控甲烷吸收空间变异及裸斑对高寒草甸甲烷吸收影响的主要因素。小流域作为青藏高原基本的地貌单元，是连接样点尺度和区域尺度的关键环节，明晰小流域尺度碳通量的空间格局及调控因素对区域尺度碳交换的准确评估有重要意义。研究结果表明，小流域尺度的不同地形条件下高寒草甸的土壤属性和碳通量均表现出明显的空间差异，尤其是坡位对二者的影响更为明显。同时，植被覆盖的变化也显著影响了高寒草甸的土壤属性和碳通量。不同地形和植被覆盖条件下土壤属性的空间变化，尤其是微生物和土壤水分的空间差异，是导致小流域尺度高寒草甸碳通量空间变异的主要原因。在青藏高原，山地和丘陵面积约占总面积的60.58%，同时约有一半的高寒草甸经历着不同程度的退化。目前，陆面过程模型在量化区域尺度碳交换量时像素单元表征的空间范围较大，往往忽略了小流域尺度地形和植被覆盖对碳通量的影响，影响了模型的评估精度。而大尺度的样带调查也通常忽略了小流域尺度地形和植被覆盖对碳通量的影响。因此，在区域尺度碳交换评估及陆面过程模型中，应充分考虑地形和植被覆盖对碳交换的影响以提高评估精度。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 93 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.imde.ac.cn/handle/131551/55017]  |
| 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 | 李阳. 地形和植被覆盖对高寒草甸生态系统呼吸和甲烷吸收的影响[D]. 北京. 中国科学院大学. 2020. |
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