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黑河流域是中国的第二大内陆河流域，地跨青海、甘肃、内蒙古三省（自治区），是一个能够全面反映内陆干旱区自然生态景观全貌的代表性流域。黑河流域上游山区（祁连山）是水资源的形成源区，中游人工绿洲区是水资源的主要消耗区，也是人类活动影响强度最大、人地水矛盾最突出的一个区域。人类活动对中游人工绿洲区的影响主要体现在两个方面:一是，近几十年来，由于人口数量的急剧增长，为确保区域粮食生产安全，自上世纪70年代以来，对人工绿洲区水土资源开发利用强度和规模的不断增大，致使绿洲边缘大面积天然荒漠草地被开垦为绿洲农田;二是，为了维护人工绿洲生态系统的安全和稳定，近50年来，在荒漠-绿洲过渡带实施了一系列的绿洲生态环境保护工程（即绿洲生态屏障建设工程），致使大面积的天然沙质草地转变为不同类型的防风固沙人工林。土地利用方式的改变引起地表覆被类型的变化。加之土地管理措施的不同，引起地表水文、土壤生态环境、植被以及植物凋落物的生产、积累和分解过程等发生变化，因此显著地影响到生态系统的碳氮收支和碳氮循环，进而对干旱荒漠绿洲生态系统的能量、物质和水循环及资源利用效率等生态服务功能产生重要的作用。而土地覆被变化引起的碳氮收支和碳氮循环的改变不仅关乎到这里的生态环境而且还影响着这里的经济发展，因此需要深入研究探讨。然而，目前尚不清楚不同的土地覆被变化与管理措施对生态环境碳氮储量、收支和循环的具体影响如何，以及不同土地覆被类型下的CO2源汇关系如何。
针对上述问题，本研究在黑河中游荒漠绿洲区选择了六种具有代表性的土地覆被类型:天然荒漠草地（对照样地）以及由天然荒漠草地转变而来的人工梭梭林(21a)、人工杨树林(28a)、人工樟子松林(33a)和新老绿洲农田(开垦27a和100a)为研究对象，于2009～2012年间，定位观测了这六种样地土壤和植被的生态水文特征，并系统估算了不同生态类型碳氮的储量和收支，进而确定了不同土地覆被类型生态系统CO2的源汇关系。主要结果如下:
(1)将天然荒漠草地转变为人工梭梭林、人工杨树林、人工樟子松林和绿洲农田后不仅改变了地表生态水文过程，而且显著地影响了土壤的结构特征和化学特性等。对反映样地地表生态水文环境特征的日平均地面温度、土壤含水量、田间持水量三个因子的分析表明:天然荒漠草地和人工梭梭林地面温度显著高于其他土地覆被类型;农田土壤含水量显著高于其他四种土地覆被类型;人工杨树林和人工樟子松林田间持水量显著高于其他四种土地覆被类型。对反映样地土壤结构特征的土壤容重和颗粒组成分析表明:人工杨树林和人工樟子松林的土壤容重显著低于其他四种土地覆被类型;百年绿洲农田的土壤粘粉粒含量显著高于其它五种土地覆被类型，新垦绿洲农田、人工樟子松林和人工杨树林的土壤粘粉粒含量又显著高于人工梭梭林和天然荒漠草地;对反映土壤化学特征的表层土壤(0-20cm)有机碳(SOC)、全氮(TN)和微生物量碳氮(MBC、MBN)的分析表明:土壤SOC含量在人工杨树林、人工樟子松林、新垦绿洲农田和百年绿洲农田中分别为6.78，6.57，5.34和5.85gkg-1，四者之间差异不显著，但均显著高于天然荒漠草地和人工梭梭林(0.55和0.56gkg-1);土壤TN含量最高是百年绿洲农田，其次是新垦绿洲农田、人工杨树林、人工樟子松林，最低的是天然荒漠草地和人工梭梭林;MBC和MBN在两种绿洲农田中的含量显著高于其他土地覆被类型。
(2)将天然荒漠草地转变为绿洲农田和人工林地后不仅可以显著提高植被的盖度、密度、地上和地下生物量，而且显著地增加了植被中的碳氮储量。其中植被盖度最大的是新垦绿洲农田，达到了90.74％;木本植物密度最大的是人工梭梭林为85.0株/100m2;草本植物密度最大的是人工樟子松林为16.89％;木本植物生物量最大的是人工杨树林和人工樟子松林;而草本植物生物量最大的是新老绿洲农田。植被中碳氮储量最大的是生物量也最大的人工杨树林和人工樟子松林，分别为11.07、0.14kgm2和9.75、0.19kgm2。总之，不同土地覆被变化不仅改变了植被的物理特征，而且改变了其中的碳氮储量。此外，研究表明，植被特征的变化与其土壤性质之间有着密切的联系，它们互为条件。
(3)对六种不同土地覆被变化生态系统年碳氮输入/输出量的系统观测表明，六种不同生态系统无论在碳氮的输入量（植被光合能力、大气降尘、降雨/雪等），还是输出量（土壤呼吸、土壤风蚀、人工输出等）方面均存在着差异。其中新老绿洲农田、人工杨树林和人工樟子松林、天然荒漠草地和人工梭梭林，两两之间的碳氮输入/输出量均较为类似，但它们三组之间存在显著差异。对六种不同土地覆被类型植被凋落物分解情况的研究表明:不同分解物、不同分解条件下的分解速率不同，这主要与分解物的质地和分解条件（例如温度、水分和土壤生物等）有着重要的联系。
(4)通过对六种不同土地覆被类型生态系统CO2源/汇关系的研究结果表明，八月初典型日不同生态系统CO2的释放量和吸收量存在着很大差异，这主要与其不同植被光合作用和土壤呼吸作用的显著差异有关。在八月初典型日(24小时内)，百年绿洲农田、新垦绿洲农田、人工樟子松林、人工杨树林、人工梭梭林和天然荒漠草地，24小时净固定的CO2量分别为29.66、33.92、6.43、8.78、10.12和3.57gm-2d-1，它们均为碳汇，但其吸收CO2的量存在很大的差异，即碳汇的大小不同。相比而言，新老绿洲农田是最强的碳汇，人工林地是较强的碳汇，而天然荒漠草地是较弱的碳汇。由此说明，土地覆被类型和管理措施的不同，使不同生态系统在CO2的源汇关系方面也存在很大差异。
该研究通过对黑河中游不同土地覆被变化碳氮储量、收支动态的定量分析，解析了黑河中游不同土地覆被下碳氮的收支平衡、揭示人类活动对荒漠绿洲生态功能影响的重要意义，并为进一步理解荒漠绿洲生态系统水土气生过程相互作用机制提供基础，为以增加碳汇为目标的生态恢复管理提供科学依据和新思路。