论文部分内容阅读
草地占陆地生态系统总面积的25.0％，其碳储量约为陆地生态系统总碳储量的12.7％，是陆地生态系统碳库的重要组成部分，在全球碳循环中起着不可代替的作用。在区域尺度上准确估算草地生物量碳库以及土壤有机碳库、解析生态系统碳库的分配格局及影响因素、预测区域生态系统的固碳潜力，是准确评价草地在陆地生态系统碳循环中的作用及阐明陆地生态系统对人为干扰和气候变化响应的关键，也是未来土地利用和管理决策的重要基础。温性荒漠草原和荒漠类草地约占我国草地面积的16.29％，是全国草地碳储存和固碳潜力评估研究的薄弱环节。腾格里沙漠周边广泛分布的荒漠草地，植被类型复杂，代表性强，是开展荒漠草地碳储量研究的理想样地。本研究在中国科学院沙坡头沙漠试验站长期定位观测样地的基础上，于2011～2013年在该区布设120个典型样地（共计1200个1×1m2的草本样方，1200个10×10m2的灌木样方和600个土壤调查剖面）。结合野外调查与室内分析，研究了植被生物量碳及土壤有机碳密度的大小及空间分布特征，建立了腾格里沙漠周边荒漠草地灌木生物量估算模型，在此基础上，通过对碳截存速率的解析定量研究了了人工固沙植被区的固碳潜力。 本研究主要内容包括：⑴以株高(H)和冠幅(C)的复合因子-灌木体积（V)为自变量，通过回归分析和模型检验，分别构建了十二种灌木以及四个混合物种的叶、新生枝、老龄枝、地上部分、地下部分和整株生物量的预测模型。灌木的生物量模型以幂函数W=aVb为最优，适合于本研究中十二个灌木物种的生物量估算;同时四个混合种模型也可以应用于荒漠地区其他灌木生物量的估算。⑵采用全挖法研究了不同灌木各器官生物量及地下-地上分配特征(根冠比R/S)，结果表明:不同物种地上部分各器官中的分配策略及R/S均不相同，表明十二种灌木具有各自独特的生长策略。随着灌木的生长，冠幅和生物量不断增大，根冠比呈下降趋势。十二种灌木的根系主要分布于0～100cm土层，其垂直分布特征均符合Y=1-βd模型;盐爪爪、油蒿、柠条锦鸡儿和猫头刺的地上-地下生物量分配特征支持异速生长假说，而其他八个物种则支持等速生长假说。十二种灌木的地上生物量与地下生物量之间均呈极显著地的性相关关系。⑶研究区灌木总生物量碳密度均值为121.55gm-2，其中，叶、新生枝、老龄枝、枯枝以及根系的比率分别为:6.90％、3.73％、25.79％、9.09％和54.49％。草本生物量碳密度均值为80.82gm-2，其中地上活体生物量及根系碳密度的比率分别为8.48％和91.16％。研究区植被地上部和地下部生物量碳库分别为4.59和9.07Tg。⑷群落不同片层结构中的生物量碳密度的分配特征表现为:灌木叶片、新生枝、老龄枝、枯枝、根系占生态系统总生物量碳的比率分别为4.15％、2.24％、15.49％、5.46％和32.73％，草本活体、枯落物和根系生物量碳占生态系统总生物量碳的比率分别为3.39％、0.14％和36.41％。灌木根系生物量碳是其地上部分生物量碳的1.20倍，而草本根系生物量碳是其地上部分生物量碳的10.31倍。⑸研究区0～100 cm土壤剖面的平均有机碳密度为2.16kgm-2，远远低于全国草地和全球温带草地的平均水平(分别为8.5 kg m-2和13.3 kg m-2)。土壤有机碳在土壤剖面的垂直分布较为均匀，其中约24.0％分布在0～20cm土层，远远低于其他区域。0～20cm、0～30cm、0～50cm和0～100cm土层的土壤有机碳储量分别为32.39、46.20、76.10和129.2 TgC。⑹合理的管理措施可以有效增加生态系统的碳储量，在流动沙丘上建立人工植被后，土壤有机碳和生物量碳均显著增加(p＜0.05），且随着时间的延长而不断增大。与流沙区相比，植被建立55年后，土壤有机碳和总有机碳分别增加了1.06kgm-2和1.31kgm-2。在固沙植被建立后的20年内，生态系统的年均固碳速率较高(3.26×10-2kgm-2year-1);在固沙植被建立47年后，生态系统的年均固碳速率趋于稳定，达到2.14×10-2kgm-2year-1。而与天然植被区相比，55龄的人工植被区仍然具有较大的固碳潜力(1.02kgm-2)。以上结果，在区域尺度上获取了腾格里沙漠周边荒漠草地的植被群落、不同组分生物量及生物量碳密度、土壤有机碳密度及其他相关理化性质数据库，人工植被区恢复对固碳潜力的影响，补充完善了我国草地的碳循环研究，为荒漠生态系统碳管理与人工生态恢复促进碳储存提供了科学依据。