【摘要】：土壤中的碳(carbon,C)和氮(nitrogen,N)在陸地生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用,隨著近年來全球氣候的變暖,青藏高原由于特有的地形位置和海拔高度,是變暖最強烈的區(qū)域,也是對未來氣候變化響應(yīng)不確定性最大的區(qū)域。盡管在區(qū)域尺度,關(guān)于土壤碳氮密度和儲量的估算已經(jīng)開展了相關(guān)的研究,但是由于有限的實地觀測數(shù)據(jù)和青藏高原較大的空間異質(zhì)性,青藏高原區(qū)域尺度表層土壤碳氮密度和儲量依然存在很多的爭議。我們通過人為增加溫度和降水的控制實驗,觀察高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)中短期內(nèi)土壤碳氮對氣候變化的響應(yīng)。然后結(jié)合野外實測的樣帶數(shù)據(jù)和提取的歸一化植被指數(shù)(normalized difference vegetation index,NDVI)分別估算三個時期(1980s,2000s,2010s)青藏高原表層(0-30cm)土壤的碳氮密度的變化。結(jié)果顯示:1、兩年的多梯度增溫處理對土壤碳氮沒有顯著的影響(p0.05),三年多梯度增水處理也未引起土壤碳氮發(fā)生顯著的變化(p0.05)。但是土壤碳在增溫處理T1、T3和增水40%、80%的處理下,有不顯著的增加(p=0.58;p=0.47)。對比增溫增水后,土壤溫度、濕度與土壤碳氮的相關(guān)關(guān)系,結(jié)果顯示土壤碳氮對土壤含水量的變化更為敏感(p0.05)。2、1980s青藏高原陸地生態(tài)系統(tǒng)表層土的土壤碳密度(soil carbon density,SCD)為8.73±0.81 kg C m~(-2),土壤碳儲量(soil carbon storage,SCS)為20.99±1.95 Pg C,土壤氮密度(soil nitrogen density,SND)為0.75±0.06 kg N m~(-2),土壤氮儲量(soil nitrogen storage,SNS)為1.80±1.42 Pg N。2000s青藏高原高原SCD為6.19±0.54 kg C m~(-2),SCS為14.88±1.30 Pg C;SND為0.94±0.07 kg N m~(-2),SNS為2.27±0.18 Pg N。2010s青藏高原高原SCD為5.21±0.7 kg C m~(-2),SCS為12.53±1.69 Pg C;SND為0.38±0.05 kg N m~(-2),SNS為0.91±0.12 Pg N。基于NDVI預(yù)測的2000s土壤碳氮密度分別為:5.10±0.01 kg C m~(-2)和0.90±0.01 kg N m~(-2),2010s土壤碳氮密度為9.20±0.02kg C m~(-2)和0.68±0.01 kg N m~(-2)。3、1980s-2000s青藏高原森林表層土的碳庫是增加的,在草地有所下降,但是變化都不顯著(p=0.47,p=0.21);2000s-2010s森林增加趨勢變緩,草地中碳密度有所上升,也未達到顯著水平(p=0.21)。盡管青藏高原整體碳庫是變少的(p=0.07),但是在2000s-2010s,森林和草地均為增加的趨勢,表明全球氣候變化對青藏高原森林和草地生態(tài)系統(tǒng)土壤碳的積累是正效應(yīng)作用,尤其是在高寒草地生態(tài)系統(tǒng)。由于2010s選取的樣點有一部分位于青藏高原西部,可能造成2010s土壤碳密度偏低,但青藏高原森林和草地占青藏高原總面積的11.3%和44.3%,認為青藏高原土壤碳庫可能扮演著碳匯的角色。過去三十年青藏高原表層土的氮庫總體是減少的(p0.01),1980s-2000s草地中氮密度有所增加,但2000s之后顯著下降(p0.01)。森林的氮密度一直呈下降趨勢(p=0.87),表明越來越多的氮從土壤流失到大氣或者水體中,青藏高原氮庫扮演著氮源的角色。4、很多研究表明氣候變暖對生態(tài)系統(tǒng)中土壤碳是促進作用。但是在全球變暖情況下,降水變化有著很大的空間異質(zhì)性。有報道稱干旱區(qū)的降水是不明顯的減少趨勢,所以認為可能是由于降水減少引發(fā)干旱脅迫導(dǎo)致1980s到2000s草地土壤碳密度的降低。而青藏高原表層土壤氮密度的減少可能是因為變暖加快了氮的礦化速率,并且生物固氮和人工施肥使土壤中的氮被過量“活化”,導(dǎo)致自然界原有的固氮和脫氮失去平衡,氮循環(huán)被嚴重擾亂,大量的氮從土壤中流失。
【圖文】：

青藏高原土壤碳氮庫對增溫增水的響應(yīng)及其自 1980s-2010s 的變化1.7.2 研究內(nèi)容針對科學(xué)問題 1 和科學(xué)問題 2，我們在納木錯高寒草甸設(shè)置了開頂箱增溫(OTC)實驗和梯度增水實驗，通過不同梯度的增溫和增加降水控制實驗，模擬氣候變暖和降水變化對表土碳氮的影響，對比分析溫度和降水如何影響高寒草甸表層土碳氮含量的變化。針對科學(xué)問題 3，根據(jù) 20 世紀 80 年代《中國土種志》土壤碳氮數(shù)據(jù)，，結(jié)合 2000 年時已發(fā)表的數(shù)據(jù)以及 2016 年實測的青藏高原從東到西的樣帶數(shù)據(jù)，以青藏高原地表 30 米的蓋數(shù)據(jù)(原始數(shù)據(jù)為 Global land 30)一級土地覆蓋類型為基礎(chǔ)，對青藏高原過去三十年(198到 2016 年)表層土(0-30cm)的土壤碳氮密度和儲量分別進行了估算。以 NDVI 數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)估了青藏高原表層土壤碳氮密度，以期為過去三十年青藏高原長時間和區(qū)域尺度上土壤碳氮環(huán)的研究提供數(shù)據(jù)和支持。1.7.3 技術(shù)路線

青藏高原土壤碳氮庫對增溫增水的響應(yīng)及其自 1980s-2010s 的變化2(底部直徑 1204.2mm，高 350mm)、T3(底部直徑 1319.6mm，高 mm，高 550mm)，開頂箱增溫裝置示意圖如圖 2.2 所示[82]。通過的增溫幅度，根據(jù)設(shè)計各處理的 OTC 內(nèi)部溫度應(yīng)逐步增加，包度，相應(yīng)溫度關(guān)系為 T0<T1<T2<T3<T4。
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S151.9

【參考文獻】

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本文編號：2630432