青藏高原土壤碳氮库对增温增水的响应及其自1980s-2010s的变化

发布时间：2020-04-17 04:04

【摘要】：土壤中的碳(carbon,C)和氮(nitrogen,N)在陆地生态系统中发挥着重要作用,随着近年来全球气候的变暖,青藏高原由于特有的地形位置和海拔高度,是变暖最强烈的区域,也是对未来气候变化响应不确定性最大的区域。尽管在区域尺度,关于土壤碳氮密度和储量的估算已经开展了相关的研究,但是由于有限的实地观测数据和青藏高原较大的空间异质性,青藏高原区域尺度表层土壤碳氮密度和储量依然存在很多的争议。我们通过人为增加温度和降水的控制实验,观察高寒草甸生态系统中短期内土壤碳氮对气候变化的响应。然后结合野外实测的样带数据和提取的归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)分别估算三个时期(1980s,2000s,2010s)青藏高原表层(0-30cm)土壤的碳氮密度的变化。结果显示:1、两年的多梯度增温处理对土壤碳氮没有显著的影响(p0.05),三年多梯度增水处理也未引起土壤碳氮发生显著的变化(p0.05)。但是土壤碳在增温处理T1、T3和增水40%、80%的处理下,有不显著的增加(p=0.58;p=0.47)。对比增温增水后,土壤温度、湿度与土壤碳氮的相关关系,结果显示土壤碳氮对土壤含水量的变化更为敏感(p0.05)。2、1980s青藏高原陆地生态系统表层土的土壤碳密度(soil carbon density,SCD)为8.73±0.81 kg C m~(-2),土壤碳储量(soil carbon storage,SCS)为20.99±1.95 Pg C,土壤氮密度(soil nitrogen density,SND)为0.75±0.06 kg N m~(-2),土壤氮储量(soil nitrogen storage,SNS)为1.80±1.42 Pg N。2000s青藏高原高原SCD为6.19±0.54 kg C m~(-2),SCS为14.88±1.30 Pg C;SND为0.94±0.07 kg N m~(-2),SNS为2.27±0.18 Pg N。2010s青藏高原高原SCD为5.21±0.7 kg C m~(-2),SCS为12.53±1.69 Pg C;SND为0.38±0.05 kg N m~(-2),SNS为0.91±0.12 Pg N。基于NDVI预测的2000s土壤碳氮密度分别为:5.10±0.01 kg C m~(-2)和0.90±0.01 kg N m~(-2),2010s土壤碳氮密度为9.20±0.02kg C m~(-2)和0.68±0.01 kg N m~(-2)。3、1980s-2000s青藏高原森林表层土的碳库是增加的,在草地有所下降,但是变化都不显著(p=0.47,p=0.21);2000s-2010s森林增加趋势变缓,草地中碳密度有所上升,也未达到显著水平(p=0.21)。尽管青藏高原整体碳库是变少的(p=0.07),但是在2000s-2010s,森林和草地均为增加的趋势,表明全球气候变化对青藏高原森林和草地生态系统土壤碳的积累是正效应作用,尤其是在高寒草地生态系统。由于2010s选取的样点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总面积的11.3%和44.3%,认为青藏高原土壤碳库可能扮演着碳汇的角色。过去三十年青藏高原表层土的氮库总体是减少的(p0.01),1980s-2000s草地中氮密度有所增加,但2000s之后显著下降(p0.01)。森林的氮密度一直呈下降趋势(p=0.87),表明越来越多的氮从土壤流失到大气或者水体中,青藏高原氮库扮演着氮源的角色。4、很多研究表明气候变暖对生态系统中土壤碳是促进作用。但是在全球变暖情况下,降水变化有着很大的空间异质性。有报道称干旱区的降水是不明显的减少趋势,所以认为可能是由于降水减少引发干旱胁迫导致1980s到2000s草地土壤碳密度的降低。而青藏高原表层土壤氮密度的减少可能是因为变暖加快了氮的矿化速率,并且生物固氮和人工施肥使土壤中的氮被过量“活化”,导致自然界原有的固氮和脱氮失去平衡,氮循环被严重扰乱,大量的氮从土壤中流失。
【图文】：

技术路线图,土壤碳氮,青藏高原,科学问题

青藏高原土壤碳氮库对增温增水的响应及其自 1980s-2010s 的变化1.7.2 研究内容针对科学问题 1 和科学问题 2，我们在纳木错高寒草甸设置了开顶箱增温(OTC)实验和梯度增水实验，通过不同梯度的增温和增加降水控制实验，模拟气候变暖和降水变化对表土碳氮的影响，对比分析温度和降水如何影响高寒草甸表层土碳氮含量的变化。针对科学问题 3，根据 20 世纪 80 年代《中国土种志》土壤碳氮数据，，结合 2000 年时已发表的数据以及 2016 年实测的青藏高原从东到西的样带数据，以青藏高原地表 30 米的盖数据(原始数据为 Global land 30)一级土地覆盖类型为基础，对青藏高原过去三十年(198到 2016 年)表层土(0-30cm)的土壤碳氮密度和储量分别进行了估算。以 NDVI 数据为基础估了青藏高原表层土壤碳氮密度，以期为过去三十年青藏高原长时间和区域尺度上土壤碳氮环的研究提供数据和支持。1.7.3 技术路线

增水,样地,土壤碳氮,设计图

青藏高原土壤碳氮库对增温增水的响应及其自 1980s-2010s 的变化2(底部直径 1204.2mm，高 350mm)、T3(底部直径 1319.6mm，高 mm，高 550mm)，开顶箱增温装置示意图如图 2.2 所示[82]。通过的增温幅度，根据设计各处理的 OTC 内部温度应逐步增加，包度，相应温度关系为 T0<T1<T2<T3<T4。
【学位授予单位】：内蒙古大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S151.9

【参考文献】