3种高寒草甸土壤CO2通量和碳密度差异变化.doc

摘要：在祁连山东缘选择珠芽蓼草甸（P）、针茅草 地（S）、杜鹃灌丛草甸（R） 3种高寒草甸，利用LI8100A 土壤C02通量自动测定系统与室内分析相结合的研究方法， 分析了土壤有机碳密度、碳通量的动态及其与环境因子的关 系结果表明：不同植被类型的土壤有机碳密度差异显著， 大小顺序为R>S〉P,随土壤深度的增加，土壤碳密度降低； 土壤C02通量大小顺序为S>P〉R,样地P、S呈单峰变化 峰值均出现于14 : 00〜15 ： 00； 土壤CO2通量与近地面的 空气湿度、碳含量显著负相关，与土壤温度、近地大气温度 显著正相关，与土壤含水量无明显相关性关键词：高寒草甸；土壤呼吸；土壤有机碳；气候因子; 土壤温度C02气体引起的全球变暖已经成为当今世界亟待解决的 环境问题从1832年至今大气中CO2含量提高了 30%,造成 大气平均温度上升0.7 °C[1]O气候的变化将对陆地生态系 统结构与功能、动、植物生长繁殖与分布产生深远的影响 应用可持续发展措施，应对气候变化成为世界一个迫切而艰 巨的任务探究土壤的碳循环收支，是合理开发利用土地的 重要前提[2]土壤储存着全球近2/3有机态碳[3-5],而草原的陆地覆盖面积为25%〜50%,碳贮量高达7.61X1012 t[6],由此可见，草原土壤对全球碳循环也有相当大的贡献。

高寒地区植被丰富，温度较低，土壤有机质分解率低，由于 长年累积，土壤碳储量巨大有研究显示高寒草原1 m深度 土壤碳储量为7. 4X 109kg[7] o因此，对高寒草甸的研究更 显得刻不容缓土壤呼吸包括根系呼吸、微生物和动物、有机质的化学 分解的过程，是陆地生态系统向大气释放C02主要因素之一 [8-10] o研究土壤C02通量变化规律及影响因素，对探究气 候变暖的条件下，陆地生态系统碳循环有着极为重要意义 国内有关土壤C02通量的研究长达30年，发表较多，但对 高寒区土壤CO2通量的研究较少为此，通过对东祁连山3 种高寒草甸土壤CO2通量、碳密度及其关键影响因子的变化 进行研究分析，揭示该区土壤呼吸的影响因素及对全球碳循 环的作用，旨在为气候变暖条件下高寒区碳交换的预测提供 参考1材料和方法1. 1研究区概况试验区地处甘肃农业大学天祝高山草原试验站，地理位 置为N 37° llz , E 102° 47’，平均海拔3 200 m,属半 干旱向干旱区过渡带，是东亚季风到达的最远端地处亚洲 大陆腹地，属高原大陆性气候，高海拔与长达9个月降雪期 决定了其气温很低，年均温0. 1 °C,最冷月（1月）平均气 温为18. 3 °Co每年5月下旬植物进入返青期，10上旬枯黄, 生长季长达120〜140 do空气相对湿度为51.4%,平均气压 为6. 97X 105 Pao草地土壤为亚高山草甸土，有机质含量丰 富。

但土层较薄显微碱性受地形及光照时间的影响，阴阳坡植被分异明显阳坡 以披碱草属（Elymus）、针茅属（Stipa）等为优势植物，阴 坡以嵩草（Kobresia spp.）、珠芽蓼（Polygonum viviparum） 等为优势植物而湿度较大的地区以灌木植被为主（表1）1. 2试验设计2012年8下旬，选择3种高寒草甸为研究对象进行土壤 C02通量的测定土壤碳通量采用自动测定系统LI8100A采 集与储存，要求测定必须在天气晴朗、气候条件稳定下进行 测定前一天在每个样地类型中随机选择3个样点，布设3个 内径20 cm、高10 cm测定环，安置测定环时清除环内植物 及其掉落物并采用LI8100A自带的探头进行表层土壤温度 与水分的同步测定日动态时间从8 ： 00〜18 : 00（由于夜间气温差异较小, 土壤C02通量变化不显著，不予测定），每隔2 h测定1次, 重复3次共需15 min, 3次重复的平均值作为土壤C02通量 平均日动态在测定土壤呼吸的同时，进行土壤样品的采集 在3个类型草甸内随机选取5点，用土钻在每个样点中10 cm 1层分4层取0〜40 cm的土样，5个重复混合装袋，分别随 机取样3次，挑除明显的根系及石头，并记录石头的重量， 土样带回实验室自然风干，研磨后过0.25nmi 土壤筛，采用 重鎔酸钾容量法一外加热法进行有机碳的测定。

1.3数据处理应用SPSS 16.0对所有数据进行统计分析，用单因素方 差分析检验各样点之间指标的显著性图形采用Excel 2003 软件绘制完成2结果与分析2. 1不同植被类型样地土壤碳密度的变化不同样地碳密度有很大差异，珠芽蓼草甸（P）、针茅草 地（S）和杜鹃灌丛草甸（R）碳密度分别为1.81〜4. 73.3.51-5.10、5. 04〜6. 09 kg/m2 （表1）相同深度碳密度的 大小顺序为R>S>P, 3个样地相同土层20〜30和30〜40 cm 呈极显著差异（P 土壤CO2通量研究结果表明：针茅 草地、珠芽蓼草甸土壤C02通量表现出较大的日变化，呈单 峰曲线，峰值均出现在14 : 00〜15 : 00o这与朱清芳等[17] 研究结果一致，而杜鹃灌丛草甸日变化保持相对稳定，主要 是土壤温度日变幅较小导致在样地和生态系统尺度上大量 研究显示土壤温度与含水量是土壤C02通量主要影响因子 [18-21],除土壤温度、含水量以外，光照、气温、植被种 类、地理位置等也影响着碳排放[22]各种环境因子决定了 土壤呼吸的阈值，过高或过低的环境因子都会制约土壤呼吸 作用，且各种影响因子之间也存在相互作用、相互制约的关 系。

此次试验中，土壤C02通量与土壤碳密度、土壤温度、 大气温、湿度都存在显著相关性土壤温度与大气温度、土 壤含水量呈极显著相关综上所述，不同类型草地土壤碳储 量、土壤呼吸有着很大差异，高寒草原的不合理的开发利用 会导致土壤贫瘠化，大气C02含量的上升，其后果难以预测试验结果表明：P, S和R样地土壤C02通量值分别为2. 97〜3. 90, 4. 87〜6. 35 和 2. 20〜2. 29 P mol/ (m2 • s)o 不同样地之间土壤C02通量差异显著，C02通量与土壤温度、 碳含量及大气温、湿度有显著相关性珠芽蓼草地(P)、针茅草地(S)和杜鹃灌草丛(R)碳 密度分别为 1. 81 〜4. 73, 3. 51 〜5. 10 和 5. 04〜6. 09 kg/m2, 相同植被类型草地随土壤深度的增加，土壤碳密度降低参考文献：[1] 范月君，侯向阳，石红霄，等•气候变暖对草地生 态系统碳循环的影响[J].草业学报，2012, 21 (3)： 294-302.[2] 赵娜，邵新庆，吕进英，等.草地生态系统碳汇浅 析[J].草原与草坪，2011, 31 (6)： 75-82.[3] Jin F, Yang H, Zhao Q. Progress in the research on soil organic carbon storage and its influencing factors[J]. Soils, 2000, 32 (1)： 11-7.[4] 安静，邓波，韩建国，等•土壤有机碳稳定性研究 进展[J]・草原与草坪，2009, 2： 82-87.[5] 高超，张德罡，潘多锋，等.东祁连山高寒草地土 壤有机质与物种多样性的关系[J].草原与草坪，2007, 6： 18-21.[6] Chen Y F, Fischer G. A new digital georefereneed database of grassland in China[R]・Interim report IR98062. Laxenburg： International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA), 1998： 24.[7] 郭小伟，韩道瑞，张法伟，等•青藏高原高寒草原 碳增贮潜力的初步研究[J].草地学报,2011, 19(5)： 740-745.[8] 于贵瑞，方华军，伏玉玲，等•区域尺度陆地生态 系统碳收支及其循环过程研究进展•生态学报，2011, 31(19)： 5449-5459.[9] 赵拥华，赵林，杜二计，等•唐古拉地区高寒草甸 生态系统C02通量特征研究[J]•高原气象，2011, 30 (2)： 525-531.[10] 亓伟伟，牛海山，汪诗平，等.增温对青藏高原高 寒草甸生态系统固碳通量影响的模拟研究[J].生态学报， 2012, 32 (6)： 1713-1722.[11] 解宪丽，孙波，周慧珍，等.不同植被下中国土壤 有机碳的储量与影响因子[J]. 土壤学报，2004, 41 (5)：687-699.[12] 石培礼，孙晓敏，徐玲玲，等•西藏高原草原化嵩 草草甸生态系统C02净交换及其影响因子[J].中国科学(D 辑)，2006, 36 (增刊)：194-203.[13] 陶贞，沈承德，高全洲，等.高寒草甸土壤有机碳 储量及其垂直分布特征[J]•地理学报，2006, 61(7)： 720-727.[14] 鄢燕，张建国，张锦华，等•西藏那曲地区高寒草 地地下生物量[J].生态学报,2005, 25 (11)： 2819-2823.[15] 朴世龙，方精云，贺金生，等•中国草地植被生物 量及其空间分布格局[J].植物生态学报，2004, 28 (4)： 491-498.[16] 王建林，欧阳华，王忠红，等•青藏高原高寒草原 生态系统植被碳密度分布规律及其与气候因子的关系[J]. 植物资源与环境学报，2010, 19 (1)： 1-7.[17] 朱清芳，红雨，高丽，等.油蒿群落土壤碳通量日 动态变化特征[J].中国草地学报，2012, 34 (3)： 70-75.[18] 汪娜，黄义雄，叶功富，等•杉木人工林土壤呼吸 速率对水热条件变化的响应[J].生态学杂志，2012, 31(10)： 2461-2465.[19] 马涛，董云社，齐玉春，等.放牧对内蒙古羊草群 落土壤呼吸的影响[J].地理研究，2009, 28 (4)： 1040-1046.[20] 贾丙瑞，周广胜，王风玉，等.放牧与围栏羊草草 原生态系统土壤呼吸作用比较［J］•应用生态学报，2004, 15 (9)： 1611-1615.［21］ 李凌浩，王其兵，白永飞，等.锡林河流域羊草草 原群落土壤呼吸及其影响因子的研究［〕］•植物态学报， 2000, 24 (6)： 680-686.［22］ 杨庆朋，徐明，刘洪升，等.土壤呼吸温度敏感性 的影响因素和不确定性［J］.生态学报，2011, 31 (8)： 2301-2311.。