風蝕和放牧對溫帶草原碳循環(huán)的影響.pdf

1、自近代工業(yè)革命以來,人類活動已經(jīng)對全球環(huán)境產(chǎn)生巨大影響,包括大氣CO2濃度與地球表面平均溫度的上升、大氣氮沉降、降水格局以及土地利用方式的改變,這些變化已經(jīng)或正在對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程產(chǎn)生重大影響。氣溫升高、降水減少以及土地利用方式的改變都會加劇土壤風蝕的發(fā)生。土壤風蝕是發(fā)生在干旱,半干旱及部分亞濕潤地區(qū)土地退化的主要過程之一,是荒漠化地區(qū)土壤養(yǎng)分和有機質(zhì)變異的重要影響因素。然而風蝕不是養(yǎng)分的徹底損失,而是地域間養(yǎng)分的再分配現(xiàn)象。風蝕

2、起沙使大量富集養(yǎng)分的細小顆粒物質(zhì)從地表損失,而沉降過程則向地表添入大量養(yǎng)分物質(zhì)。因此,風蝕是地表養(yǎng)分與碳循環(huán)過程的重要驅(qū)動因素之一。草地生態(tài)系統(tǒng)是全球分布最廣的生態(tài)系統(tǒng)類型之一,儲存了陸地生態(tài)系統(tǒng)中近1/3的有機碳,維持著30％的凈初級生產(chǎn)力,提供約全球30–50%的畜產(chǎn)品,在全球物質(zhì)循環(huán)和能量循環(huán)流動中起重要作用。由于草地生態(tài)系統(tǒng)多處于降水較少的地區(qū),植物植株較小,植被蓋度較低,壽命較短,易發(fā)生土壤風蝕。放牧又是草地生態(tài)系統(tǒng)最普遍的土

3、地利用方式之一。放牧通過采食、踐踏和排泄物對草地植物、凋落物、土壤碳庫等均存在著不同程度的影響。然而目前人們對于風蝕和放牧對草原生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)影響的理解還比較缺乏。
　　本研究利用野外控制試驗,模擬風蝕和放牧,研究風蝕和放牧對我國北方溫帶典型草原生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響。本實驗設(shè)計包括六個處理:對照、風蝕、沉降、放牧、風蝕+放牧、沉降+放牧。通過對2010-2012年3個生長季的數(shù)據(jù)處理和分析得出以下主要結(jié)論:
　　生態(tài)系統(tǒng)吸收

4、碳的能力(生態(tài)系統(tǒng)凈CO2交換—NEE大小)表明我國北方溫帶典型草原在生長季中為碳匯。風蝕降低了生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力(GEP,15.16%)和生態(tài)系統(tǒng)呼吸(ER,17.81%),而沉降使它們分別提高了0.31%和5.55%。雖然風蝕和沉降改變了GEP和ER而對NEE卻沒影響,但是放牧降低了NEE,同時也降低了GEP和ER。說明風蝕和沉降沒有改變我國北方溫帶典型草原生態(tài)系統(tǒng)的碳固持能力,然而放牧卻降低了草原生態(tài)系統(tǒng)的碳固持能力。風蝕、沉降

5、和放牧通過改變非生物因子(土壤濕度)和生物因子(地上部生物量)而引起了生態(tài)系統(tǒng)氣體交換的變化。風蝕和沉降處理增加了土壤濕度,而放牧卻對其沒影響。風蝕和放牧降低了地上部生物量,而沉降增加了地上部生物量。放牧同時降低了禾草類和非禾草類地上生物量。風蝕降低了非禾草類生物量,但沉降增加了非禾草類生物量。生態(tài)系統(tǒng)碳通量(NEE、GEP、ER)與土壤濕度呈負相關(guān)關(guān)系,而與地上部生物量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系,與禾草類地上生物量的相關(guān)性大于非禾草類。這表明

6、生態(tài)系統(tǒng)氣體交換(NEE、GEP、ER)的改變主要是由土壤濕度和禾草類生物量的改變引起的。
　　風蝕和沉降顯著改變了我國北方溫帶典型草原生態(tài)系統(tǒng)的土壤呼吸,風蝕使其降低了8.57%,而沉降使其提高了15.36%。結(jié)果表明風蝕地區(qū)抑制了CO2的釋放,沉降地區(qū)促進了CO2的釋放,這與以前認為風蝕有利于CO2釋放的結(jié)果相反。總的來說,放牧對土壤呼吸沒有影響。風蝕、沉降和放牧對土壤呼吸的影響是通過改變生態(tài)系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力、地上部生物量、植

7、被蓋度、凋落物量以及地下凈初級生產(chǎn)力來實現(xiàn)的。風蝕和沉降顯著改變了凋落物量,風蝕使凋落物量顯著降低了50.12%,沉降使其降低了5.59%。放牧也顯著降低了凋落物量24.77%。風蝕和沉降顯著改變了地下部凈初級生產(chǎn)力,風蝕使地下部凈初級生產(chǎn)力降低了11.4%,而土壤沉降使其增加了10.49%。放牧對地下部凈初級生產(chǎn)力沒有影響。這些指標的變化會引起土壤呼吸過程所需底物和根系量的變化從而最終導(dǎo)致土壤呼吸的改變。
　　風蝕和沉降沒有改變