3种高寒草甸土壤CO2通量和碳密度差异变化

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1、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

2、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7.61X1012t[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

3、草原1m深度土壤碳储量为7.4X109kg[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

4、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N37°llz,E102°47’，平均海拔3200m,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120〜140do空气相对湿度为51.4%,平均气压为6.97X105Pao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

5、物，阴坡以嵩草（Kobresiaspp.）、珠芽蓼（Polygonumviviparum）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20cm、高10cm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

6、予测定），每隔2h测定1次,重复3次共需15min,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10cm1层分4层取0〜40cm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SPSS16.0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Excel2003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

7、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、5.04〜6.09kg/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30〜40cm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