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青藏高原土壤有机质累积过程及其对气候变化的响应.pdf

花匠小妙招
2024-11-06 19:48

摘要青藏高原土壤有机质累积过程及其对气候变化的响应田玉强（中国科学院地理科学与资源研究所，100101，北京）摘要青藏高原是亚洲季风区气候变化的敏感区，和全球变化的研究息息相关，此地区受人类活动干扰较少，一直是我国及世界地学、生物学、资源与环境科学有特色的优势研究领域和难得的天然实验室。土壤碳库是陆地生态系统中最大碳库，在全球变化的背景下，气候的微小变化就会引起土壤圈层的巨大波动。本文以青藏高原5种主要生态系统中的土壤有机质为研究对象，探讨高原不同植被下土壤有机质含量及分布，土壤有机质累积及其周转动态，土壤有机氮矿化规律，并利用 CENTURY模型对4种植被各土壤有机碳（SOC ）库过去50年、现在和未来50年对气候变化的响应。主要结论如下： 1. 不同植被整个土壤剖面 SOC 含量从北部的荒漠、到中部的草原和草甸以及南部的灌丛和森林，呈逐渐增加趋势，整个土壤剖面有机碳含量由高到低为：森林灌丛草甸草原荒漠。不同植被 SOC 含量沿土壤剖面的垂直分布都表现出从表层到底层逐渐减小的趋势。按土类统计 SOC 储量，有机质层草毡土 SOC 储量最高，达到 209.39 ×1010 kg ， SOC 储量最低的是林灌草甸土，其值仅为 0.01×1010 kg 。矿质层 SOC 储量最高的是草毡土，达到 249.95×1010 kg ，SOC 储量最低的是林灌草甸土，储量为 0.02×1010 kg 。整个剖面 SOC 储量最大的是草毡土，储量达到 459.34×1010 kg ，林灌草甸土 SOC 储量最少，仅为 0.03×1010 kg 。青藏高原地区有机质层SOC储量约为7.01Pg ，矿质层SOC储量约为11.36Pg ，整个剖面SOC储量约为18.37Pg 。青藏高原有机质层碳储量约占总SOC碳储量的目录 38.14 ％，矿质层SOC储量约占总SOC储量的61.86 ％。青藏高原地区降水对土壤有机质分布的影响要明显大于温度，沿自北向南的地带性分布上，降水对土壤有机质分布的影响逐渐减小。 2. 室内培养试验的森林、灌丛、草甸、草原植被土壤的氮矿化过程对温度和湿度的变化有显著不同的响应。草原净氮硝化速率和净氮矿化速率在自然含水量、一半饱和含水量和饱和含水量时都随温度升高而升高；森林净氮硝化速率和净氮矿化速率在自然含水量、一半饱和含水量和饱和含水量时，当温度低于25 ℃时随温度升高而升高，高于 25 ℃ 净氮硝化速率随温度升高反而降低，净氮矿化速率继续上升。灌丛净氮硝化速和净氮矿化速率在低湿度和中湿度条件下随温度升高而升高，在饱和含水量条件下，净氮硝化速率升高，而净氮矿化速率下降。草甸净氮硝化速率和净氮矿化速率在自然含水量、一半饱和含水量和饱和含水量时都随温度升高而升高，在饱和含水量时净氮硝化速率随温度升高而下降，而净氮矿化速率却升高。不同温度和湿度条件下，4 种植被的净氮矿化能力存在差异。草原土壤净氮矿化能力在所有温湿条件下都比其它植被小；灌丛土壤净氮矿化能力在自然含水量和一半饱和含水量时比其它植被高，在饱和含水量时，温度低于 25 ℃比草甸和草原高，温度高于 25 ℃时比草原的略高。森林土壤净氮矿化能力在在自然含水量、一半饱和含水量和饱和含水量时，当温度低于 15℃时，同草原土壤净氮矿化能力相差不大，在 35℃时显著高于其它植被。草甸土壤净氮矿化能力在自然含水量、一半饱和含水量时、温度低于 25 ℃培养时，其值高于草原和森林而低于灌丛，35℃ 时仅比森林低。 3. 利用放射性碳同位素技术结合核试验示踪方法研究青藏高原森林和草甸 SOC 累积及周转,两种植被土壤的 SOC 累积及周转显著不同。森林核草甸土壤轻组和重组 Δ14C 值在表层 20cm 土壤随土壤深度增加呈先升 14 14 后降的变化趋势，重组Δ C 值随土壤剖面深度变化较轻组剧烈，相应土层轻组Δ C 值较重组高。森林和