不同放牧条件下锡林郭勒草原冻融作用对土壤水热及温室气体排放的影响

摘要

我国作为世界第三冻土大国，多年和季节性冻土面积占陆地面积的75％，主要分布在青藏高原和内蒙古高原等气候变化敏感区。冰雪覆盖、土壤冻结及其消融过程，会显著改变土-气界面水热交换和平衡特征。尤其是近年来全球变暖引起冰冻区消退加速，以及人类活动对自然环境的影响日益加深，有关冻土水文效应及其温室气体排放的评价越来越得到重视。本研究依托中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站，选取区域内具有不同围牧年限以及放牧条件下的三种土地利用方式（UG79（1979年以来禁牧）、UG99（1999年以来禁牧）、HG（1979年以来持续放牧））作为研究对象。依据测定结果探讨不同放牧条件下冻融交替对土壤水分、温度以及土壤温室气体排放的影响，为准确评估变化环境下（全球变化和土地利用变化）内蒙古季节性冻土区土壤冻融的水文效应以及N2O排放提供更准确的科学依据。本试验研究结果表明:
　　1、一定厚度的积雪可以有效隔绝气温的影响，从而降低土壤温度下降幅度。HG处理积雪厚度远小于其它处理，其土壤温度变化最剧烈，土壤冻结和融化速率最快。浅层土壤(0～30cm)UG79和UG99处理土壤温度明显高于HG处理，而在深层100cm深度处三种放牧条件下土壤的温度变化趋势基本一致，放牧对深层土壤温度的影响有限。
　　2、土壤冻结期，UG99“聚墒区”分布范围最广，且集中在牧草根系发达区域，对牧草根系层的储水保墒效果最佳。土壤消融期，土壤液态含水量高于冻融前，表层土壤UG99液态含水量增加幅度大于UG79和HG处理，其最大值达到了0.19m3/m3，“冻后聚墒”效应最为明显，为春季植被的生长发育提供了良好的水分环境。
　　3、锡林郭勒草原CO2排放通量主要集中在生长季和非生长季的解冻期。尽管解冻期对于全年CO2排放量的贡献很低，但其CO2累积释放量占非生长季排放量的50％以上，在年际尺度上对CO2的排放起促进作用。CO2排放通量与土壤温度表现出极显著正相关关系，但与土壤含水量无显著相关关系。
　　4、在土壤冻结期（11月～2月），不同处理部分土层表现为弱“汇”，而土壤解冻期N2O存在脉冲式集中释放，在全年排放总量中有着举足轻重的作用。土壤温度及含水量对N2O影响相对复杂，研究区N2O排放与土壤温度水分无显著的相关性。非生长季和冻融期HG处理N2O累积排放通量高于UG79、UG99处理，其原因可能与研究样地以及放牧年限有关。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状与分析

1．2．1 冻融期土壤水热效应研究进展

1．2．2 季节性冻土区温室气体排放研究进展

1．2．3 冻融影响土壤温室气体排放的机理及固碳减排措施

第二章 试验地点及方法

2．1 试验地概况

2．1．1 地理位置

2．1．2 地貌特征

2．1．3 气候特征

2．1．4 土壤及植被特征

2．2 试验设计

2．3 试验方法

2．3．2 土壤冻结深度、雪深及雪融水量监测

2．3．3 土壤贮水量计算

2．3．4 气体采集与分析

2．4 数据分析及处理

第三章 不同放牧条件下土壤冻融期水热动态变化

3．1 引言

3．2 结果与分析

3．2．1 不同放牧条件下冻融土壤温度变化

3．2．2 不同放牧条件下冻融土壤水分变化

3．2．3 不同放牧条件下积雪消融、土壤冻结深度变化过程

3．3 讨论

3．3．1 放牧程度对冻融期土壤水热状况的影响

3．3．2 放牧程度对土壤冻融过程的影响

3．4 本章小结

第四章 不同放牧条件下土壤冻融期温室气体排放特征

4．1 引言

4．2 结果与分析

4．2．1 冻融作用特征及积雪厚度变化

4．2．2 不同放牧条件下土壤冻融期CO2通量特征

4．2．3 不同放牧条件下土壤冻融期N2O通量特征

4．2．4 土壤温度、含水量对CO2、N2O排放通量的影响

4．2．5 不同时期CO2、N2O总排放通量及其贡献

4．3 讨论

4．3．2 不同放牧条件下土壤冻融期N2O排放

4．3．3 温度、舍水量对土壤CO2、N2O排放的影响

4．3．4 非生长季解冻期温室气体总通量及其贡献

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 主要结论

5．1．1 冻融作用显著影响不同放牧条件下土壤水热状况

5．1．2 不同放牧条件下土壤冻融期N2O、CO2排放规律

5．2 展望

参考文献

致谢

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