牦牛放牧对高寒草甸生长季CO2通量的影响

摘要

高寒草甸是青藏高原主要草原类型之一，放牧是高寒草甸最重要的利用方式。青藏高原的环境变化，包括气温升高和人类活动增强等，改变了高寒草甸的碳平衡。青藏高原开展了大量增温与放牧试验，就放牧对高寒草甸碳吸收与排放的影响的研究至今仍显不足。因此，于2015~2016年生长季在高寒草甸连续观测牦牛放牧生态系统碳吸收与排放的动态，模拟最大光合有效辐射(potential photosynthetically active radiation，PARpot）对放牧系统潜在净生产力的影响，测定牦牛粪斑对高寒草甸CO2通量动态变化的作用。得到以下主要结果：　　1）放牧样地的生态系统生产力（net ecosystem production，NEP）、生态系统呼吸(ecosystem respiration，Re)与围封样地同步变化。NEP呈明显的日变化规律，即7:30am至7:00pm，草地生态系统处于碳吸收阶段，7:00pm至次日7:30am，草地生态系统处于碳排放阶段。放牧、围封样地的Re呈双峰曲线变化趋势，即在正午12:00~14:00之间出现最高峰值，在6:00~8:00am之间出现最低波谷。除试验初期外，其他观测时间放牧样地NEP的日间碳吸收速率均显著小于围封样地（P<0.05），夜间碳排放速率亦显著低于围封样地（P<0.05），放放牧样地Re均显著较围封样地低（P<0.05）。　　2）放牧通过显著降低地上生物量（P<0.05），显著降低总初级生产力（gross primary production，GPP）和Re，最终导致NEP显著降低（P<0.05）。放牧样地两年GPP、Re、NEP总量分别为319.08g C·m-2、230.28g C·m-2和88.65g C·m-2，分别较围封样地低40.94％、35.01%和52.28%（P<0.05），放牧对NEP的影响大于Re。　　3）影响NEP变化的主要因素是光合有效辐射（photosynthetically active radiation，PAR），且NEP与PAR之间呈对数函数关系。影响Re的主要因素是5cm土壤温度，二者之间呈指数函数关系，且围封样地与5cm土壤温度的关系大于放牧样地。Q10的变化趋势在生长季各月份均呈围封>放牧，即放牧降低了Re对5cm土壤温度的敏感性。　　4）通过模拟最大光合有效辐射的试验发现，放牧样地年均潜在总初级生产力（potential gross primary production，GPPpot）、GPP为11.35和8.99μmol·m-2·s-1，分别较围封样地显著低51.91%和48.69%（P<0.05）；放牧样地年均生态系统潜在净生产力（potential net ecosystem production，NEPpot）、NEP为6.79和3.20μmol·m-2·s-1，分别较围封样地显著低53.40%和55.86%（P<0.05）；放牧样地年均Re为5.79μmol·m-2·s-1，分别较围封样地显著低36.30%（P<0.05）。模拟最大PAR后，降低放牧、围封NEPpot与最大光合有效辐射（potential gross primary production，PARpot之间的相关性与敏感性。　　5）放牧样地的NEPpot随着PARpot、5cm土壤温度的增加而呈增加趋势。围封样地的NEPpot随着5cm温度的升高、光照强度的增加出现明显的阈值，即当PAR为1875μmol·m-2·s-1，5cm土壤温度为19.75℃时，NEPpot达到最大值。　　6）粪斑覆盖后，6、7、8月草甸CO2平均CO2排放速率分别增加0.61倍、2.96倍和3.16倍（P<0.05），各月CO2通量与5cm土壤温度呈显著相关性。粪斑的覆盖可降低6、7月CO2通量变化对土壤温度的敏感性，提高8月的温度敏感性。研究结果可为正确评估牦牛放牧对青藏高原高寒草甸碳收支平衡及对温室气体排放提供理论依据。

目录

第一章 引言

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究进展

1.3 科学问题及研究创新点

第二章 材料与方法

2.1试验区自然概况

2.2试验设计

2.3 地上生物量

2.4数据处理

第三章 放牧对生态系统碳固定与排放的影响

3.1引言

3.2试验方法及数据处理

3.3结果

3.4 小结

第四章 放牧对生态系统潜在净生产力的影响

4.1引言

4.2 研究方法

4.3 研究结果

4.4小结

第五章 牦牛放牧草地粪斑CO2通量动态研究

5.1引言

5.2试验方法

5.3研究结果

5.4小结

第六章 讨论与结论

6.1放牧对CO2通量的影响

6.2环境因素对CO2通量的影响

6.3结论

6.4展望

参考文献

在研期间的科研成果

致谢