人类活动对若尔盖高原泥炭地碳通量和碳储量的影响

摘要

泥炭地在全球碳循环中发挥着重要的作用。然而，人类活动对泥炭地碳通量和碳储量的影响研究报道较少。本文选择了四川省若尔盖高原泥炭地（自然、排水和放牧）作为研究样点，研究人类活动对若尔盖高原泥炭地碳排放通量和碳储量的影响，通过快速温室气体分析仪(FGGA)野外原位监测甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)排放通量，并同步观测水位和温度环境因子，以及进行野外植物和土壤样品收集，结合室内实验分析，揭示人类活动对若尔盖高原泥炭地碳通量和碳储量的影响规律，量化其碳通量和碳储量，为我国准确编制湿地温室气体CH4和CO2排放和湿地保护与恢复管理提供科学依据。主要结果表明:
　　(1)若尔盖高原泥炭地CH4排放存在时空变化。①若尔盖高原自然泥炭地CH4排放通量峰值出现在夏季或秋季，排水泥炭地的CH4排放通量季节变化不明显。温度影响CH4排放通量季节性变化，但受到水位制约，水位接近地表或者高于地表，温度对CH4排放通量的影响较强;水位位于地表之下，温度对CH4排放通量影响强度减弱。②若尔盖高原泥炭地CH4排放通量存在年际变化，主要影响因子是水位。③若尔盖高原泥炭地CH4排放存在空间变化，自然泥炭地为CH4排放强源，排水泥炭地为CH4排放弱源，部分区域为大气CH4吸收汇(-0.01±0.01 mg/(m2·h))。自然泥炭地长期性积水微地貌洼地和小丘、过度带平坦地、季节性积水微地貌洼地和干旱小丘在两个生长季（2013和2014年）CH4排放通量的平均值分别为45.46±6.25 mg/(m2·h)、37.48±3.96 mg/(m2·h)、3.61±0.78mg/(m2·h)、5.94±1.58 mg/(m2·h)和3.74±1.06 mg/(m2·h);泥炭地排水后，排水泥炭地1(Ds1，1970s排水)和排水泥炭地2（Ds2，1990s排水）两个生长季CH4排放通量平均值分别为0.06±0.02 mg/(m2·h)和0.84±0.16 mg/(m2·h)。水位是若尔盖高原泥炭地CH4排放通量空间变化的主要影响因子，解释了CH4排放通量变化的79.5％。两个排水泥炭地生长季平均CH4排放通量(0.45 mg/(m2·h))较自然泥炭地降低了97.3％。
　　(2)若尔盖高原泥炭地CO2排放通量存在时空变化。①若尔盖高原泥炭地CO2排放通量峰值出现在夏季，温度和水位影响泥炭地CO2排放通量季节变化，研究发现CO2排放通量与表层(5～30 cm)土壤温度存在显著正相关(P＜0.05);当水位波动幅度较大时，CO2排放通量与水位显著负相关(P＜0.05)，当水位波动较小时，与水位不显著(P＞0.05)。②除了长期积水样点外，若尔盖高原泥炭地CO2排放通量年际变化差异不明显，可能由于空气温度、水位和植物生物量无差异显著(P＞0.05)。③若尔盖高原泥炭地CO2排放通量存在空间变化，自然泥炭地通常较低，排水泥炭地的CO2排放通量显著增加，然而水位降低导致地表干旱，会降低CO2排放通量。自然泥炭地长期性积水微地貌洼地和小丘、过度带平坦地、季节性积水微地貌洼地和干旱小丘的两个生长季（2013和2014年）CO2排放通量平均值分别为143.74±16.49 mg/(m2·h)、443.55±82.01 mg/(m2·h)、522.86±68.72mg/(m2·h)、522.60±84.77 mg/(m2·h)和946.95±136.95 mg/(m2·h);排水泥炭地Ds1和排水泥炭地Ds2的两个生长季CO2排放通量平均值分别为1010.90±79.51 mg/(m2·h)和605.56±100.84 mg/(m2·h)。水位是影响不同样点CO2排放通量空间变化的主要因素，解释了不同样点CO2排放通量变化的67.7％。两个排水泥炭地生长季的平均CO2排放通量(808.23 mg/(m2·h))较自然泥炭地增加了52.7％。
　　(3)三个自然泥炭地生态系统碳储量（土壤和植物）平均值为872.37 t/hm2（761.56～1045.81 t/hm2）;排水泥炭地Ds1和Ds2生态系统碳储量分别为592.49 t/hm2和737.01 t/hm2。泥炭地排水导致了生态系统碳储量下降23.5％，主要是由于土壤有机碳储量下降的原因，泥炭地排水并无显著地影响植物碳储量(P＞0.05)。泥炭地排水导致了土壤有机碳储量平均降低了24.5％（209.99 t/hm2），其原因是泥炭地排水，降低了土壤水位，加速土壤有机质分解，促进CO2排放。
　　(4)短期内湿地放牧活动无显著(P＞0.05)影响CH4和CO2排放通量，但是分析集中放牧时间段（7至9月），放牧显著(P＜0.05)增加CH4排放为54.3％。此外，两种刈割强度模拟放牧也增加CH4排放通量为308.0％和335.9％(P＜0.05)，其原因可能是放牧啃食地表植物，缩短了CH4被氧化的路径距离，增加了CH4排放;另外，两种刈割强度样地的CO2排放分别增加了47.7％和39.7％(P＜0.05)，其原因可能是根呼吸活动增强。
　　(5)长期放牧压力下，泥炭地趋向退化，与对照地比较，中度退化草甸湿地生长季CH4排放通量平均值(0.27±0.27 mg/(m2·h))较对照地(11.31±7.51 mg/(m2·h))降低了97.6％（P＜0.05），而重度退化干旱泥炭地生长季转化为大气CH4吸收汇(-0.05±0.03 mg/(m2·h));中度退化草甸湿地(732.58±240.75 mg/(m2·h))和重度退化干旱泥炭地(1197.52±351.99mg/(m2·h))生长季平均CO2排放通量较对照地(391.93±156.84 mg/(m2·h))分别增加了86.9％和205.5％(P＜0.05)。于是，使得中度退化沼泽草甸湿地和重度退化干旱泥炭地（393.07±95.96 t/hm2和526.48±29.76 t/hm2）生态系统碳储量较对照地降低了64.4％和52.3％，这主要是由于土壤有机碳储量占据生态系统碳储量的主体(98.0％)，泥炭地退化后，使得中度退化沼泽草甸湿地和和重度退化干旱泥炭地土壤有机碳储量（384.73±95.57t/hm2和518.39±33.07 t/hm2）较对照地降低了64.5％和52.4％(P＜0.05)，而植被碳储量无显著影响泥炭地生态系统碳储量的变化(P＞0.05)。土壤有机碳储量的降低的原因可能是过度放牧，导致水位下降和泥炭地退化，增加了土壤表层温度，加速土壤有机质分解，增加CO2排放通量。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 泥炭地CH4的生成、氧化与传输

1．2．2 泥炭地CH4排放通量时空变化

1．2．3 泥炭地CO2排放通量原理

1．2．4 泥炭地CO2排放通量时空变化

1．2．5 泥炭地碳储量

1．2．6 人类活动对泥炭地CH4排放通量的影响

1．2．7 人类活动对泥炭地CO2排放通量的影响

1．2．8 人类活动对泥炭地碳储量的影响

1．2．9 我国泥炭地碳通量和碳储量的研究

1．3 问题及研究趋势

1．4 研究目的和意义

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究意义

1．5 研究内容和技术路线

1．5．1 研究内容

1．5．2 研究技术路线

第二章 研究区概况与研究方法

2．1 研究区概I况

2．1．1 地理位置

2．1．2 地形地貌

2．1．3 气候

2．1．4 土壤和植被类型

2．2 研究方法

2．2．1 气体样品的采集方法

2．2．2 环境因子的测定

2．2．4 植被生物量的测定

2．2．5 土壤剖面取样

2．2．6 室内试验处理

2．2．7 植被和土壤碳质量分数分析测定

2．2．8 土壤全氮和pH测定

2．2．9 数据处理

第三章 若尔盖高原自然和排水泥炭地CH4排放通量

3．1 研究点概况与研究方法

3．1．1 研究点概况

3．1．2 研究方法

3．2 结果与分析

3．2．1 自然和排水泥炭地CH4排放通量季节变化

3．2．2 自然和排水泥炭地CH4排放通量年际变化

3．2．3 自然和排水泥炭地CH4排放通量的空间变化

3．3 讨论

3．3．1 泥炭地CH4排放季节性变化规律与其影响因子

3．3．2 泥炭地CH4排放年际变化规律与其影响因子

3．3．3 泥炭地CH4排放空间变化与其关键影响因子

3．4 本章小结

第四章 若尔盖高原自然和排水泥炭地CO2排放通量

4．1 研究样点和研究方法

4．2 结果与分析

4．2．1 自然和排水泥炭地CO2排放通量季节变化

4．2．2 自然和排水泥炭地CO2排放通量年际变化

4．2．3 自然和排水泥炭地CO2排放通量空间变化

4．3 讨论

4．3．1 泥炭地CO2排放通量季节性变化规律与其影响因子

4．3．2 泥炭地CO2排放通量年际变化与其影响因子

4．3．3 泥炭地CO2排放通量空间变化与其关键影响因子

4．4 本章小结

第五章 若尔盖高原自然和排水泥炭地碳储量

5．1 研究点位置和研究方法

5．1．1 取样点位置

5．1．2 植被和土壤取样

5．1．3 数据统计分析

5．2 结果与分析

5．2．1 植物碳储量

5．2．2 士壤有机碳储量

5．2．3 生态系统碳储量

5．3 讨论

5．3．1 自然和排水泥炭地植物碳储量

5．3．2 自然和排水泥炭地土壤有机碳储量

5．3．3 自然和排水泥炭地生态系统碳储量

5．4 本章小结

第六章 放牧对若尔盖高原泥炭地碳通量的影响

6．1 研究方法

6．1．1 实验设计

6．1．2 CH4和CO2排放通量测量

6．1．3 环境因子观测

6．1．4 数据统计分析

6．2 结果与分析

6．2．1 环境非生物因子和植物生物量

6．2．2 放牧对泥炭地CH4和CO2排放的影响

6．2．3 CH4和CO2排放通量与水位和温度的关系

6．3 讨论

6．3．1 放牧对泥炭地CH4排放的影响

6．3．2 放牧对泥炭地CO2排放的影响

6．4 本章小结

第七章 放牧对若尔盖高原泥炭地碳储量的影响

7．1 研究点概况和研究方法

7．1．1 研究点概况

7．1．2 研究方法

7．2 结果与分析

7．2．1 放牧对泥炭地植物碳储量的影响

7．2．2 放牧对泥炭地土壤容重、有机碳质量分数和有机碳储量的影响

7．2．3 放牧对泥炭地生态系统碳储量的影响

7．3 讨论

7．3．1 放牧对泥炭地植物碳储量的影响

7．3．2 放牧对泥炭地土壤有机碳储量的影响

7．2．3 放牧对泥炭地生态系统碳储量的影响

7．4 本章小结

第八章 结论

8．1 结论

8．2 本研究特色和创新点

8．3 存在的问题和建议

参考文献

在读期间的学术研究

致谢