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AFM:长期围栏禁牧降低高寒草地生态系统呼吸的温度敏感性
2016-01-11

  青藏高原是全球气候变化的预警区和敏感区,也是国家生态安全屏障的关键地区。高寒草地生态系统广泛分布于青藏高原,被认为是对气候变化最敏感和最脆弱的生态系统类型之一。近30年来,高原地区气候变暖明显早于中国及全球的其他地区,升温幅度是全球平均的两倍,同时放牧活动日益加剧。因此,高原地区高寒草地受到气候变化和放牧干扰的双重影响,这增加了其响应气候变化的不确定性,而如何量化气候变化与放牧干扰的相对影响是当前全球变化生态学研究的热点和难点。生态系统呼吸的温度敏感性通常用Q10表示,即温度每升高10℃,生态系统呼吸增加的倍数,它是一个综合反映生态系统变化过程的重要指标。在全球碳循环模型中,Q10是描述碳循环过程的重要参数,在很大程度上决定着全球气候变化与碳循环之间的反馈关系。但是,目前仍不清楚放牧活动是否会影响草地生态系统呼吸的温度敏感性,现有的个别定点模拟实验结果相互矛盾,这种不确定性很大程度上与放牧强度和历史的海拔分异有关。目前仍缺乏在高原腹地沿海拔梯度的长期围栏定位观测研究。

  高寒生态学与生物多样性重点实验室罗天祥研究员课题组,依托中国科学院纳木错多圈层综合观测研究站,于2006年在念青唐古拉山东南坡建立了沿海拔梯度(4400-5200m)的长期围栏定位观测研究平台(图1)。在2012-2013年,对禁牧了7年的6个海拔围栏内、外60个固定样方开展了生态系统呼吸的日动态和季节动态对比观测,结合同期测定的地上/地下生物量、土壤有机碳和气象要素等数据,分析比较了沿海拔梯度围栏内、外生态系统呼吸及其温度敏感性的差异。研究发现:7年围栏禁牧能显著提高高寒草地的地上和地下生物量,其变化率随海拔增加而递减,表明放牧强度随海拔而降低(图2);尽管生物量变化率与呼吸变化率呈显著正相关(图2),但是不同海拔围栏内Q10值整体上显著低于围栏外,尤其是夜间Q10(图3)。研究结果表明,生物量的变化能很好地指示了生态系统呼吸的空间变异,长期围栏禁牧可有效降低高寒草地生态系统呼吸的温度敏感性。这一新认识可为合理评估正在实施的西藏退牧还草等生态建设工程以及为应对气候变化的高寒草地适应性管理提供重要科学依据。

  研究成果已发表于《Agricultural and Forest Meteorology》(第一作者为赵景学博士生,罗天祥研究员为通讯作者)。

  论文链接:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168192315007960 

  本研究得到了中国科学院战略性先导专项B和国家自然科学基金等的支持。

图1. 念青唐古拉山东南坡长期围栏实验平台(始于2006年)

图2.七年围栏禁牧导致的地上、地下生物量和土壤有机碳的变化率随海拔的变化趋势及其与生态系统呼吸变化率的关系。

图3.围栏内、外生态系统呼吸的温度敏感性差异及其随海拔的变化趋势

 
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