检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：杨贵彪中国科学院大学

学位级别：博士

冻土中储存着大量的碳(1300Pg C;1Pg=1015g)和氮(69Pg N)，在全球C、N循环中起着重要作用。持续的气候变暖使全球冻土分布区出现了以活动层厚度增加和热融喀斯特的形成等为标志的冻土融化现象，促使长期封存在冻土中的土壤C、N以二氧化... 详细信息

冻土中储存着大量的碳(1300Pg C;1Pg=1015g)和氮(69Pg N)，在全球C、N循环中起着重要作用。持续的气候变暖使全球冻土分布区出现了以活动层厚度增加和热融喀斯特的形成等为标志的冻土融化现象，促使长期封存在冻土中的土壤C、N以二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)等温室气体的形式释放到大气中，进而可能导致与气候变暖之间的正反馈关系。和活动层厚度增加相比，热融喀斯特的形成能够对区域C、N循环产生更为剧烈的影响，被认为是导致气候变化预测不确定性的重要来源之一。尽管如此，目前关于热融喀斯特发生后温室气体通量变化的观测资料仍然十分匮乏。为此，本论文以青藏高原多年冻土区发育的典型热融沟为研究对象，沿冻土融化时间序列（塌陷时间分别为0、3、12和20年）监测了生态系统CO2、CH4和N2O通量，以揭示三种温室气体通量对热融沟形成的响应。在此基础上，通过测定相关的生物和非生物因素，进一步探究了三种温室气体通量对热融沟形成响应的调控因素。本论文的主要结果如下:　　(1)热融沟的形成显著促进植被生长，改变生态系统CO2通量。沿着冻土融化时间序列，生态系统总初级生产力(GPP)逐渐增大，而生态系统呼吸(ER)却没有发生显著变化。结构方程模型分析的结果显示，生态系统CO2交换的变化主要由冻土融化引起土壤磷有效性增加所致，而非土壤氮有效性的变化。野外氮磷添加控制实验结果进一步证实了这一结论:磷添加显著促进植被生长，而氮添加则没有明显的效应。上述结果意味着冻土融化引起的土壤磷有效性变化在调控生态系统CO2通量中发挥着重要作用。该研究结果促进了学术界对于冻土融化背景下生态系统碳-氮-磷交互作用的认识。　　(2)热融沟的形成促进生态系统CH4排放。和未受热融塌陷干扰的区域相似，热融塌陷早期和中期生态系统CH4排放通量相对较低，但热融塌陷后期CH4通量显著增加，约为未塌陷区域CH4排放通量的3.5倍，达到了北极冻土区沼泽生态系统CH4排放水平。进一步研究发现，热融沟的形成主要通过提高土壤充水孔隙度促进生态系统CH4排放。该研究结果并不支持“山地热融喀斯特的形成会降低土壤水分含量，进而导致生态系统CH4排放量降低”的传统观点，丰富了学术界对山地热喀斯特形成对生态系统CH4通量影响的认识。　　(3)热融沟的形成显著促进生态系统N2O排放。和未受热融塌陷干扰的区域相比，热融塌陷初期生态系统N2O排放通量显著增加。尤其在裸露无植被的区域，其N2O排放通量达到了农田和热带森林生态系统的排放水平。然而，热融塌陷中期和后期生态系统N2O通量没有发生显著变化。方差分解的结果显示，生态系统N2O通量变化主要受非生物因素和生物因素的交互作用调控。该研究证实了“热融喀斯特的形成能够导致生态系统N2O排放增加”的现象，为理解冻土区非C-气候反馈提供了直接的观测证据。　　总体而言，本论文通过野外原位观测和室内分析相结合的方法解析了热融沟发生后温室气体通量的变化及其生物与非生物机制，发现由热融沟形成引起的土壤养分状态变化，特别是土壤磷有效性的变化，促进了植被生长，增加了植物碳固定，减弱了生态系统CO2排放;但热融沟的形成会促进生态系统CH4排放，造成冻土区C排放对气候变暖的非线性响应;热融沟的形成还会导致生态系统N2O排放增加，造成冻土区非C-气候反馈。这些研究结果为准确预测冻土生态系统C、N循环与气候变暖之间反馈关系的方向和强度提供了关键实验证据。

关键词：冻土生态系统温室气体通量热融塌陷响应机制

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人类工程活动影响下冻土生态系统的变化及其对铁路建设的启示

引用

科学通报 2004年第15期49卷 1556-1564页

作者：王根绪姚进忠郭正刚吴青柏王一博中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室兰州大学教育部西部环境重点实验室兰州730000 兰州大学教育部西部环境重点实验室

通过样带与样方结合的调查方法, 从冻土生态系统结构、群落种类、生物多样性以及生物生产力等生态要素和生物生境条件: 如土壤环境、冻土环境等方面研究了青藏公路沿线多年冻土区公路工程干扰迹地生态系统的变化特征. 结果表明, 经过近2... 详细信息

通过样带与样方结合的调查方法, 从冻土生态系统结构、群落种类、生物多样性以及生物生产力等生态要素和生物生境条件: 如土壤环境、冻土环境等方面研究了青藏公路沿线多年冻土区公路工程干扰迹地生态系统的变化特征. 结果表明, 经过近25年的自然恢复, 在生态系统恢复的生物学方面, 高寒草原生态系统明显优于高寒草甸生态系统, 表现在高寒草原的优势建群植物种类已出现并占据优势地位, 局部地带生物物种多样性与种群多度恢复到接近甚至高于自然未干扰草原系统水平; 在土壤环境方面, 高寒草原干扰迹地土壤有机质含量平均减少61.65%, 全氮含量减少52.51%, 但大部分地区其表层土壤养分现状与干旱区主要草原土壤相当, 有利于耐寒旱生物物种生长; 高寒草甸干扰迹地土壤(寒冻雏形土)平均养分含量高于天然寒冻干旱土壤, 保存草甸土壤结构的完整程度对于高寒草甸生态系统恢复至关重要. 受扰动高寒草原生态系统的恢复程度与冻土环境没有明显制约关系, 高寒草甸生态系统的分布和保育与冻土环境关系密切, 受工程活动破坏后恢复困难. 类比青藏公路沿线生态系统变化规律, 提出了青藏铁路建设过程中保护生态环境的几点启示.

关键词：人类工程活动冻土生态系统恢复程度评价青藏铁路铁路建设高寒草甸生态系统

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青藏高原冻土生态系统关键碳循环过程对增温的响应及其机制

青藏高原冻土生态系统关键碳循环过程对增温的响应及其机制

引用

作者：李飞中国科学院大学

学位级别：博士

近几十年来，冻土分布区经历了显著的气候变暖，造成多年冻土出现不同程度的融化，使得冻土中长期封存的有机碳以CO2和CH4的形式释放到大气中，进而对气候变暖形成强烈的正反馈。截止目前，尽管早期的研究关注了冻土生态系统碳循环关键... 详细信息

近几十年来，冻土分布区经历了显著的气候变暖，造成多年冻土出现不同程度的融化，使得冻土中长期封存的有机碳以CO2和CH4的形式释放到大气中，进而对气候变暖形成强烈的正反馈。截止目前，尽管早期的研究关注了冻土生态系统碳循环关键过程对增温的响应，但其生物学和非生物学调控机制仍不清楚。并且，目前关于冻土碳循环对气候变暖响应的研究绝大多数均集中在北极冻土区，而来自其他冻土区的观测证据十分缺乏。青藏高原是世界上面积最大的高海拔冻土分布区，储存着大量有机碳。和北极地区一样，青藏高原冻土分布区也经历了显著的气候变暖，进而为研究冻土区碳循环过程对气候变暖的响应提供了理想场所。为此，本论文以位于青藏高原多年冻土分布区的一个典型的沼泽化草甸为研究对象，采用开顶箱(OTCs)增温方法，基于连续3个生长季的野外观测探究了生态系统CO2净交换、土壤呼吸、土壤碳库及其分子组成以及CH4通量对增温的响应;同时在测定一系列生物和非生物因素的基础上，解析了生态系统主要碳交换过程及土壤碳库对增温响应的调控机制。本论文的主要结果如下:　　(1)2014-2016连续3年的野外观测结果显示，OTCs模拟增温导致表层土壤温度增加了1.6℃，但对土壤水分没有显著影响。在整个生长季尺度上，增温对生态系统总初级生产力、生态系统呼吸以及生态系统CO2净交换均没有显著影响。然而，生态系统碳交换对增温的响应在生长季不同时期表现出不一致的规律。在生长季前期，增温显著促进了生态系统碳吸收，而在生长季后期，这种促进作用消失。进一步的研究发现，增温导致生长季前期生态系统总初级生产力的增加主要和土壤温度和归一化植被指数(NDVI)的增加密切相关;而在生长季后期，增温对生态系统总初级生产力的促进作用消失主要是由于叶片氮磷浓度下降所致。上述结果表明，青藏高原冻土生态系统碳循环对气候变暖的响应受叶片氮磷浓度限制，这一发现并不支持学术界关于“气候变暖引起的养分变化有利于生态系统碳固定”的传统认识，意味着气候变暖背景下养分对冻土生态系统碳循环的调控比以往预想的更为复杂。　　(2)2014-2016连续3年的野外观测结果显示，增温显著改变了生态系统碳输入和输出过程，导致土壤碳组分在增温实验设置的第4年发生显著变化。具体来讲，增温对地上生物量没有显著影响，但显著增加了表层(0-10cm)根系生物量，表明生态系统输入至地下部分的碳在增加。与此同时，增温显著增加了土壤呼吸及其组分，且土壤异养呼吸增加的比例大于土壤自养呼吸，表明生态系统碳输出也在增加。进一步研究发现，增温对土壤有机碳库没有显著影响，但显著改变了表层(0-10 cm)土壤有机质分子组成。具体来讲，增温显著降低了芳香碳组分(主要为木质素)的丰度，增加了烷基碳组分的丰度，增温处理下降低的木质素含量主要由酚氧化酶活性增加所致。这些结果表明青藏高原冻土生态系统土壤碳过程对气候变暖敏感，进而可能导致冻土碳循环与气候变暖之间形成强烈的正反馈。　　(3)2014-2015年连续两年的野外观测结果显示，沼泽化草甸CH4通量呈现明显的季节变化特征，总体上表现为净CH4排放。进一步研究发现，和土壤呼吸对增温响应十分敏感不同(Q10=4.0，且增温显著促进土壤呼吸速率)，增温并没有显著改变CH4通量。对应地，增温也没有改变与CH4产生过程密切相关的环境(土壤含水率、质地和pH)、底物(乙酸)和微生物因素(mcrA和pmoA基因丰度)。但是，增温显著增加了CH4产生潜势和氧化潜势，意味着增温可能会同时增加了CH4的产生和排放，其相互抵消导致CH4通量对增温没有明显的响应。这一结果表明青藏高原冻土区CH4排放过程对气候变暖的响应并没有之前想象的那样强烈，冻土碳-气候反馈关系的强度可能主要取决于土壤CO2排放过程。　　综上所述，本论文解析了青藏高原冻土生态系统碳循环关键过程对增温的响应及其调控机制，发现增温引起的养分变化限制了生态系统碳循环对气候变暖的响应，增温引起生态系统碳输入和输出的改变导致土壤有机质分子组成发生了显著变化，增温对CH4排放没有显著的影响。以上这些结果对认识高寒冻土生态系统碳循环特征具有重要意义，同时为模型模拟冻土生态系统碳循环与气候变暖之间的反馈关系提供了数据基础。

关键词：冻土生态系统气候变暖碳循环土壤呼吸

来源：评论

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我国冻土生态系统碳氮磷循环过程、机制及演化趋势研究进展

引用

中国基础科学 2024年第5期26卷 53-59页

作者：杨元合张典业白宇轩王媛媛朱彪效存德徐希燕中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室北京100093 国家植物园北京100093 中国科学院大学资源与环境学院北京101408 北京大学城市与环境学院生态研究中心地表过程分析与模拟教育部重点实验室北京100871 北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 中国科学院大气物理研究所东亚区域气候-环境重点实验室北京100029

准确揭示多年冻土区碳源汇特征及其演化趋势对降低我国陆地生态系统碳源汇评估中的不确定性、实现“碳中和”目标具有重要意义。自国家重点研发计划项目启动以来,研究团队阐明了多年冻土区碳氮磷循环关键参数的空间格局和驱动因素,构建... 详细信息

准确揭示多年冻土区碳源汇特征及其演化趋势对降低我国陆地生态系统碳源汇评估中的不确定性、实现“碳中和”目标具有重要意义。自国家重点研发计划项目启动以来,研究团队阐明了多年冻土区碳氮磷循环关键参数的空间格局和驱动因素,构建了多年冻土区首个全生态系统增温实验平台,解析了碳氮循环关键过程对气候变暖等全球变化要素的响应机制,揭示了热融湖塘甲烷(CH4)排放、可溶性有机质降解以及微生物分布特征。项目取得的阶段性成果有望为实现我国“碳中和”战略目标提供科技支撑。

关键词：冻土生态系统碳氮磷循环全球变暖多年冻土融化热喀斯特地貌形成全生态系统增温实验

来源：评论

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