放牧和鼢鼠活动影响青藏高原高寒嵩草草甸温室气体地气交换观测研究

The alpine meadows are primarily natural ecosystems on the Qinghai-Tibetan Plateau. Overgrazing and burrowing behavior of plateau zokors (Myospalax fontanierii) resulted in degradation of the alpine meadows. Until now, the annual cumulative fluxes and the effects of grazing and burrowing behaviors on them have remained unclear. In this study, we plan to conduct year-round measurements of methane (CH4), nitrous oxide (N2O) and carbon dioxide (CO2) fluxes and environmental factors for treatments of different grazing intensities for long term and different ages of mound burrowed by plateau zokors in typical alpine Kobresia humilis and Kobresia pygmaea communities, using static opaque chamber-gas chromatograph and eddy covariance methods. The aims of the study are to (a) characterize the seasonal and annual trends of CH4, N2O and CO2 fluxes and the main driving factors of fluxes for the typical alpine meadows on the Qinghai-Tibetan Plateau; (b) quantify the cumulative fluxes of CH4, N2O and CO2 in nongrowing season and annual scale; (c) evaluate the effects of long-term overgrazing and burrowing behavior of plateau zokors on the greenhouse gas fluxes and the mechanisms to influence the fluxes.

高寒草甸构成青藏高原自然生态系统的主体，过度放牧和鼠类活动导致高寒草甸退化，但是目前对高寒草甸周年温室气体地气交换总量及其受放牧和鼠类活动的影响程度尚不清楚。本项目计划采用静态暗箱-气相色谱法和涡动相关法相结合，对高寒嵩草草甸长期不同放牧强度处理和不同年份鼢鼠土丘甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）和二氧化碳（CO2）地气交换通量及相关环境要素进行两周年的野外连续观测，以表征青藏高原典型高寒嵩草草甸温室气体地气交换通量的季节和年际变化特征，揭示其主控因子；准确定量非生长季贡献和全年累计交换量；综合评估过度放牧和鼠害加剧对高寒嵩草草甸温室气体地气交换的影响程度及其机制。预计通过本项目研究，能够极大地降低我国高寒草地温室气体源、汇强度估算的不确定性，为系统评估放牧和鼠类活动对我国高寒草地温室气体交换的影响提供实验研究基础。

高寒草甸构成青藏高原自然生态系统的主体，过度放牧和鼢鼠鼠害加剧高寒草甸退化，目前对退化高寒草甸区域温室气体收支状况及其受放牧和鼠类活动的影响程度仍缺乏系统研究。本项目基于两周年原位综合观测、历史文献收集、活动数据调查和排放因子方法，建立了青藏高原东缘基础数据库（含温室气体交换通量和环境变量、土地利用历史、草地管理方式和鼠害分布数据集），明确了青藏高原东缘典型高寒草甸（高寒矮嵩草草甸、金露梅灌丛草甸和小嵩草草原化草甸）温室气体地气交换通量的时空分布特征及其决定要素，定量评估了鼢鼠鼠害加剧对高寒草甸生态系统作为温室气体吸收汇功能的影响和机制，揭示了放牧高寒草甸区域温室气体热点排放源的贡献，系统评估了放牧高寒草甸区域温室气体收支状况、各种源汇贡献和过度放牧影响。研究成果表明：（1）未来全球变暖对高寒草甸甲烷（CH4）吸收汇的促进作用相对较弱，相反，通过延长土壤冻融持续时间，显著激发高寒草甸特别是金露梅灌丛草甸冻融期和周年氧化亚氮（N2O）排放。（2）过度放牧导致高寒草甸退化后，鼢鼠鼠害加剧，鼢鼠土丘面积的增加显著削弱高寒草甸生态系统对氮素的持留能力和作为温室气体吸收汇的功能。（3）高寒草甸开垦为种植饲草的人工草地后，CH4吸收对于温度变化的敏感性增强，对未来全球变暖的反馈和响应程度将更为剧烈；施肥不仅促进了生长季N2O排放，更重要的是激发了非生长季冻融期排放。人工草地和家畜圈舍的面积仅占高寒草甸区域总面积的14.6%和0.07%，但N2O排放通量是高寒草甸生态系统的3.7倍和260~330倍，因此，其累计排放量占到区域总排放的34%和10%，成为区域热点排放源。（4）放牧高寒草甸区域CH4和N2O排放量约是高寒草甸生态系统CH4吸收量和N2O排放量的8.5和2倍，这意味着，过度放牧激增了高寒草甸区域温室气体排放。以上研究成果为准确定量青藏高原退化高寒草甸对于全球变化的贡献以及减缓放牧高寒草甸区域温室气体排放提供了基础数据和评估依据。