气候变化和放牧活动对高寒草地碳循环影响的模拟研究

This research revolves around the hot spot, which is the impact mechanism of climate change and grazing disturbance on carbon cycling in grassland ecosystem, and selects northern Tibet alpine grassland as the object. Based on localized grazing experiments and semi-localized field experiments, it uses Century Model as ecosystem processing model, combines parameter methods such as sensitivity analysis and genetic algorithm, analyzes essential driving factors influencing the primary production and carbon cycling in alpine grassland ecosystem process, simulates the responses and regulation mechanisms of northern Tibet alpine grassland carbon cycling to climate change, discusses the impact of grazing on carbon sequestration of alpine grassland ecosystem, evaluates the carbon sink potential of northern Tibet alpine grassland under the climate change and grazing disturbance. The study supplies theoretical bases and technological supports for the proper distribution of grazing intensity on alpine Stipa purpurea grassland, pattern optimization of animal husbandry and sustainable development of grassland ecosystem. Further, it builds a concrete foundation for the country to fulfill the Global Framework Convention on climate change and participate in the relevant negotiation.

本项目研究围绕“气候变化和放牧干扰对草地生态系统碳循环的影响机制”这一热点问题，选择藏北地区高寒草原为研究对象，开展定位放牧试验和半定位野外考察基础上，应用生态系统过程模型CENTURY模型进行模拟，结合敏感性分析和遗传算法等参数选择的方法，分析高寒草地生态系统过程中影响净第一性生产力和碳循环的关键驱动因子，模拟分析藏北高寒草原碳循环过程及其对气候变化的响应及其调控机制，探讨放牧干扰对高寒草原生态系统碳吸收能力的影响，提出气候变化和放牧干扰条件下藏北高寒草地生态系统碳汇潜力，为高寒紫花针茅草原放牧强度的合理布局和畜牧业生产模式的优化以及草地生态系统的可持续发展与科学管理提供科学依据和技术支撑，并为我国履行“全球气候变化框架公约”、参加有关的全球气候变化国际谈判提供科学基础和技术支撑。

藏北地区紫花针茅草原是高寒草原中最重要的代表性的类型，其生态系统极其脆弱，在未来气候变化背景下，生态系统功能的维持非常重要。而放牧是紫花针茅草原最主要的人类干扰方式，对于放牧干扰下草地生态系统功能变化的研究，是草地生态系统恢复与合理利用工作中重要的内容。我们的研究结合定位放牧试验和半定位野外考察，分析我国藏北高寒草原的碳循环过程及其对全球变化的响应及其调控机制，探讨紫花针茅草原生态系统功能对放牧干扰的响应和适应机制。.结果表明：（1）日尺度的紫花针茅高寒草原的总第一性生产力（GPP）季节波动较为显著。GPP与温度极显著正相关，而与土壤含水量不存在显著相关性，NEE与土壤含水量负相关极显著，相关系数达到-0.93，而与温度不存在显著相关性。.（2）藏北地区高寒草地植被年净第一性生产力（NPP）空间分布规律受藏北水热条件的制约呈水平地带性分布。藏北地区多年平均NPP为47.7 gCm-2a-1，NPP的年际变率相对较大。而88.61％的藏北地区NPP的年际变化不显著。.（3）在1981年至2004年期间，藏北地区草地NPP与年降水相关关系未达到0.05显著水平的区域面积最大，占草地总面积的66.53％；藏北地区草地NPP与年均温度的空间相关关系不显著的区域面积达到草地总面积的96.51％。.（4）藏北草原放牧试验结果表明，紫花针茅高寒草地植被地上生物量和植被盖度在不同放牧强度下均具有显著性差异。适度放牧会增加CO2的排放，但过牧则会导致CO2排放的降低。禁牧样地的群落丰富度指数、多样性指数均显著高于休牧和自由放牧样地，而禁牧3a和5a显著高于禁牧7a。禁牧5a不仅维持较高的高寒草甸物种多样性，而且还能够明显提高高寒草甸可利用生物量。