全新世毛乌素沙地陆地生态系统碳库变化研究

是自然还是人类活动导致8000以来大气CO2浓度的升高是当前全球古碳循环研究的热点，它对理解气候变化、人类活动与碳循环之间关系具有重要的意义。本研究从陆地生态系统碳循环自然变化的角度，以我国季风边缘区毛乌素沙地全新世以来沙漠及其碳循环变化为重点，通过地质记录的粒度、孢粉指标恢复沙漠和植被时空变化，基于植被反演方法定量化重建气候要素，利用本课题组新发展的陆地生态系统古碳循环模型（PCM）模拟植被和土壤碳库的变化，进而获得全新世以来气候变化下沙漠空间演化及其碳库变化的关系，揭示干旱区沙漠自然演化下碳库变化对大气CO2浓度变化的可能贡献，评价季风区陆地生态系统变化对全球碳循环的影响。同时，对6000年前后全新世大暖期（全球增温约1－2℃）沙漠区碳库变化的研究，为评估未来增温2℃场景下该区植被响应及"碳汇"潜力提供理想的历史"相似型"。

过去不同气候条件下陆地生态系统植被演替和碳库变化规律，是预测未来全球增暖情形下陆地生态系统碳循环趋势的重要基础。本研究基于我国季风区植被类型和气候特征，建立了新的植被类型生物群区化方案，并实现末次盛冰期以来北方沙漠区植被时空演替的定量化重建。末次盛冰期，沙漠范围最大，为荒漠植被；冰消期以来，随着全球温度升高，沙漠向北收缩，草原植被扩张；全新世中期（全球温度比现在高约1-2ºC），我国东部沙地基本被草原或森林草原所覆盖，西部沙漠则略有收缩；全新世后期，东部沙地再次扩张，植被退化发展到现在格局。由于植被演替所指示的干湿过程滞后于低纬太阳辐射、大气CO2浓度和北半球高-低纬温度梯度的变化，而与海平面升高具有很好的一致性，因此海平面上升可能是导致我国北方沙漠区变湿的重要因素之一。原因在于我国广泛发育浅的大陆架随着盛冰期以来海平面升高，导致北方沙漠区离海洋的距离显著减少，使得更多水汽能到达内陆沙漠区。. 在第一代陆地生态系统古碳循环模型（PCM1.0）基础上，新增植物碳同位素分馏模拟，发展了第二代模型（PCM2.0），新模型能更加准确模拟植被和土壤碳库的变化。结合本研究完善的我国第四纪孢粉数据库，获得不同气候条件下我国陆地生态系统碳库变化特征。从末次盛冰期到全新世中期，碳库增加~25 Pg C（北方沙漠区增加~7 Pg C），表现为“碳汇”；而从全新世中期到现代自然状态，碳库则降低~15 Pg C（北方沙漠区减少~3 Pg C），表现为“碳源”；揭示末次盛冰期以来我国季风区陆地生态系统碳库变化对全球碳循环具有重要的影响，对全新世中后期大气CO2浓度升高具有一定的贡献，全球温度升高将导致我国碳库增加。上述结果为我国陆地生态系统，尤其是季风边缘干旱-半干旱区，在未来全球变暖背景下碳循环的“源汇”效应提供了自然演化的参考。