天山高山草地生态系统固碳潜力研究

This project will accurately estimate the carbon storage and carbon sequestration rate of grassland ecosystems by using the field survey, historical investigation,long-term observation data of field study station, GIS and model simulation methods, determining the current situation of carbon sequestration and carbon sequestration potential, and its influence mechanism in grassland ecosystems, elucidating the biological process of vegetation and soil carbon sequestration and driving mechanism during the succession period for the natural grassland, discussing the regulating effect for carbon accumulation under multi-objective management and environment change, exploring the ways of appropriate grassland management and technology and methods of improving carbon sink，finding the usual quantitative methods of grassland soil carbon sequestration rate and potential, analyzing the grassland carbon storage and carbon sequestration potential under background of climatic and environment change, building integrated management mode and quantitative method system for soil carbon improving and quantification of soil carbon sequestration potential. These can help providing a scientific basis for terrestrial ecosystem management, reducing carbon emission, improving carbon sink, formulating the carbon trade policy and reasonable GHGs inventory and performing the international conventions on climate change for China.

本项目采用实地调查、历史考察资料和野外台站长期定点、定位观测数据、GIS和模型相结合的方法，估算研究区域草地生态系统碳储量与固碳速率及其时空格局，摸清草地生态系统固碳现状和固碳潜力及其影响机制；阐明天然草地演替过程中，植被和土壤固碳的生物学过程与驱动机制；探讨草地生态系统多目标管理和环境变化对碳积累过程的调控作用；探索合适的草地管理以及增汇技术措施、途径和方法；找出普适性的草地土壤固碳速率与潜力的量化方法；科学分析气候和环境变化背景下草地土壤碳储量和碳汇潜力的情景；构建支持提高土壤增碳的综合管理模式和量化土壤固碳潜力量化方法体系，为我国减排与增汇为目的陆地生态系统管理，制定相应的碳贸易政策，合理提出温室气体排放清单以及履行气候变化国际公约提供科学依据。

该项目依据研究内容和研究目标对高寒草原植被特征、土壤有机碳库储量、CO2释放量，及对其产生影响的因素及机制进行了一系列的分析研究；揭示了不同放牧管理措施对土壤有机碳密度的影响，以及由此改变的环境因素与土壤有机碳密度的关系；阐明了温度与水分对生长季和非生长季高寒草原生态系统呼吸通量（包括异养呼吸和自养呼吸）的影响；估算了高寒草原的有机碳库储量及固碳潜力。研究结果表明，中度放牧管理下高寒草原土壤有机碳密度（SOCD）值最大，在1.31-3.72 g cm-2之间， 其他放牧管理SOCD由大到小依次为禁牧、轻度放牧、重度放牧。SOCD与牧草（禾本科和莎草科）重要值的拟合结果表明为线性正相关，但不显著（R2=0.05，P=0.31）。高寒草原土壤有机碳库积累与生物多样性有一定关系。具体表现为SOCD与群落丰度、物种丰富度具有显著线性正相关关系（R2=0.42，P=0.001；R2=0.20，P=0.037）。植被净初级生产力也决定了SOCD的大小，其中研究发现SOCD与群落总盖度正相关，差异不显著（R2=0.10，P=0.143）。土壤湿度显著增加了SOCD（R2=0.32，P=0.006），湿度每增加10%，SOCD随之增加0.41 g cm-2。相反，SOCD与土壤容重的线性拟合为显著负相关（R2=0.26，P=0.015）。土壤有机碳与土壤全氮、全磷表现为显著正相关关系（R2=0.97，P<0.001；R2=0.14，P<0.001）。天山高寒草原土壤异养呼吸占草地生态系统总呼吸的78.5%。在非生长季节，草地生态系统总呼吸、土壤异养呼吸和土壤自养呼吸CO2释放量分别占生长季节CO2释放量的12.9%, 14.1% and 11.4%。综合分析得出，巴音布鲁克高寒草原的有机碳储量为315.39±139.70 Tg C（1 Tg=1012 g），而其固碳潜力为431.46 Tg C，是其当前碳储量的1.4倍。由此可见，合理利用草地，优化畜牧产业，将会有更大的固碳空间及潜力可开发。