巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地土壤有机碳库及其稳定性研究

On the basis of previous research, this project will focus on the alpine wetland-Bayanbulak Swan Lake Wetland located in the middle of Tianshan Mountain in Xinjiang. The sampling plots under different surface water condition of well-protected native wetlands in core zone will be set up at the perennial water zone, seasonal water zone and perennial drying zone respectively. By combination of field investigation and laboratory analysis, the soil organic carbon pool characteristics of natural environment gradient will be explored in the Bayinbuluke Swan Lake Wetland. The impact of human activity interference on the alpine wetland soil organic carbon pool will be studied by field investigation and laboratory simulation tests using grazing as the starting point. On the basis of soil carbon pool characteristics under the human activities interference and alpine wetland natural environment gradient and indoor controlled experiments, the stability’s maintenance mechanism of wetland soil organic carbon pool will be clarified using the latest theories and methods of domestic and foreign soil carbon pool dynamic and stable mechanism. Under the support of RS and GIS technology, the multi-scale integrated means will be used to accurately estimate the soil organic carbon pool in the Bayinbuluke Swan Lake Wetland, and the stability of degraded wetland soil organic carbon pool will be assessed in this project, the results will provide a scientific basis for the management of alpine wetland in arid zone.

在前期工作资料基础上，以位于新疆天山中部的高寒湿地—巴音布鲁克天鹅湖湿地为研究对象，在核心区保护良好的原生湿地上依据地表水分条件，分别针对常年积水区、季节性积水区、常年干燥区设置调查样地。通过野外调查与室内分析相结合的方法，探讨自然环境梯度上巴音布鲁克天鹅湖湿地土壤有机碳库特征。同时以放牧为切入点，通过野外调查与室内模拟试验，研究人类活动干扰对高寒湿地土壤有机碳库的影响。借鉴国内外土壤碳库动态及稳定机制研究最新的理论和方法，在系统开展高寒湿地自然环境梯度和人类活动干扰下的土壤碳库特征的基础上，结合室内控制试验，阐明湿地土壤有机碳库稳定性维持机制。在RS和GIS技术的支持下，采用多尺度整合的手段，准确估算出巴音布鲁克天鹅湖湿地土壤有机碳库，并对退化湿地土壤有机碳库稳定性进行评价，为干旱区高寒湿地管理提供科学依据。

以新疆天山中部巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地为研究对象，在保护良好的核心区原生湿地上依据地表水分条件，分别针对常年积水区、季节性积水区、常年干燥区设置研究样带。通过野外调查与室内分析相结合的方法，探明了自然环境梯度上巴音布鲁克天鹅湖湿地土壤有机碳库特征，发现高寒湿地土壤碳组分对水分变化响应敏感，长期淹水区阻止了土壤碳的氧化，从而充当了土壤碳的汇；土壤活性碳组分主要储存在0至30 cm土壤中，土壤从淹水到干旱会增加土壤碳的矿化，并减少土壤碳的储存；高寒湿地演替过程中，沼泽化草甸阶段的土壤结构最为稳定，有机碳含量最高，团聚体内活性碳库比例最高，湿地演替至草甸阶段土壤结构稳定性下降，有机碳含量降低，团聚体内以惰性碳库为主。以放牧、围栏封育、人工草地等人为干扰方式为切入点，评估了人类活动干扰对高寒草地土壤有机碳库的影响，发现开垦草地土壤呼吸显著高于放牧草地与围封草地，开垦草地有机碳含量、微生物碳含量以及土壤总碳量显著低于放牧草地和围封草地，适度人为干扰可有效维持湿地土壤有机碳库规模。植物多样性与土壤碳库稳定性无显著相关；富营养型细菌的酸杆菌门、硝化螺旋菌门、厚壁菌门，真菌的子囊菌门、担子菌门与对土壤碳库稳定性贡献较大，细菌遗传多样性越高土壤碳库稳定性越强；土壤微生物量碳越高，碳源利用多样性越高，土壤碳库越稳定。在RS和GIS技术的支持下，对天鹅湖高寒湿地有机碳进行估算表明，天鹅湖高寒湿地土壤有机碳密度为4.856 kg/m2，植被地上部分有机碳密度为0.140kg/m2，根系有机碳碳密度为1.073kg/m2；天鹅湖高寒湿地天鹅湖湿地总有机碳储量约为46.17×108kg，其中，植物地上部分的总有机碳储量为1.06×108kg，占总有机碳储量的2.31%；土壤总有机碳储量为36.94×108 kg，占80.01%；植物地下部分的总有机碳储量为8.16×108kg，占17.68%。土壤有机碳各层次空间分布特征明显，研究区域东南部的土壤有机碳含量大于西北部土壤有机碳含量，高寒湿地腹地土壤碳含量处于较高水平。研究结果可为干旱区高寒湿地管理提供科学依据。