干旱内陆河流域典型生态系统土壤碳模拟研究

It is more significance for regional social and economic of simulation and investigating of soil carbon cycle in different ecosystems (artificial oasis, natural oasis, desert, and farmland) in a typical arid inland river basin. In this study, use the field measurements and laboratory analysis combinating of theoretical analysis and mathematical statistics to analyze of soil physics, hydrology, ecology, then simulate and investigate internal ecosystem and seasonal soil respiration, based on measurement the changes of soil organic carbon cycle, and analysis of a typical inland river basin ecosystem. Explore the impact factors of soil carbon (organic) and soil respiration changes. Combination of soil ecosystem of plants, water, meteorological factors investigated, simulated a typical arid inland river ecosystems, soil carbon changes law and coupling relationships between water and heat conditions. Through the different ecosystems and the seasonal variation of soil carbon analog relationship with the environment, explaining the typical arid ecosystems, soil carbon cycle and its dynamics, and predict future trends of soil carbon, soil organic carbon. At last, analyze regional atmospheric CO2 variation and its significance to global warm.

以干旱地区内陆河流域典型生态系统（人工绿洲、天然绿洲、沙漠、农田）为主调查土壤碳循环及其变化，将具有重大的社会和经济意义。本研究应用土壤物理学、水文学、生态学等领域的知识，采用野外定点测定和室内分析相结合、理论分析和数理统计相结合，通过对内陆河流域典型生态系统中土壤呼吸日和季节变化过程监测、土壤有机碳循环测定，分析内陆河流域的典型生态系统中土壤呼吸变化、土壤有机碳循环过程， 探讨影响土壤碳（有机）变化的因子。结合土壤生态系统中的植物、水分、气象因子的调查，模拟干旱内陆河典型生态系统土壤碳变化规律以及与当地的水热条件的耦合关系，分析不同生态系统土壤中碳产生、分布和释放的循环规律。通过对不同生态系统土壤碳季节变化及与环境关系的模拟，解释干旱地区典型生态系统土壤碳循环过程及其动力，并预测未来土壤碳变化的趋势，分析土壤中的有机碳的变化规律及对大气CO2的意义，非富我国土壤循环的研究。

森林与草原是干旱内陆河流域上游的典型生态系统，其储存了流域土壤有机碳的主要部分。由于上游山区地形复杂，土壤有机碳具有强异质性，为土壤碳的模拟带来不确定性。坡向和坡位则是影响山地生态系统土壤有机碳小尺度变异的重要地形因子，为山地土壤有机碳储量的准确估算带来不确定性。研究坡面尺度上有机碳的分布特征及影响因素，对理解山地小尺度上土壤有机碳的变异特征及坡向和坡位在土壤有机碳累积中的作用具有重要意义，可以为山地土壤有机碳储量的准确估算提供理论依据和数据支撑。本研究在植被分布对坡向和坡位具有显著响应的祁连山森林草原带选取了3座具有完整坡向和坡位梯度的山，在坡面尺度上研究了土壤有机碳含量和密度的分布特征及影响因素。结果表明坡向和坡位对有机碳含量和密度的分布具有显著影响。有机碳含量的坡位分布模式在不同朝向坡面不同。表层有机碳密度（0-20 cm）占整层（0-60 cm）的比例接近50%，说明表层土壤是主要的碳库。0-60 cm有机碳密度在南坡、西南坡、西坡和北坡分别为：10.50±0.48、11.77±0.40、17.72±0.68和33.11±1.80 kg m-2，北坡约为南坡的3.15倍，坡向差异远高于其他研究。坡向和坡位对坡面辐射量、土壤含水量和养分的再分配，是影响坡面尺度有机碳变异的根本原因。强的辐射量一方面提高土壤温度，加速有机碳矿化。另一方面，降低坡面土壤含水量，进而降低植被生物量，导致进入土壤的凋落物减少。土壤有机碳与土壤含水量的关系及坡面氮磷分布特征表明，坡位对坡面水分和养分的再分配，是导致坡位梯度上有机碳变异的根本原因。在祁连山森林草原带山坡区域，坡向和深度可以解释土壤有机碳含量变异的70%以上，且土壤有机碳可以表示为坡向与深度的方程。该有机碳预测方程很好地拟合了观测数据，对其他坡向和区域土壤有机碳也有较好的预测能力。本研究中的有机碳预测模型可以为区域有机碳储量估算模型提供参考，从而提高有机碳储量估算精度。