太白山高海拔区植被生产力和土壤保持能力的长期演变过程研究

Vegetation productivity and soil conservation ability are the two important aspects of mountain ecosystem service. However, the empirical analysis of the evolution of vegetation productivity and soil conservation ability is still lacking, mainly due to the lack of study on proxies. Selecting the proxies of modern vegetation productivity and soil conservation ability, and then focusing on the historical analysis of sediments, can provide a new perspective for the evolution of ecosystem service. This project plans to focus on sediment core from Paomaliang Swamp (3556 m a.s.l.) on Taibai Mountain as the typical research area, where the vegetation is very sensitive to climate change. On the basis of existing research, we focus on the analysis of surface soil pollen, total organic carbon and total nitrogen along the elevation gradient on the southern slope of Taibai Mountain. Based on their relationship with the net primary productivity, the proxy of vegetation productivity will be determined. Meanwhile, the analysis of 137Cs and 210Pb, particle size composition and mineral magnetism in the surface sediment and soil profile will be done, to determine the proxy of soil conservation ability. Then related proxies will be used to restore the evolution of vegetation productivity and soil conservation ability as well as their relationship. This study can provide a scientific basis for studying the dynamics of mountain ecosystem service in the context of future global change.

植被生产力和土壤保持能力是山地主要的生态系统服务。当前有关植被生产力和土壤保持能力演化的实证分析依然缺乏，主要原因在于缺少代用指标的选取研究。寻找现代植被生产力和土壤保持能力的代用指标，进而基于沉积物的历史痕迹分析，可为解析以上两方面主要生态系统服务的演变提供新的视角。本研究选择植被对气候变化反映敏感的太白山高海拔区跑马梁湖沼作为典型研究区，在前期工作基础上，对太白山南坡不同海拔高度带的表土花粉组成、总有机碳、总氮含量进行测定与解析，基于其与植被净初级生产力的关系确定具有区域特点的植被生产力代用指标；对表层沉积物和土壤剖面的铅、铯同位素、矿物磁性和粒度组成进行测定与解析，确定土壤保持能力代用指标；进一步基于沉积剖面相关代用指标的分析，复原近6000年以来太白山高海拔区植被生产力和土壤保持能力的演化过程及其之间的关系，为研究未来全球变化背景下山地生态系统服务的动态提供科学依据。

植被生产力和土壤保持能力是山地主要的生态系统服务。本课题以秦岭太白山高海拔区植被动态为主要研究对象，通过湖泊沉积物分析与区域孢粉数据库建设，在以下三个方面取得了创新性成果： . 1. 基于太白山马梁湖沼沉积剖面证据，使用总花粉浓度、乔木花粉浓度、乔木花粉与非乔木花粉的比例等指标指示植被生产力的变化，使用平均粒径和矿物磁性参数表征土壤侵蚀强度的变化，复原了全新世中期以来太白山高海拔区植被生产力和土壤保持能力的演化过程及其之间的关系。研究发现高山植被生产力主要受到年平均温度的驱动，而土壤侵蚀则与夏季降水密切相关，其中植被生产力的变化也会间接影响到土壤侵蚀强度的变化。. 2. 基于跑马梁（位于现代树线之上，3556m）和三清池（位于现代森林线以内，3080m）沉积剖面证据，探究了气候、植被和土壤对太白山高海拔区湖泊有机碳累积动态的影响，发现局地植被覆盖和土壤侵蚀在决定森林带内的湖泊碳累积速率变化中占据主导作用，而区域气候的影响主要体现在高山树线附近。. 3. 将垂直带和水平带的植被演化研究有机结合，将太白山垂直带的研究方法拓展到半干旱区林草交错带以及天山植被垂直带的研究中，构建了区域孢粉数据库，揭示了东亚夏季风是驱动半干旱区林草交错带水平推移的主要因素，随着晚全新世气候干旱化，植被以垂直带推移为主而非水平带变化。进一步发现西风模态主导天山林草交错带的垂直推移。. 研究通过太白山一手理化特征数据和新的孢粉证据，将植被垂直带和水平带的演化研究有机结合起来，初步建立了三维空间环境演化的新的研究方法体系。研究成果对于揭示在气候变化背景下高山植被与土壤的动态变化规律具有重要意义，有助于因地制宜地推进我国山地的植被恢复与水土保持，为生态系统服务的可持续利用提供理论基础。. 通过本课题，项目负责人以第一作者在本领域顶级/重要刊物发表高水平学术论文5篇（4篇第一标注，1篇第二标注），开展了有效的国内外合作，促进了研究成果的交流与实践。