气候变化和人类活动影响下的青藏高原高寒湿地植被生物量和土壤有机碳变化研究

The soil carbon storage of wetlands on the Qinghai Tibet Plateau (QTP) accounts for 1/3 of that of Chinese wetlands. The alpine wetlands on QTP significantly degraded due to wetland drained and overgrazing from 1960, while less attention was paid to the concomitant impact of climate change and human activities on plant biomass and soil organic carbon (SOC) at a regional scale. This proposal is based on the combination of experiment, model, remote sensing data and GIS method. First, we collect large amount of peat and vegetation samples from the natural wetlands, wetlands with different draining history and wetlands with different grazing intensity; compare the differences of biomass and SOC between the natural wetland and the wetland under different human activities; and quantify the intensity of human activity on the biomass and SOC. Next we simulate the spatial temporal variations of biomass and SOC from 1960~2010 by TEM model based on the remote sensing wetland area. Then we compare the results from the experiment and the simulation, and quantify the influence of climate change and human activities on biomass and SOC as well as their own contribution. Finally, we project the biomass and SOC under different climate scenarios and wetland restoration scenarios from 2010 to 2050 by TEM model.

青藏高原湿地土壤碳储量约占全国湿地土壤碳储量的1/3，1960年以来人类活动（排干、过度放牧）导致青藏高原高寒湿地严重退化，然而目前对气候变化和人类活动共同影响下的青藏高原区域尺度高寒湿地植被生物量和土壤有机碳（SOC）变化却鲜有报道。本研究拟综合采用野外采样、模型、遥感数据与GIS相结合的方法，首先对自然湿地和不同排干时间、不同放牧强度下的湿地植被生物量、SOC进行大范围野外采样并对比其差异，量化人类活动强度对生物量和SOC的影响；其次应用TEM模型结合遥感湿地分布数据模拟1960~2010气候变化背景下湿地生物量和SOC的变化；对上述结果综合分析，量化气候变化和人类活动强度对1960~2010青藏高原湿地生物量和SOC的影响，并评估气候变化和人类活动因素的各自贡献；最后应用模型预估2010~2050青藏高原地区在不同气候情景和湿地恢复情景下湿地生物量和SOC的恢复潜力。

青藏高原湿地土壤碳储量约占全国湿地土壤碳储量的1/3，1960年以来人类活动（排干、 过度放牧）导致青藏高原高寒湿地严重退化，然而目前对气候变化和人类活动共同影响下的青藏高原区域尺度高寒湿地植被生物量和土壤有机碳（SOC）变化却鲜有报道。近年来，“碳中和”已成为我国应对气候变化的国家重大需求，预估青藏高原湿地生态系统在未来气候变化情景和湿地恢复情景下的碳收支状况对于管理我国温室气体、进而实现我国“碳中和”既定目标具有重要科学意义。本项目结合了野外采样、生态系统模型、遥感和Arcgis技术评估了1960~2010年气候变化和人类活动对青藏高原湿地植被生物量和SOC的影响，预估了2020~2100年青藏高原湿地生态系统在不同气候情景和湿地恢复情景下碳收支变化情况。野外采样结果表明：青藏高原湿地沼泽水位轻度下降，会促进土壤有机碳的积累，但是随着水位的进一步下降，土壤有机碳含量会大幅降低，放牧会导致沼泽湿地土壤有机碳的大幅度降低，沼泽化草甸在退化初期，土壤有机碳含量会快速下降，之后下降速率逐渐趋缓，退化后期，随着植被的演替过程，植被生物量和土壤有机碳含量出现了回升的趋势；本项目改进了Soil-C模型，建立了湿地碳收支模型Wetland-C，模型验证结果表明：Wetland-C能较好的模拟青藏高原湿地土壤有机碳的变化趋势，但仍存在一定的系统偏差，模型模拟结果显示 1960～2010年间，人类活动导致青藏高原湿地土壤有机碳积累量减少了26.9 Tg C；对不同气候情景和湿地恢复情景下的模型预估结果表明：未来青藏高原湿地呈现碳汇特征，至本世纪末固碳潜力可达7.83±1.31 TgC yr-1 ~19.51±3.91 TgCyr-1。本项目研发的模型方法和模拟结果可为未来评估青藏高原湿地生态系统碳收支提供技术和数据上的科学支撑。