青藏高原高寒草甸生态系统水分收支特征及其对碳收支的影响

本研究利用大型和小型蒸渗仪对青藏高原高寒草甸生态系统的蒸散、土壤蒸发、植物蒸腾和渗漏量进行系统地观测，结合降水数据定量探讨该生态系统的水分收支变化特征和季节动态；阐明土壤蒸发、植被蒸腾和渗漏对生态系统水分收支的贡献，以及植被状况（叶面积指数，植被盖度，地上、地下生物量等）变化对生态系统水分收支的影响；利用涡度相关系统连续监测高寒草甸生态系统的碳-水通量以及相关的环境因子（降水，光合有效辐射，温度，湿度等），利用箱式法测定生态系统和土壤呼吸(包括根与基础土壤呼吸)，同时，测定土壤的理化性质，养分、微生物等基本指标，结合上述水分数据，综合探讨生态系统水分收支变化对生态系统碳收支的影响及生态系统的水分利用效率；为全面揭示青藏高原高寒草甸生态系统的水分收支特征、碳－水相互作用、以及生态系统水分的有效利用和管理提供科学依据，为利用模型预测高寒草甸生态系统碳动态提供理论基础。

本项目基本按研究计划顺利进行，在本项目资助下，目前项目组成员已刊出6篇论文，其中2篇被SCI收录，4篇国内核心期刊，达到项目要求。另外，有2篇论文投稿后正在修改中(SCI)，完成2篇论文撰写，准备投稿，其中1篇为SCI，1篇为国内核心期刊。取得以下成果：.高寒草甸生态系统5-9月生长季的蒸散量占全年总蒸散量的80%，说明生态系统的水分支出主要发生在生长季。然而平均年蒸散量占降水量的60%，该值明显低于其他陆地生态系统。研究表明，高原上入射的太阳辐射(Rs)虽高，但由于地面有效辐射较强，净辐射(Rn)与太阳辐射的比值(Rn/Rs)仅为0.44，明显低于同纬度低海拔的生态系统。较低的Rn/Rs是导致高寒草甸生态系统蒸散降低最主要因子；另外，较小的饱和差（VPD)以及低温也是限制生态系统蒸散的因素。.在观测数据和模型计算的基础上，阐明了土壤蒸发和植被蒸腾的季节动态变化特征。结果表明，5月初，土壤蒸发与植被蒸腾的比值为2.7，随着植物的生长，该比值呈明显的降低趋势，8月底达最低值(0.41)。6月中旬之前，蒸发量变化不大，平均为1.23 mm/天，明显高于植被蒸腾(0.75 mm/天)。6月中旬之后，蒸发呈缓慢降低趋势，而蒸腾则迅速增加，8月中旬蒸腾量达最大值，为2.01 mm/天。总体上生长季中的蒸腾是蒸发的1.4倍。通径分析结果表明，影响蒸发和蒸腾的因子不尽相同，蒸发与Rn及饱和差呈明显正相关，而与叶面积指数(LAI）呈明显负相关；蒸腾与Rn、LAI、温度以及冠层导度呈明显正相关。.降水和温度是影响植被生产力(即植被固碳能力)的两个重要因子，且有较大的年际变化。本研究利用多年的降水和温度观测数据结合遥感获取的植被信息(NDVI)分析了不同时段水-热组合对青藏高原三江源区高寒草甸生态系统生产力的影响。结果表明，与水分相比，生态系统植被生产力对温度的变化更为敏感，温度升高使植被生产力提高。值得注意的是由于气候和人类活动的影响，导致青藏高原高寒草甸出现了明显的退化现象，显著地改变了其生态系统水分和碳收支状况。结果表明，与未退化的高寒草甸生态系统相比，退化的高寒草甸生态系统年总初级生产力下降了36.6%，全年净生态系统CO2交换量相差132.5 g C/(m2•a)，由碳汇转变为碳源，而未退化草甸地下生物量的碳储量比退化的高约5倍，草甸退化明显降低了其生态系统的固碳能力。