若尔盖湿地土壤有机碳储量时空变化研究——以黑青乔沼泽区为例

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若尔盖湿地是世界上最大的高原湿地,也是世界面积最大的泥炭沼泽分布区,其巨大的碳储量在全球碳循环中扮演着重要角色。然而,近几十年来人为活动和气候变化打破了若尔盖湿地生态平衡,影响了土壤有机碳储量的分布和变化。本文利用遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术,并结合野外调查、室内化验分析以及相关统计数据等资料,研究了若尔盖湿地研究区1981年、2006年和2011年0~100 cm土层土壤有机碳储量的时空变化特征及其驱动因素。旨在揭示湿地退化条件下土壤有机碳储量变化特征,探明湿地退化过程及其对自然和人为因素干扰的响应机制,以期为若尔盖湿地的合理利用、恢复和保护提供科学依据和基础资料。主要结论如下:  (1)1981~2011年,研究区湿地面积萎缩明显,呈现出退化的趋势。30年间,湿地总面积共计缩小了34.8%,年均减少198.39 hm2。其中,变化最大的为常年积水沼泽,面积缩小了78.8%,年均减少87.80 hm2;季节性积水沼泽和草甸面积分别缩小了32.7%和19.6%,年均分别减少54.08 hm2和53.05 hm2。其它景观类型中草地和沙化地面积呈现增加的趋势,年均增加分别为197.46 hm2和19.91 hm2,增幅分别为21.3%和45.0%;灌丛总面积共计缩小15.4%,年均减少20.24 hm2。湖泊、河流、沟渠、建筑用地和道路面积变化则较小。  (2)1981年、2006年和2011年研究区不同景观类型土壤有机碳含量差异明显,湿地景观显著大于非湿地景观(P<0.01)。30年间,不同景观的土壤平均有机碳含量呈现出不同的变化趋势。其中,季节性积水沼泽、草甸、灌丛以及草地土壤有机碳含量分别减少3.84%、15.8%、10.1%和21.6%;常年积水沼泽和沙化地土壤有机碳含量则分别增加5.7%和185.9%;其他景观土壤有机碳含量趋于稳定。  (3)1981年、2006年和2011年中研究区不同景观类型土壤有机碳密度差异显著,湿地景观远远大于非湿地景观(P<0.01)。1981~2011年间,研究区常年积水沼泽、季节性积水沼泽、草甸、草地和灌丛土壤有机碳密度分别减少4.4%、9.3%、10.2%、17.7%和7.5%;沙化地土壤有机碳密度增加125.7%,其他景观土壤有机碳密度变化较小。  (4)1981~2011年,研究区土壤有机碳总储量呈现逐渐减少的趋势。1981年研究区土壤有机碳储量为20.61Tg,2006年减少为16.29 Tg,2011年土壤有机碳储量则为15.38 Tg,30年间土壤有机碳储量减少了5.23 Tg。其中,常年积水沼泽、季节性积水沼泽和草甸为主要损失景观类型,分别为研究区土壤有机碳储量损失总量的42.3%、29.4%和23.5%。  (5)30年间,研究区湿地严重退化和土壤有机碳储量减少是开沟排水、过度放牧、气候变化和植被群落演替的共同作用的结果。湿地开沟排水后,水位大幅下降,加速湿地土壤有机碳氧化分解,导致湿地景观退化、改变植被群落组成,进而降低湿地碳储量;过度放牧改变了植被群落组成,降低群落地上部生物量,导致湿地碳储量降低;气候变化不仅推动了湿地景观格局的演变,也是导致区域土壤有机碳密度变化的自然驱动力;植被群落从水生/沼生到中生/沙生,中生到杂草/有毒/沙生演替过程研究区土壤有机碳储量大量流失;而对沙生植被修复后的群落演替则轻微的增加区域土壤有机碳储量。
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