【摘要】：灌叢是干旱、半干旱地區(qū)優(yōu)勢(shì)植被類型,在防風(fēng)固沙、水土固持及維持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性等生態(tài)保護(hù)方面發(fā)揮著不可替代的作用,具有多種生態(tài)服務(wù)功能。其中荒漠灌叢植被固碳功能是荒漠生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)非常重要的功能。本研究以西鄂爾多斯地區(qū)5種荒漠灌叢(沙冬青Ammopiptanthus mogolicus、霸王Zygophyllum xanhoxylum、四合木Tetraena mongolica、半日花Helianthemum songaricum和紅砂Reaumuria songarica)生態(tài)系統(tǒng)為研究對(duì)象,采用野外調(diào)查與室內(nèi)分析相結(jié)合的方法,分析了單株灌叢生物量分配格局并建立了生物量預(yù)測(cè)模型；分析了5種荒漠灌叢生態(tài)系統(tǒng)固碳現(xiàn)狀,同時(shí)對(duì)荒漠優(yōu)勢(shì)灌叢葉片光合固碳及土壤排放碳進(jìn)行了研究,估算了5種荒漠灌叢生態(tài)系統(tǒng)碳收支平衡,明確了荒漠灌叢生態(tài)系統(tǒng)的源／匯問題,這將為荒漠生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)及科學(xué)評(píng)價(jià)荒漠生態(tài)系統(tǒng)固碳功能提供重要理論參考。主要結(jié)論如下：(1)5種荒漠灌叢單株生物量干鮮比差異顯著(P0.05),且在各器官間差異性達(dá)到了顯著水平(P0.05)；灌叢根冠比種間差異顯著(P0.05),其根冠比為紅砂(1.05)霸王(1.01)半日花(0.92)沙冬青(0.90)四合木(0.49)；根系和枝條是灌叢生物量的主要貢獻(xiàn)者,其生物量所占灌叢總生物量比例均在80%以上,根系生物量分配隨徑級(jí)的增加而增加；荒漠灌叢地上、地下部分及單株灌叢生物量預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)精度較高(R20.80),可應(yīng)用于區(qū)域荒漠灌叢生產(chǎn)力評(píng)估。(2)5種荒漠灌叢各器官平均含碳率高低分布具有一定的隨機(jī)性,各器官含碳率在29.78%-56.05%,地下部分平均含碳率均高于地上部分；夏季灌叢各器官含碳率顯著高于春季(P0.05)；最終確定了5種灌叢在夏季和春季加權(quán)平均含碳率分別為沙冬青44.25%和42.31%,霸王41.65%和40.32%,四合木42.39%和41.37%,半日花48.78%和44.35%,紅砂39.25%和39.86%。(3)5種荒漠灌叢生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量相近,其碳儲(chǔ)量為40.28～55.51 t·hm-2,土壤層碳儲(chǔ)量為39.40～54.48 t·hm-2；植被層生物量密度垂直分布表現(xiàn)為灌叢層草本層枯落物層,灌叢層生物量密度空間上表現(xiàn)為距離黃河越近灌叢層碳儲(chǔ)量所占植被層碳儲(chǔ)量比例越大,而草本層生物量密度表現(xiàn)出與之相反的規(guī)律；草本層根系生物量碳也是灌叢生態(tài)系統(tǒng)重要組成部分,其生物量碳密度占植被層碳密度的5.36%-45.18%；除紅砂灌叢外,灌叢草本層地下部分碳儲(chǔ)量顯著高于地上部分(P0.05)；灌叢個(gè)體碳儲(chǔ)量分布表現(xiàn)為枝條根系葉片,粗枝條和粗根是單株灌叢碳儲(chǔ)量的主要貢獻(xiàn)者,根系生物量碳占植被層碳儲(chǔ)量的20.00%-33.53%,葉片生物量碳占總植被層碳儲(chǔ)量的2.02%～24.54%。(4)單株灌叢日均光合固碳能力由強(qiáng)到弱為沙冬青霸王四合木紅砂半日花灌叢；依據(jù)年光合固碳量將5種荒漠灌叢分為3類：年光合固碳高灌叢(沙冬青、霸王灌叢,其值為6.216-8.892 t.hm-2·a-1)、年光合固碳中等灌叢(四合木、紅砂灌叢,其值為1.742～3.962 t·hm-1·a-1)和年光合固碳低等灌叢(半日花灌叢,其值為0.386 t·hm-2·a-1)；氣孔導(dǎo)度Gs、蒸騰速率Ci和氣溫Ta是影響灌叢凈光合速率的主要因子；除了霸王、四合木和紅砂灌叢在秋季呈現(xiàn)“單峰”曲線外,5種荒漠灌叢凈光合速率在各季節(jié)日動(dòng)態(tài)均呈現(xiàn)“雙峰”曲線,有明顯的“午休”現(xiàn)象；5種荒漠灌叢均屬于喜陽(yáng)植物,沙冬青、霸王和紅砂灌叢的光能利用效率相對(duì)較高。(5)5種荒漠灌叢地土壤碳排放速率均表現(xiàn)為生長(zhǎng)季顯著高于非生長(zhǎng)季,其日動(dòng)態(tài)總體上呈現(xiàn)“不對(duì)稱鐘形”單峰曲線特征,峰值在11：30-13：30。土壤碳排放速率與土壤溫度散點(diǎn)呈現(xiàn)順時(shí)針環(huán)形分布,其整體擬合的最優(yōu)回歸方程達(dá)到了極顯著正相關(guān)水平(R2=0.627-0.905,P0.01)。灌叢地土壤含水量較低且變幅較小,與之對(duì)應(yīng)的土壤碳排放速率間存在一致的日動(dòng)態(tài)變化,但兩者存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系；在IPCC不同氣候情景下(B1,A1B和A2),5種荒漠灌叢地土壤碳排放量將比基準(zhǔn)情景高出6.94%-14.66%,其中霸王灌叢地對(duì)氣溫變化最為敏感。(6)沙冬青、霸王和四合木灌叢生態(tài)系統(tǒng)碳收支為正,其凈固碳量分別為1.004、0.693和0.252 t.hm-2·a-1,均表現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)收入項(xiàng)大于支出項(xiàng),說明在監(jiān)測(cè)期內(nèi)具有較高的“碳匯”能力；而半日花灌叢和紅砂灌叢生態(tài)系統(tǒng)碳收支值為負(fù),其凈固碳量分別為-2.605 t.hm-2·a-1和-1.303 t·hm-2·a-1,表現(xiàn)為生態(tài)系統(tǒng)支出項(xiàng)大于收入項(xiàng)之和,說明在監(jiān)測(cè)期內(nèi)屬于相對(duì)較弱的“碳源”。
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【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：Q948
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本文編號(hào)：2446567