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生态系统碳交换是生物地球化学循环中的关键过程之一,对全球大气二氧化碳平衡及变化具有重要作用。全球变暖已经改变并继续改变着陆地生态系统的结构和功能,生态系统的碳交换的动态变化,既是对这种气候变化的响应,其本身也通过改变生物圈碳循环过程而反馈作用于气候系统。放牧是草地生态系统最主要的利用和管理方式,气候变暖和不断加剧的放牧共同驱动着草地生态系统的动态变化。因此,研究气候变暖和放牧对生态系统交换各个组分的影响,不仅有助于正确认识和理解陆地生态系统碳平衡对气候变化和人类干扰的响应、完善碳循环的动态平衡机制,对如何科学应对气候变化和人类干扰的双重影响也有重要意义。然而,目前气候变化和人类活动干扰(放牧),特别是两者的相互作用对生态系统碳交换及其组分的影响尚不明确,针对青藏高原高寒草甸草地的相关研究更为缺乏。
为认识气候变暖和和人为干扰对青藏高原东缘高寒草甸生态系统碳交换的影响,本试验采用开顶式气室法(Opentopchambers,OTCs)来模拟气候变暖,同时采用夏季刈割和牲畜粪便归还相结合的方法模拟人为干扰,目的是通过研究增温和放牧对生态系统碳交换各组分(即净生态系统碳交换、生态系统呼吸、生态系统光合以及土壤呼吸速率)的影响,揭示气候变暖和人为干扰,特别是在两者共同作用下的耦合效应和相关的生态学过程。研究结果表明:在实验期,增温和放牧显著影响了生态系统碳交换各个组分,并呈现不同的动态变化趋势:
1、增温促进了生态系统碳交换各组分,在生长季后期(8月中下旬,9月底-10月上旬)的效果比生长季旺期(8月上旬)和末期(10月底)效果更明显;
2、放牧降低了生态系统呼吸和土壤呼吸,增加了季节性平均净生态系统碳交换(NEE),对季节性平均生态系统光合(GEP)影响不大,但对NEE、GEP的季节动态变化影响显著:在处理初期(8月上旬)明显降低了NEE和GEP,但随着生长季的持续,NEE和GEP逐渐上升,高于对照。
3、OTCs内放牧处理提高了生态系统呼吸和土壤呼吸,增加了季节性平均净生态系统碳交换和生态系统光合。NEE和GEP随时间的变化趋势与单一放牧处理的类似。
4、增温和放牧总体上无显著的交互作用,在一定条件下增温和放牧的作用可能有相互抵消的效应。