郭小偉，杜巖功，林 麗，李以康，張法偉，李 茜，劉淑麗，歐陽經(jīng)政，曹廣民

(1.中國科學(xué)院高原生物適應(yīng)與進(jìn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中國科學(xué)院西北高原生物研究所，青海，西寧 810001; 2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100039)

青藏高原北緣3種高寒草地的CH4、CO2和N2O通量特征的初步研究

郭小偉1，2，杜巖功1，林 麗1，李以康1，張法偉1，李 茜1，劉淑麗1，2，歐陽經(jīng)政1，2，曹廣民1

(1.中國科學(xué)院高原生物適應(yīng)與進(jìn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中國科學(xué)院西北高原生物研究所，青海，西寧 810001; 2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100039)

高寒草地溫室氣體排放研究已成為高寒草地與氣候變化關(guān)系的重要議題之一，但目前的研究多集中于單種類型草地的溫室氣體通量研究，缺乏多種草地類型間的比較。本研究于2009年以高寒草甸、栽培草地和高寒灌叢為研究對象，利用靜態(tài)箱法研究3種草地的CH4、CO2和N2O通量特征。結(jié)果顯示，天然高寒草甸、栽培草地和高寒灌叢是大氣CH4的匯，大氣CO2和N2O的源，其CH4通量分別為－21.4、－28.1和－41.1 μg·m－2·h－1; CO2通量分別為360.6、447.9和475.1 mg·m－2·h－1; N2O通量分別為34.2、51.6和50.6 μg·m－2·h－1。生長季的高寒草地CH4吸收占全年的42.4%～45.6%，生長季的CO2和N2O排放量分別占全年的64.1%～67.8%和37.9%～66.7%。土壤5 cm溫度與CH4、CO2、N2O通量分別呈負(fù)相關(guān)、正相關(guān)和正相關(guān)關(guān)系，除高寒草甸CH4通量外土壤5 cm與其他草地溫室氣體通量均達(dá)到顯著水平(P＜0.01) ;土壤濕度與草地CH4和CO2通量呈正相關(guān)，與N2O通量呈負(fù)相關(guān)，但僅與高寒草地CH4和CO2相關(guān)性達(dá)到顯著水平(P＜0.01)。土壤呼吸溫度敏感性大小(Q10)值顯示，CO2通量較CH4和N2O通量對溫度更為敏感。將3種草地的CH4、N2O通量值換算為等量CO2后發(fā)現(xiàn)草地溫室氣體通量造成的溫室效應(yīng)表現(xiàn)為高寒灌叢＞栽培草地＞高寒草甸。

青藏高原;高寒草地;溫室氣體通量;生長季;非生長季

地球正遭受氣候變化的嚴(yán)重影響，從1906年到2005年地球表面的平均溫度增加了(0.7±0.18)℃，近50年來地球表面溫度的增加幾乎是過去100年的2倍，大陸和多數(shù)海洋的觀測證據(jù)表明，許多自然系統(tǒng)正受到區(qū)域氣候變化，特別是受到溫度升高的影響［1］。CO2、CH4和N2O是3種重要的溫室氣體，自工業(yè)革命以來這3種氣體在大氣中的含量急劇上升。目前CO2、CH4、N2O的濃度年增加量分別為1.5 mL·m－3、4和0.8 μL·m－3［2］。CO2的溫室作用占總溫室效應(yīng)的50%以上［3］，CH4貢獻(xiàn)了20%的溫室效應(yīng)，并且CH4和N2O百年增溫潛勢是CO2的23和296倍［2］，雖然這兩種氣體的排放量和空氣中的含量小，但是其造成的增溫效應(yīng)不容小覷。

高海拔地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)對于全球氣候變化的響應(yīng)敏感而又迅速［4］。青藏高原海拔高，其平均海拔在4 000 m以上，高原基準(zhǔn)溫度低，草地土壤發(fā)育時間短，是氣候變化的敏感區(qū)和生態(tài)脆弱帶。關(guān)于青藏高原高寒草地生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放的諸多研究已經(jīng)有很多重要結(jié)論:高寒草地是大氣溫室氣體CO2匯的結(jié)論［5-7］，溫度是控制土壤呼吸的主要因子，它能夠解釋草地溫室氣體通量44%的變異度［8］，高寒草甸植物群落是大氣CH4弱源，而高寒灌叢植物群落是大氣CH4弱匯，青藏高原高寒草地年CH4年吸收量被估計(jì)為0.2 Tg［9］，高寒草地是重要的大氣N2O源，年N2O貢獻(xiàn)量達(dá)0.3 Tg［10］，而CO2的年貢獻(xiàn)量達(dá)46.5 Tg［11-12］。但是這些研究大多著重于某一類型高寒草地的溫室氣體排放或幾種草地的單一溫室氣體排放研究，缺乏多種類型草地CH4、CO2、N2O的同時研究。高寒草甸是青藏高原主要草地類型，約占青藏高原總面積的35%，在高原草地畜牧業(yè)中占有十分重要的地位(青藏高原高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)碳增匯潛力)。金露梅(Potentilla fruticosa)灌叢分布面積僅次于高山嵩草(Kobresia pygmaea)草甸，廣布于海拔3 200～4 500 m的山地陰坡、半陰坡及洪積扇上(祁連山金露梅灌叢草甸群落結(jié)構(gòu)及主要種群的點(diǎn)格局分析)，而垂穗披堿草(Elymus nutans)栽培草地因其具有廣泛的生長可塑性和極強(qiáng)的抗寒性及抗旱性，從灘地、溝谷、陰坡山麓地帶到灌叢草甸和高山草甸均能生長，成為在青藏高原種植最為廣泛的栽培草地。本研究以天然高寒草甸、栽培草地和高寒灌叢為研究對象，并且根據(jù)3種溫室氣體的增溫潛勢，將3種溫室氣體排放量換算為CO2排放量，旨在探討: 1)不同類型高寒草地CO2、CH4、N2O釋放規(guī)律; 2)環(huán)境因子對溫室氣體排放的影響; 3)高寒草甸、栽培草地和高寒灌叢3種草地中哪種草地溫室效應(yīng)更強(qiáng)。

1 材料與方法

1.1研究區(qū)地理位置

試驗(yàn)布置于中國科學(xué)院海北高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)觀測站附近，其坐落在青藏高原東北隅，祁連山北支冷龍嶺東段南麓的大通河河谷，位于101°19' E、37°37' N，站區(qū)平均海拔3 280 m。年平均溫度－1.7℃，最暖月為7月(9.8℃)，最冷月為1月左右(－14.8℃)。年均降水量618 mm，主要集中在生長季(數(shù)據(jù)來自中國科學(xué)院海北高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)觀測站)。

1.2樣地設(shè)置與樣品采集

于2009年1月到2010年8月在青海省海北州進(jìn)行了3種草地的原位觀測試驗(yàn)。在植物分布比較均勻、地形平坦的地段，選取垂穗披堿草栽培草地、高寒草甸和高寒金露梅灌叢作為觀測對象，每個草地類型設(shè)置3個重復(fù)。各樣地具體特征如下:

高寒草甸在當(dāng)?shù)匾话阌米飨募灸翀?，其主要植物種有，矮嵩草(K.humilis)、小嵩草(K.parva)、垂穗披堿草、苔草(Carex spp.)、鵝絨委陵菜(Potentilla ansrina)、鳶尾(Iris tectorum)、線葉龍膽(Gentiana farreri)、細(xì)葉亞菊(Ajania tenuifolia)、美麗風(fēng)毛菊(Saussurea superba)等。

垂穗披堿草栽培草地一般用于種植垂穗披堿草，于秋季進(jìn)行收割。栽培草地于試驗(yàn)前一年，按照當(dāng)?shù)卦耘嗖莸亟ㄖ卜椒?，將天然草地翻耕后，撒播垂穗披堿草種子，播種量為800粒·m－2，并且施加磷酸二銨90 g·m－2。

高寒灌叢草地一般被用作冬季牧場，其優(yōu)勢種為金露梅，金露梅灌叢呈島狀分布于禾本科草甸中，金露梅下層分布有矮嵩草、小嵩草、垂穗披堿草、苔草、鵝絨委陵菜等植物。

本研究中高寒草甸、栽培草地位于中國科學(xué)院海北高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)觀測站內(nèi)，高寒灌叢位于離站區(qū)300 m的干柴灘，3個試驗(yàn)小區(qū)均為放牧處理。

靜態(tài)箱法測定溫室氣體通量，高寒草地和栽培草地觀測點(diǎn)采用50 cm×50 cm×50 cm的箱體，高寒灌叢采用50 cm×50 cm×100 cm的箱體，箱體外包有白色塑料泡沫和白色紗布，不透明。氣體采集的同時測量當(dāng)時的地下5 cm溫度(t1)、地表溫度(t2)、箱內(nèi)溫度(t3)和空氣溫度(t4)，土壤濕度。植物生長季5 ―9月，每月測定4次，每周進(jìn)行一次，冬季每月測定兩次，于月中和月末進(jìn)行氣體樣品采集。

1.3樣品分析

CO2、CH4、N2O濃度測定采用氣相色譜法(HP4890D，Agilent)，色譜配置與分析條件見表1。

1.4計(jì)算公式

通量計(jì)算公式［9］:

式中，F(xiàn)為溫室氣體通量，V是靜態(tài)箱內(nèi)空氣體積，A是靜態(tài)箱覆蓋面積，Ct是t時刻箱內(nèi)被測氣體的體積混合比濃度，t是時間，ρ是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的被測氣體密度，T0和P0分別為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的空氣絕對攝氏溫度和氣壓，P為采樣地點(diǎn)的氣壓，T為采樣時的絕對溫度。

Q10值計(jì)算公式［13］:

式中，Q10表示土壤呼吸溫度敏感性的大小，F(xiàn)是溫室氣體排放通量，a、b、e為常數(shù)，t為土壤5 cm溫度。

表1 色譜配置與分析條件Table 1 The system specification and analysis parameters

1.5影響因子的測定

在進(jìn)行溫室氣體通量測定的同時，進(jìn)行(t1)、地表溫度(t2)、箱內(nèi)溫度(t3)和空氣溫度(t4)及土壤濕度的測定，其中，使用JM 624便攜式數(shù)字溫度計(jì)測量各處理的即時溫度，使用TDR便攜式水分測定儀測定土壤濕度(0－10 cm)。

1.6數(shù)據(jù)處理

溫室氣體通量和土壤溫度以及濕度的關(guān)系采用相關(guān)性分析、不同草地溫室氣體通量間差異比較采用單因素方差分析使用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件。

2 結(jié)果

2.1 3種草地的甲烷通量特征

天然高寒草甸、栽培草地和高寒灌叢草地甲烷通量均表現(xiàn)為負(fù)值，是大氣甲烷的匯，其通量分別為－21.4、－28.1和－41.1 μg·m－2·h－1。高寒灌叢草地甲烷通量顯著高于高寒草地［天然草甸(n=54，P =0.002)和垂穗披堿草栽培草地(n=54，P=0.001)］，栽培草地CH4吸收量比高寒草甸多31.3%，但二者差異未達(dá)到顯著水平(n=54，P=0.095) (圖1)。3種草地甲烷通量季節(jié)變化明顯，CH4通量最高值均出現(xiàn)在生長旺季或冬季12月左右，但栽培草地在生長季的6、7月份出現(xiàn)CH4吸收量的極低值。高寒草甸、栽培草地和高寒灌叢生長季CH4平均通量為－21.8、－30.8和－42.0 μg·m－2·h－1，且三者差異顯著(n=54，P=0.001)。生長季(5－9月) 3種草地CH4釋放量占全年的42.4%、45.6%和45.5%。

圖1 3種草地的甲烷通量特征Fig.1 CH4flux of three types of grassland

2.2 3種草地的二氧化碳通量特征

試驗(yàn)期間，高寒草甸、垂穗披堿草草地和高寒灌叢草地的CO2通量均為正值，說明3種草地是大氣CO2的源。3種草地的CO2通量數(shù)值年分布圖呈明顯的正態(tài)分布，CO2釋放最大值均出現(xiàn)在7月初，而最低值出現(xiàn)在休眠季節(jié)，相比休眠季的低CO2通量，高寒草甸和栽培草地都有一定量的釋放小峰值在2月出現(xiàn)(圖2)。高寒草甸、垂穗披堿草栽培草地和高寒灌叢草地的CO2年通量分別為360.6、447.9和475.1 mg·m－2·h－1，其中高寒灌叢CO2通量最高。單因素方差分析顯示，高寒灌叢CO2釋放通量高于高寒草甸(n=54，P=0.125)和栽培草地(n=54，P=0.125)，栽培草地CO2釋放量比高寒草甸多24.2% (n =54，P =0.24)，但差異均未達(dá)到顯著水平。3種草地生長季CO2平均通量為587.0、688.7和754.2 mg·m－2·h－1，生長季3種草地間差異也未達(dá)到顯著水平，生長季3種草地CH4釋放量占全年的67.8%、64.1%和66.1%。

圖2 3種高寒草地二氧化碳通量特征Fig.2 CO2flux of three types of grassland

2.3 3種草地氧化亞氮通量特征

試驗(yàn)期間，高寒草甸、垂穗披堿草草地和高寒灌叢草地的N2O通量均為正值，說明3種草地是大氣N2O的源。N2O通量曲線與CH4通量曲線類似，釋放通量最大值大多出現(xiàn)在生長旺季，而最低值出現(xiàn)在休眠季節(jié)(圖3)。高寒草甸、垂穗披堿草草地和高寒灌叢草地N2O平均通量分別為34.2、51.6和50.6 μg·m－2·h－1。N2O釋放通量最高的仍然為高寒灌叢。單因素方差分析顯示，高寒灌叢高于高寒草甸(n =46，P =0.163)和栽培草地(n =46，P=0.938)，栽培草地高于高寒草甸(n =46，P =0.147)，但3種草地間N2O排放通量差異均未達(dá)到顯著水平。3種草地生長季N2O平均排放速率為51.8、47.0和81.0 μg·m－2·h－1，但差異也未達(dá)到顯著水平，生長季3種草地CH4釋放量占全年的63.1%、37.9%和66.7%。

2.4 3種草地溫室氣體排放與環(huán)境因子之間的關(guān)系

在所有的溫度環(huán)境條件(t1、t2、t3和t4)中，土壤5 cm溫度t2與草地溫室氣體CH4、CO2和N2O排放通量關(guān)系最為密切(表2)，除高寒草甸CH4通量和栽培草地CO2通量相關(guān)不顯著外(P＞0.05)，對于其余類型的溫室氣體排放都達(dá)到了顯著(P＜0.05)或極顯著水平(P＜0.01)，總體來看溫度與CH4、CO2、N2O通量分別呈負(fù)相關(guān)、正相關(guān)和正相關(guān)關(guān)系，也就是說，土壤5 cm溫度的升高能夠促進(jìn)草地CH4的吸收及CO2和N2O的排放。Q10值是反映溫度上升，溫室氣體響應(yīng)升高速率的指標(biāo)。本研究中，高寒草甸、栽培草地和高寒灌叢CH4通量Q10值分別為1.08、1.29和1.07，CO2的Q10值分別為3.21、2.82和2.93，N2O的Q10值分別為1.85、1.23和1.65。CO2通量Q10值最高，對溫度上升響應(yīng)最為明顯。

相比土壤5 cm溫度，土壤濕度與草地溫室氣體通量相關(guān)關(guān)系相對較弱，土壤濕度僅與高寒草甸CH4通量和CO2通量分別呈極顯著(P＜0.01)和顯著相關(guān)(P＜0.05)，其余草地溫室氣體通量與土壤濕度相關(guān)性均未達(dá)到顯著水平(表2)。從土壤濕度與3種草地溫室氣體通量總體關(guān)系來看，土壤濕度與草地CH4和CO2通量呈正相關(guān)，與N2O通量成負(fù)相關(guān)。

圖3 3種高寒草地氧化亞氮通量特征Fig.3 N2O flux of three types of grassland

表2 主要環(huán)境因子與3種溫室氣體通量的相關(guān)關(guān)系Table 2 Correlation between main environmental factors and greenhouse gases

3 討論與結(jié)論

3.1 3種草地的溫室氣體排放

青藏高原高寒草地的生長季在每年的5―9月份，非生長季從10月到次年的4月份，非生長季環(huán)境溫度低抑制了土壤生物代謝活動［14］，從而使得非生長季的溫室氣體排放速率僅為生長季的79%～93%，本研究所處區(qū)域年均溫為－2℃［15］，低溫顯著降低了高寒草地非生長季的CH4通量水平。高寒草甸、栽培草地和高寒灌叢CH4年吸收量分別為18.7、24.6和36.0 kg·hm－2·a－1，此數(shù)值與同緯度內(nèi)蒙草原CH4通量相差不大(表4)，說明高寒草地的CH4氧化能力盡管受到低溫的抑制，但仍保持較高的氧化速率，這可能是因?yàn)榍嗖馗咴吆莸赝寥乐胸S富的有機(jī)碳含量［16］，以及甲烷菌含量［17-18］。生長季草地CH4氧化量占全年的42.4%、45.6%和45.5%，雖然非生長季的草地CH4吸收速率受到低溫的影響，但是高寒草地非生長季長達(dá)7個月，導(dǎo)致了絕大部分CH4累積吸收量發(fā)生在非生長季［19］。高寒草甸開墾為栽培草地其CH4吸收能力有所增強(qiáng)，但是栽培草地的生態(tài)不穩(wěn)定問題也值得深入思考，其在建植后的3～5年后完全退化［20］。而高寒灌叢大氣CH4吸收能力在3種草地中最強(qiáng)，但是高寒草甸在人類過度放牧下，目前正逐年退化［21］，保證高寒灌叢在青藏高原的生長面積也是減少大氣中CH4含量的一種有效措施。

表3 3種高寒草地溫室氣體排放速率Table 3 Greenhouse gas flux rate of three types of grassland

表4 3種高寒草地與其他生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體通量比較Table 4 Comparison of greenhouse gas fluxes of Tibetan Plateau alpine grassland with other ecosystems

高寒草甸、栽培草地和高寒灌叢年CO2年排放量分別為315.9、392.3和416.2 t·hm－2·a－1，與2005年本地區(qū)的研究結(jié)果基本一致［22］(表3、表4)。本研究中的高寒草甸和栽培草地CO2通量差異不顯著，而灌叢草地CO2排放量要高于高寒草甸和栽培草地。以往關(guān)于高寒草地溫室氣體的研究和本研究都顯示土壤5 cm溫度和土壤濕度均與CO2排放量正相關(guān)，3種草地間溫度差異不顯著，而高寒草甸土壤濕度顯著高于栽培草地和高寒灌叢草地，但其CO2通量卻表現(xiàn)為高寒灌叢草地和栽培草地高于高寒草甸，此結(jié)論相悖于土壤濕度與CO2通量正相關(guān)的結(jié)論［8，14，19］，其原因可能是植物群落的不同和由此引起的土壤微環(huán)境的差異［23］，栽培草地和高寒灌叢群落均擁有較高的單位面積生物量，因此植物群落能夠排放更多CO2，不同植物群落對于土壤生物生存環(huán)境的溫度和濕度也有影響［23］，進(jìn)而促進(jìn)或是抑制微生物呼吸。雖然青藏高原高寒草地生長季時間僅為5個月，但是生長季3種草地CO2釋放量占全年的67.8%、64.1%和66.1%，生長季草地呼吸包括土壤呼吸和植物呼吸，而非生長季只有土壤呼吸，由此可見植物群落呼吸也占有相當(dāng)比重，而非生長季的凍融交替作用［24-25］和積雪覆蓋作用也在一定程度上增加了草地的呼吸作用［26-28］。高寒草地生態(tài)系統(tǒng)土壤中有較高的根系密度和有機(jī)碳含量，其緩慢的分解周速率［29］，形成了一個大氣CO2匯的功能。但是近年來在人類活動和氣候變化的雙重干擾下，天然草地的碳匯作用被減弱甚至逆轉(zhuǎn)為碳源［30-31］。因此，高寒草地只有在合理的利用下才能發(fā)揮其大氣碳匯的功能。

高寒草甸、栽培草地和高寒灌叢全年N2O排放速率觀測均為正值，說明高寒草地是大氣N2O的源，但也有研究表明非生長季濕地土壤是N2O“匯”［32］，本研究中年N2O排放量分別為29.8、45.2 和44.3 kg·hm－2·a－1。草地的N2O通量主要依賴于微生物的硝化和反硝化作用［33］，3種草地間N2O通量大小順序不同于CH4和CO2通量的3種草地大小順序，N2O平均通量最高的為栽培草地，這與栽培草地能夠產(chǎn)生更多的調(diào)落物和栽培草地的翻耕施肥有關(guān)［34］，在冬末和初春時節(jié)3種草地均發(fā)現(xiàn)有明顯的N2O排放峰值，這可能是由于草地在冬季完全封凍之后，凍結(jié)的土壤顆粒和土壤水分形成一層不透氣的薄膜，使得土壤中產(chǎn)生的各種溫室氣體不能向外擴(kuò)散［35］，當(dāng)土壤解凍時，這部分累積的N2O得以釋放，出現(xiàn)N2O排放峰值［36］。

3.2 3種草地溫室氣體排放與環(huán)境因子的關(guān)系

溫度是影響高寒草地生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放的主要因素之一［14，37］，其主要是通過影響微生物的新陳代謝速率來控制溫室氣體產(chǎn)生速率的，而土壤5 cm處溫度能較好的反應(yīng)一些與草地溫室氣體產(chǎn)生和消耗有關(guān)微生物的土壤分布層溫度，因此土壤5 cm溫度能夠較為準(zhǔn)確地反映溫度對土壤微生物代謝活動的影響［38］。本研究中5 cm溫度與CH4吸收通量呈負(fù)相關(guān)，與N2O和CO2排放通量均存在正相關(guān)關(guān)系，除高寒草甸的CH4通量和栽培草地的CO2通量與5 cm溫度未達(dá)到顯著水平，其余草地的溫室氣體通量與5 cm溫度均達(dá)到顯著水平。Q10值是反映溫度上升，溫室氣體響應(yīng)升高速率的一個指標(biāo)［39］，本研究中3種草地CH4通量Q10值范圍為1.07～1.29，CO2通量Q10值分布在2.82～3.21，而N2O通量Q10值分布于1.23～1.85，CO2通量Q10值最高說明草地的3種溫室氣體中CO2通量對于溫度上升響應(yīng)最為激烈，CH4上升的最為緩和，此結(jié)果對于草地溫室氣體通量收氣候變化影響也有一定的指導(dǎo)意義。

土壤溫度通過微生物活動來影響溫室氣體的產(chǎn)生過程，而土壤濕度則是通過改變土壤通透性和土壤理化性質(zhì)來控制溫室氣體離開草地的速率［40］，但是溫室氣體離開土壤的速率又受到土壤粒徑、土壤類型等諸多因素影響。本研究中土壤濕度上升阻礙CH4氧化和N2O排放，而促進(jìn)CO2排放，但是土壤濕度僅與天然草甸的CH4和CO2通量相關(guān)性達(dá)到顯著水平，與其他草甸的3種溫室氣體通量相關(guān)性均不顯著。

3.3不同草地的溫室效應(yīng)比較

青藏高原是一個巨大的天然有機(jī)碳庫，其草地有機(jī)碳量達(dá)到3.351 973×1010t C［41］，巨大的碳庫也存在著各種溫室氣體的排放，其年CO2排放量達(dá)46.5 Tg CO2·a－1［11-12］，年CH4排放量達(dá)0.2 Tg·a－1［9］，年N2O排放量達(dá)0.3 Tg·a－1［10］，但是這些報(bào)道多基于一種草地的一種溫室氣體排放研究。本研究以高寒草甸、栽培草地和高寒灌叢為研究對象，進(jìn)行了為期一年的3種溫室氣體通量觀測，結(jié)果顯示，3種草地中，CH4吸收速率和CO2釋放速率最高的均為高寒灌叢，N2O排放最多的為栽培草地，按照溫室氣體的紅外吸收能力，CH4為CO2的25倍，N2O為CO2的298倍，計(jì)算出等紅外吸收能力量的CO2，以此估計(jì)各種草地的總的溫室氣體效應(yīng)(表3)。等CO2值高寒灌叢最高，因此其向大氣排放的溫室氣體最多，高寒草甸最低，高寒草甸的溫室氣體通量造成的溫室效應(yīng)僅為高寒灌叢的75.7%。因CO2排放量遠(yuǎn)大于同種草地CH4和N2O通量，所以草地溫室氣體排放造成的溫室效應(yīng)主要來自草地CO2通量。栽培草地是人們?yōu)榱俗非蟾叩漠a(chǎn)草量而對高寒草甸進(jìn)行翻耕播種的草地，本研究中選取的垂穗披堿草是青藏高原最為常見的栽培草地種類，相比高寒草甸，栽培草地多排放溫室氣23%。目前，高寒灌叢因過度放牧而大面積退化，雖然高寒灌叢的溫室氣體排放量最高，但是其作為冬季牧場和改善生態(tài)環(huán)境具有不可替代的作用［42］。青藏高原基準(zhǔn)溫度地，土壤層淺薄，生態(tài)系統(tǒng)單一［43］，易受到氣候變化和人類活動的影響。關(guān)于青藏高原在溫室氣體排放方面究竟是放大還是緩解氣候變化的影響，尚無明確的回答。多數(shù)研究認(rèn)為氣候變化導(dǎo)致青藏高原溫度升高，但是對于青藏高原的降水變化還有所爭議。本研究顯示溫度升高促進(jìn)CO2和N2O的排放以及CH4的吸收，而草地的溫室氣體排放導(dǎo)致的溫室效應(yīng)主要來自于CO2，因此若僅考慮氣候變化的溫度效應(yīng)，本研究認(rèn)為青藏高原高寒草地將扮演氣候變化加速器的角色。

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(責(zé)任編輯 王芳)

CH4，CO2and N2O flux among three types of alpine meadow in the north regions of Qinghai-Tibetan Plateau

Guo Xiao-wei1，2，Du Yan-gong1，Lin Li1，Li Yi-kang1，Zhang Fa-wei1，Li Qian1，Liu Shu-li1，2，Ouyang Jing-zheng1，2，Cao Guang-min1
(1.Key laboratory of Adaption and Evolution of Plateau Biota，Northwest Institute of Plateau Biology，Chinese Academy of Sciences，Xining 810001，China; 2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100039，China)

Greenhouse gas flux from alpine grassland has been one of hotspots to study the relationship between climate change and alpine grassland.Most of these studies focused on gas flux of one type grassland and differences in gas flux among different alpine meadows receives little attention.A experiment was conducted in three types of grassland，ie.alpine meadow，artificial pasture and shrub meadow to investigate the Greenhouse gas fluxes in three types of grassland by using static chambers and gas chromatography.This study indicated that three types of alpine grass-land were the sink of atmospheric CH4，and were the source of atmospheric CO2and N2O.CH4flux rates were－21.4，－28.1 and－41.1 μg·m－2·h－1for FC，F(xiàn)CP and GG.CO2flux rates were 360.6，447.9 and 475.1 mg·m－2·h－1for FC，F(xiàn)CP and GG.N2O flux rates were 34.2，51.6 and 50.6 μg·m－2·h－1for FC，F(xiàn)CP and GG.CH4，CO2and N2O flux in growing season accounted for 42.4%～45.6%，64.1%～67.8% and 37.9%～66.7% of the whole year，respectively.Soil temperature at 5 cm depth negatively correlated with CH4flux rate (P＜0.01) and positively correlated with CO2and N2O flux rate (P＜0.01).Soil moisture positively correlated with CO2and CH4flux rate，negatively correlated with N2O flux rate.Q10revealed that CO2flux rate was more sensitive to increase in temperature than CH4and N2O flux rate.The three grasslands for controlling greenhouse effect were in the following order: GG＞FCP＞FC.The CO2flux rate was much higher than CH4and N2O flux rate，then contributing an important role to greenhouse effect of grassland.

Tibetan Plateau; alpine meadows; greenhouse gas flux; growing season; dormancy season

Cao Guang-min E-mail: caogm@ nwipb.cas.cn

S812

A

1001-0629(2016) 1-0027-11*

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2014-02-27 接受日期: 2015-07-24

國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)(41030105) ;國家自然科學(xué)基金(30970520) ;青海省自然科學(xué)基金(31200379，2012-Z-921Q)

郭小偉(1985-)，男，山東濰坊人，助研，博士，主要從事植物生態(tài)學(xué)研究。E-mail: xwguo1206@163.com

曹廣民(1962-)男，陜西渭南人，研究員，博士，主要從事草地生態(tài)學(xué)研究。E-mail: caogm@ nwipb.cas.cn