摘要 青藏高原濕地巨大的土壤碳庫(kù)對(duì)區(qū)域碳安全具有重要意義,但不同氣候區(qū)退化的典型高寒濕地土壤有機(jī)碳損失現(xiàn)狀研究相對(duì)缺乏。研究選擇青藏高原不同氣候區(qū)的典型高寒濕地和草甸,分析退化后0~10 cm土壤層和gt;10~20 cm土壤層有機(jī)碳損失現(xiàn)狀,探討土壤碳庫(kù)恢復(fù)潛力與對(duì)策。研究結(jié)果表明:半濕潤(rùn)區(qū)的長(zhǎng)沙貢瑪區(qū)域至半干旱區(qū)的青海湖流域表層土壤(0~20 cm)有機(jī)碳含量隨著降水量與海拔降低而減?。≒lt;0.05),長(zhǎng)沙貢瑪濕地至青海湖濕地土壤層(0~10 cm)有機(jī)碳含量分別由372.07 g/kg降低至64.41 g/kg,差異顯著(Plt;0.05);嚴(yán)重的退化導(dǎo)致半濕潤(rùn)區(qū)和半干旱區(qū)濕地與草甸土壤中有機(jī)碳大量損失,長(zhǎng)沙貢瑪區(qū)域和若爾蓋區(qū)域的退化濕地和草甸表層土壤(0~20 cm)有機(jī)碳損失率約90%,而青海湖流域的退化濕地和草甸表層土壤(0~20 cm)有機(jī)碳損失率超過50%。盡管高寒濕地和草甸進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)以重新構(gòu)建土壤碳庫(kù)的潛力較大,但現(xiàn)有研究并不能完全滿足高寒濕地和草甸生態(tài)恢復(fù)的需求,未來(lái)建議從材料、生物等因子綜合構(gòu)建恢復(fù)措施,并且加強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)間的平衡關(guān)系研究。
關(guān)鍵詞 青藏高原;濕地;草甸;退化;土壤有機(jī)碳;恢復(fù)潛力;氣候區(qū)
中圖分類號(hào) X176" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A" 文章編號(hào) 0517-6611(2025)03-0070-07
doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2025.03.014
開放科學(xué)(資源服務(wù))標(biāo)識(shí)碼(OSID):
Research of Soil Organic Carbon State in Typical Alpine Cold Degraded Wetland and Meadow of the Qinghai Tibetan Plateau
TANG Shi fang, GOU Xiao lin, BU Chun lan et al
(Sichuan Province Natural Resources Science Academy, Chengdu, Sichuan 610015)
Abstract The Qinghai Tibet Plateau’s vast soil carbon pool of wetlands has great function for holding regional carbon balance and security. However, research on soil organic carbon loss in degraded alpine wetlands across different climate zones is limited. This study investigates the current status of soil organic carbon loss in the 0-10 cm and 10-20 cm soil layers of degraded wetlands and meadows in different climate regions of the Qinghai Tibet Plateau. Additionally, it explores potential restoration strategies for the soil carbon pool. The results show that: the soil organic carbon content of surface layer (0-20 cm) decreased significantly with declining precipitation and elevation from the sub humid Changshagongma area to the semi arid Qinghai Lake Basin (Plt;0.05). Specifically, wetland soil organic carbon content in the 0-10 cm layer decreased significantly from 372.07 to 64.41 g/kg (Plt;0.05). Extreme degradation has resulted in significant loss of organic carbon, with surface soil (0-20 cm) loss rate of about 90% in the Changshagongma and the Ruoergai areas and over 50% in the Qinghai Lake Basin. Despite the great potential for ecosystem restoration to rebuild the soil carbon pool in alpine cold wetlands and meadows, current research is insufficient to meet restoration demands. Further restoration efforts should incorporate comprehensive measures involving materials and biological factors, while paying more attentions on the balance between ecosystem restoration and ecosystem service functions.
Key words Qinghai Tibet Plateau;Wetland;Meadow;Degradation;Soil organic carbon;Recover potential;Climate areas
基金項(xiàng)目 四川省科技計(jì)劃重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目(2022YFN0064);四川省自然資源科學(xué)研究院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(2023JDKY0001)。
作者簡(jiǎn)介 唐仕芳(1999—),女,四川綿陽(yáng)人,研究實(shí)習(xí)員,從事生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)、生物多樣性保護(hù)研究。
*通信作者,副研究員,從事生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)、生物多樣性保護(hù)研究。
收稿日期 2024-09-11
濕地作為全球重要的生態(tài)系統(tǒng)之一,占全球陸地面積6%,卻存儲(chǔ)了全球陸地生態(tài)系統(tǒng)碳存儲(chǔ)總量的12%~24%。濕地碳儲(chǔ)量變化對(duì)全球碳平衡與氣候變化具有重要影響[1-2]。然而在全球氣候變化、人類干擾活動(dòng)、地質(zhì)災(zāi)害等因素影響下,全球濕地都面臨著退化的威脅[3-4],特別是濕地面積減少,大量土地干涸,進(jìn)一步導(dǎo)致土壤中存儲(chǔ)的有機(jī)碳大量釋放,一方面碳的釋放導(dǎo)致土壤性質(zhì)轉(zhuǎn)變,土壤功能喪失[5-6],另一方面大量碳釋放能夠反饋全球氣候變化,導(dǎo)致更多極端氣候事件的發(fā)生[7]。濕地恢復(fù)是有效保護(hù)土壤碳庫(kù)的潛在措施[8],因此急需開展?jié)竦厣鷳B(tài)保護(hù)和濕地土壤碳庫(kù)恢復(fù)的相關(guān)研究。
中國(guó)是全球濕地類型分布較多的國(guó)家之一,濕地面積達(dá)2.34×106 km2[9],其中青藏高原分布的高寒濕地占全國(guó)濕地面積的30%~40%[10],土壤碳儲(chǔ)量巨大。但是,青藏高原作為氣候敏感區(qū)域,受到全球氣候變化等因素影響,高寒濕地退化趨勢(shì)明顯,土壤碳大量釋放?,F(xiàn)階段針對(duì)高寒濕地的研究主要集中在高寒濕地退化現(xiàn)狀[11-12],高寒濕地土壤碳庫(kù)釋放過程等方面[13-15],缺乏不同海拔和降水條件下高寒典型濕地及其關(guān)聯(lián)的草甸退化后土壤碳庫(kù)損失現(xiàn)狀研究。因此,筆者基于前期研究,分析青藏高原半濕潤(rùn)和半干旱不同氣候區(qū)典型濕地和草甸退化后表層土壤碳庫(kù)損失率,從生態(tài)恢復(fù)角度探討土壤碳庫(kù)恢復(fù)潛力,針對(duì)現(xiàn)階段生態(tài)恢復(fù)研究提出相關(guān)建議,為高寒濕地生態(tài)恢復(fù)與土壤碳庫(kù)保護(hù)提供基礎(chǔ)。
1 材料與方法
1.1 研究區(qū)域概況
根據(jù)地域分布,選取黃河上游的長(zhǎng)沙貢瑪濕地(CSGM)和若爾蓋濕地(REGA),以及青海湖流域(QHHA)作為典型濕地和草甸分布區(qū)域。3個(gè)區(qū)域由長(zhǎng)沙貢瑪至青海湖流域海拔依次降低,降水量由長(zhǎng)沙貢瑪與若爾蓋的半濕潤(rùn)地區(qū)到青海湖流域的半干旱區(qū)逐漸減少。這3個(gè)區(qū)域均屬于青藏高原典型的寒冷濕地、草甸分布區(qū)。根據(jù)分布區(qū)域的海拔和降水條件差異,各區(qū)域地理環(huán)境和地表植被情況不一,長(zhǎng)沙貢瑪和若爾蓋區(qū)域濕地主要以薹草屬(Carex)和嵩草屬(Kobresia)植物為主,而青海湖流域濕地主要以禾本科(Poaceae)植物為主,所有選擇草甸區(qū)域主要以禾本科植物為主(表1)。
1.2 樣地設(shè)置與樣品采集
在2015年5月、2017年5月和
2023年5月分別對(duì)青海湖流域、若爾蓋地區(qū)、長(zhǎng)沙貢瑪?shù)貐^(qū)退化濕地和草甸進(jìn)行調(diào)查和樣品采集分析工作?;谕嘶瘽竦睾屯嘶莸胤诸悩?biāo)準(zhǔn),分別選取未退化濕地和極度退化濕地(未退化濕地長(zhǎng)年積水深度不超過20 cm),未退化草甸和重度退化草甸區(qū)域進(jìn)行研究。在選擇的區(qū)域內(nèi),根據(jù)實(shí)地分布情況,劃分3塊100 m×100 m的試驗(yàn)樣地,每塊試驗(yàn)樣地相距超過50 m,在每塊試驗(yàn)樣地中,沿對(duì)角線均勻劃分5個(gè)1 m×1 m的小樣方,去除土壤表面沉積物與其他雜物,在小樣方中心利用內(nèi)徑為7 cm的土鉆采集0~10 cm和gt;10~20 cm的土壤層,將5個(gè)小樣方采集的土壤分層混合為1個(gè)重復(fù),裝入無(wú)菌自封袋中,3個(gè)樣地3個(gè)重復(fù)。將采集的樣品低溫下帶回實(shí)驗(yàn)室,進(jìn)行土壤基礎(chǔ)性質(zhì)和有機(jī)碳分析。
1.3 室內(nèi)分析
將采集的土壤樣品進(jìn)行破碎(濕地土壤水分含量過高時(shí)在低溫下風(fēng)干表面水分至可破碎狀態(tài)),過1 mm篩,去除植物根系和雜物,將過篩的土壤樣品分為2份,1份自然狀態(tài)下風(fēng)干后用于基礎(chǔ)性質(zhì)、有機(jī)碳、溶解性有機(jī)碳測(cè)定,1份新鮮土壤樣品用于微生物生物量碳測(cè)定。
采用pH計(jì)測(cè)定土壤pH(浸提液的土與水質(zhì)量體積比為1∶2.5);土壤有機(jī)碳利用濃硫酸與重鉻酸鉀加熱法進(jìn)行測(cè)定;溶解性有機(jī)碳利用純水浸提過濾,定容后利用濃硫酸與重鉻酸鉀加熱法進(jìn)行測(cè)定;微生物生物量碳氯仿熏蒸后,土壤有機(jī)碳含量差值法進(jìn)行測(cè)定;土壤全氮利用半微量凱氏定氮法進(jìn)行測(cè)定,土壤全磷利用鉬銻抗比色法進(jìn)行測(cè)定[16]。
1.4 數(shù)據(jù)處理
所有數(shù)據(jù)均采用均值±標(biāo)準(zhǔn)差(ME±SD)進(jìn)行表述。土壤有機(jī)碳(有機(jī)碳、溶解性有機(jī)碳、微生物生物量碳)損失率為退化土壤對(duì)比未退化土壤有機(jī)碳(有機(jī)碳、溶解性有機(jī)碳、微生物生物量碳)減少的百分比。利用單因素方差分析(one-way ANOVA)對(duì)比未退化濕地和草甸與極度退化濕地和重度退化草甸土壤理化性質(zhì)間的差異,利用單因素方差分析不同土層、退化后土壤有機(jī)碳、溶解性有機(jī)碳、微生物生物量碳含量之間的差異,利用單因素方差分析退化后不同區(qū)域間土壤有機(jī)碳、溶解性有機(jī)碳、微生物生物量碳的損失率差異,利用最小顯著差異法(LSD)方法確定顯著水平,顯著水平α=0.05,所有數(shù)據(jù)均采用IBM SPSS Statistics 26.0進(jìn)行分析,采用Origin 2022作圖。
2 結(jié)果與分析
2.1 土壤理化性質(zhì)
對(duì)典型濕地和草甸土壤基礎(chǔ)性質(zhì)進(jìn)行分析,在黃河上游的長(zhǎng)沙貢瑪、若爾蓋以及青海湖流域,極度退化濕地和重度退化草甸的土壤pH升高,土壤全氮顯著降低,土壤全磷明顯降低(表2)。
2.2 土壤有機(jī)碳現(xiàn)狀
由圖1可知,高寒濕地和高寒草甸表層土壤(0~20 cm)中有機(jī)碳含量從長(zhǎng)沙貢瑪至青海湖流域依次降低,且濕地和草甸退化導(dǎo)致土壤有機(jī)碳顯著減少(Plt;0.05)。長(zhǎng)沙貢瑪至青海湖流域未退化濕地表層土壤(0~10 cm)有機(jī)碳含量分別由372.07降低至64.41 g/kg,差異顯著(Plt;0.05);長(zhǎng)沙貢瑪至青海湖流域未退化草甸表層土壤(0~10 cm)有機(jī)碳含量由142.56降低至33.00 g/kg,差異顯著(Plt;0.05);極度退化的高寒濕地和草甸有機(jī)碳損失較大,長(zhǎng)沙貢瑪、若爾蓋、青海湖流域極度退化濕地土壤(0~10 cm)有機(jī)碳含量分別為23.31、20.40、25.14 g/kg,與未退化濕地土壤有機(jī)碳含量差異顯著(Plt;0.05);長(zhǎng)沙貢瑪至青海湖流域重度退化草甸土壤(0~10 cm)有機(jī)碳含量分別為26.83、12.33、18.87 g/kg,與未退化草甸土壤有機(jī)碳含量差異顯著(Plt;0.05)。
由圖2可知,與土壤有機(jī)碳含量相似,高寒濕地和高寒草甸表層土壤(0~20 cm)中有溶解性有機(jī)碳含量從長(zhǎng)沙貢瑪至青海湖流域依次降低,且濕地和草甸退化導(dǎo)致土壤溶解性有機(jī)碳顯著減少(Plt;0.05)。長(zhǎng)沙貢瑪至青海湖流域未退化濕地表層土壤(0~10 cm)溶解性有機(jī)碳含量由1 527.98降低至238.88 mg/kg,差異顯著(Plt;0.05);長(zhǎng)沙貢瑪至青海湖流域未退化草甸表層土壤(0~10 cm)溶解性有機(jī)碳含量由355.32降低至217.22 mg/kg,差異顯著(Plt;0.05);極度退化濕地和重度退化草甸溶解性有機(jī)碳損失較大,長(zhǎng)沙貢瑪、若爾蓋、青海湖流域極度退化濕地土壤(0~10 cm)溶解性有機(jī)碳含量分別為75.41、187.81、128.07 mg/kg,與未退化濕地土壤溶解性有機(jī)碳含量差異顯著(Plt;0.05);長(zhǎng)沙貢瑪、若爾蓋、青海湖流域重度退化草甸土壤(0~10 cm)溶解性有機(jī)碳含量分別為109.08、85.40、170.00 mg/kg,與未退化草甸土壤溶解性有機(jī)碳含量差異顯著(Plt;0.05)。
由圖3可知,與土壤有機(jī)碳含量相似,高寒濕地和高寒草甸表層土壤(0~20 cm)中微生物生物量碳含量從長(zhǎng)沙貢瑪至青海湖流域依次降低,且濕地和草甸退化導(dǎo)致土壤微生物生物量碳顯著減少(Plt;0.05)。長(zhǎng)沙貢瑪至青海湖流域未退化濕地表層土壤(0~10 cm)微生物生物量碳含量由2 395.37降低至362.74 mg/kg,差異顯著(Plt;0.05);長(zhǎng)沙貢瑪至青海湖流域未退化草甸表層土壤(0~10 cm)微生物生物量碳含量由664.94降低至306.89 mg/kg,差異顯著(Plt;0.05);極度退化濕地和重度退化草甸微生物生物量碳損失較大,長(zhǎng)沙貢瑪、若爾蓋、青海湖流域極度退化濕地土壤(0~10 cm)微生物生物量碳含量分別為268.45、235.43、151.07 mg/kg,與未退化濕地土壤微生物生物量碳含量差異顯著(Plt;0.05);長(zhǎng)沙貢瑪、若爾蓋、青海湖流域重度退化草甸土壤(0~10 cm)微生物生物量碳含量分別為201.80、218.64、180.86 mg/kg,與未退化草甸土壤微生物生物量碳差異顯著(Plt;0.05)。
2.3 土壤有機(jī)碳損失率
由圖4可知,長(zhǎng)沙貢瑪和若爾蓋區(qū)域濕地與草甸退化后表層土壤(0~20 cm)損失了大量的有機(jī)碳,且顯著高于青海湖流域損失率(Plt;0.05)。長(zhǎng)沙貢瑪和若爾蓋地區(qū)極度退化濕地相較于未退化濕地,土壤(0~20 cm)有機(jī)碳損失率高達(dá)90%,而青海湖流域極度退化濕地土壤碳損失率約65%,顯著低于長(zhǎng)沙貢瑪和若爾蓋地區(qū)(Plt;0.05);長(zhǎng)沙貢瑪和若爾蓋地區(qū)極度退化濕地土壤溶解性有機(jī)碳和微生物生物量碳損失率也顯著高于青海湖流域(Plt;0.05)。長(zhǎng)沙貢瑪和若爾蓋地區(qū)重度退化草甸相較于未退化草甸,土壤(0~20 cm)有機(jī)碳損失率接近90%,而青海湖流域重度退化草甸土壤碳損失率約50%,顯著低于長(zhǎng)沙貢瑪和若爾蓋地區(qū)(Plt;0.05);長(zhǎng)沙貢瑪和若爾蓋地區(qū)重度退化草甸土壤溶解性有機(jī)碳和微生物生物量碳損失率也顯著高于青海湖流域(Plt;0.05)。
3 討論
3.1 退化與土壤有機(jī)碳損失
該研究中,不同海拔和不同降水條件下的高寒濕地與高寒草甸土壤有機(jī)碳含量豐富,特別是降水條件較好的長(zhǎng)沙貢瑪和若爾蓋地區(qū),土壤有機(jī)碳含量相對(duì)較高,對(duì)區(qū)域土壤碳庫(kù)保持具有非常重要的意義。但該區(qū)域極度退化的高寒濕地和重度退化的高寒草甸土壤有機(jī)碳大量損失,急需開展相關(guān)研究明確動(dòng)態(tài)變化與退化成因,并推進(jìn)土壤碳庫(kù)生態(tài)保護(hù)與恢復(fù)研究。當(dāng)前,已有研究明確了高寒濕地、草甸的退化呈破碎斑塊化景觀分布,濕地面積縮減趨勢(shì)明顯[17-18];并且有研究觀點(diǎn)認(rèn)為高寒濕地退化與氣候變化關(guān)系密切[19],這一觀點(diǎn)在40年的衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析中得到佐證,隨著高寒濕地氣溫升高,濕地退化程度呈現(xiàn)明顯加劇狀態(tài)[20];此外,高寒濕地退化受到氣候和人為綜合作用因素的影響,如黃河首曲瑪曲高寒濕地退化主要因素是蒸發(fā)量和降水量,其次是人口數(shù)量和大牲畜數(shù)量等人類活動(dòng)影響[21-22];長(zhǎng)江和黃河源區(qū)高寒濕地退化主要受到氣溫升高影響,載畜量的變化是影響濕地變化最重要的人為因素[23]。與該研究密切相關(guān)的若爾蓋地區(qū),濕地退化受到自然因素和人為因素綜合干擾,特別是氣候變暖、人為開溝排水和增加放牧強(qiáng)度影響程度較高[24-25]。從現(xiàn)有的研究來(lái)看,自然條件變化和人為干擾是影響高寒濕地退化的主要作用因素,且綜合因素大于單一因素的影響。
高寒濕地和草甸退化導(dǎo)致土壤中大量有機(jī)碳釋放,引起土壤碳庫(kù)損失。該研究中降水條件較好的長(zhǎng)沙貢瑪和若爾蓋地區(qū),土壤有機(jī)碳損失總量大、損失率高,青海湖流域土壤有機(jī)碳損失率相對(duì)較低,可能與區(qū)域降水量密切相關(guān)[13]。部分研究觀點(diǎn)認(rèn)為,濕地退化后受土壤水分格局影響,土壤碳庫(kù)減少了溫室氣體甲烷的排放量[26],也有部分研究揭示了濕地退化初期促進(jìn)了土壤有機(jī)碳積累,但是嚴(yán)重退化后期將引起土壤有機(jī)碳大量損失[27]。從土壤有機(jī)碳總量角度來(lái)看,大量研究結(jié)果表明,良好的降水條件能夠有效促進(jìn)區(qū)域植物和微生物的生長(zhǎng)發(fā)育過程,進(jìn)一步促進(jìn)生物碳轉(zhuǎn)化過程并存儲(chǔ)在土壤中,并且有機(jī)碳的存儲(chǔ)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于降水量較低條件區(qū)域(圖1);但是經(jīng)歷退化過程后,大量的有機(jī)碳從土壤中釋放出來(lái),形成較高的土壤有機(jī)碳損失率,土壤碳庫(kù)質(zhì)量下降嚴(yán)重[13]。
3.2 生態(tài)恢復(fù)與土壤有機(jī)碳積累
該研究中降水相對(duì)充沛的長(zhǎng)沙貢瑪與若爾蓋地區(qū)退化后土壤有機(jī)碳庫(kù)的損失率約90%,而降水較低的青海湖流域也超過了50%,進(jìn)行生態(tài)修復(fù)對(duì)土壤有機(jī)碳庫(kù)恢復(fù)具有非常大的潛力。已有研究明確指出,青藏高原退化濕地和草甸需要進(jìn)行生態(tài)恢復(fù),尤其是嚴(yán)重退化的濕地,需要短期補(bǔ)肥和長(zhǎng)期補(bǔ)種進(jìn)行生態(tài)恢復(fù),才能有效促進(jìn)生態(tài)恢復(fù)過程,保護(hù)土壤碳庫(kù)[28];但也有研究認(rèn)為,濕地退化引起了土壤碳的大量釋放過程,退化的濕地很難進(jìn)行有效恢復(fù),加強(qiáng)現(xiàn)有濕地的有效保護(hù)反而才是高寒濕地生態(tài)保護(hù)的重點(diǎn)[27]。在生態(tài)恢復(fù)的相關(guān)研究中,退化后的濕地進(jìn)行植被恢復(fù)過程會(huì)促進(jìn)土壤有機(jī)碳的積累[29],且恢復(fù)過程和效果與植被組成的類型密切相關(guān)[30];部分研究從濕地橫向演替角度解釋了隨著水位加深過程土壤碳庫(kù)增加[31],有部分研究認(rèn)為恢復(fù)過程中人工添加養(yǎng)分對(duì)土壤碳庫(kù)的恢復(fù)不具有長(zhǎng)期持續(xù)的正向作用[32];也有研究認(rèn)為,高寒濕地土壤碳受到水位影響調(diào)控土壤鐵元素介導(dǎo)的苯酚反應(yīng)過程,這一過程與現(xiàn)存的“酶鎖理論”相反,未來(lái)進(jìn)行高寒濕地恢復(fù)與碳庫(kù)重建需要更加注重水位恢復(fù)與鐵介導(dǎo)過程[33]。
針對(duì)高寒濕地和草甸退化后進(jìn)行恢復(fù)的研究表明,不同恢復(fù)措施對(duì)恢復(fù)成效和土壤碳庫(kù)作用不一。在高寒地區(qū)長(zhǎng)達(dá)10年的植被恢復(fù)過程研究認(rèn)為,植被恢復(fù)促進(jìn)了植物生物量和凋落物的增加,但是土壤碳恢復(fù)效果不明顯,且凋落物增加對(duì)植物吸收二氧化碳還產(chǎn)生了負(fù)面效應(yīng)[34],這與退化高寒草地進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)能夠有效增加土壤有機(jī)碳含量,但是不同的植被會(huì)影響溫室氣體排放格局[35]的結(jié)論相似;也有研究發(fā)現(xiàn),在滇西高原濕地進(jìn)行生態(tài)恢復(fù),對(duì)促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)庫(kù)有較大的提升[36],并且在滇西北高原濕地進(jìn)行恢復(fù)后發(fā)現(xiàn),恢復(fù)水深是促進(jìn)濕地植被和土壤碳匯功能重建的關(guān)鍵要素[37];而在藏北地區(qū)的濕地恢復(fù)研究認(rèn)為,土壤氮含量會(huì)限制近自然恢復(fù)的成效,需要考慮生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分平衡[38]。
3.3 生態(tài)恢復(fù)措施建議
從生態(tài)恢復(fù)與生態(tài)功能長(zhǎng)效持續(xù)的角度出發(fā),高寒退化濕地和草甸的生態(tài)恢復(fù)與土壤碳庫(kù)重建,在修復(fù)手段與功能持續(xù)之間的平衡需要更多的研究。雖然綜合性的恢復(fù)研究相對(duì)完善,如5年的持續(xù)補(bǔ)水恢復(fù)措施,促使艾比湖濕地恢復(fù)到未退化的狀態(tài),補(bǔ)充水文能夠促進(jìn)濕地恢復(fù)[39],并且部分研究認(rèn)為濕地修復(fù)需要去除內(nèi)源和外源污染物,同時(shí)進(jìn)行生物修復(fù),加強(qiáng)水質(zhì)恢復(fù)與生物固碳關(guān)聯(lián)研究[40]。但在高寒地區(qū),退化濕地現(xiàn)有生態(tài)恢復(fù)技術(shù)無(wú)法滿足生態(tài)恢復(fù)需求,需進(jìn)行診斷修復(fù)可行性,在材料、水文、生物層面綜合提出修復(fù)措施,并對(duì)修復(fù)結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)判[41]。目前的研究中有探索了自然災(zāi)害后高寒濕地生態(tài)修復(fù)措施,并提出需要考慮重建水文條件[42];有對(duì)黑河源國(guó)家濕地公園生態(tài)恢復(fù)進(jìn)行評(píng)估,確定了該區(qū)域需發(fā)揮高寒濕地生態(tài)功能,兼顧畜牧業(yè)生產(chǎn)[43-44];有利用禁牧方式對(duì)高寒草甸和濕地進(jìn)行恢復(fù),發(fā)現(xiàn)恢復(fù)10年后產(chǎn)草質(zhì)量下降,建議10年后恢復(fù)放牧提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[45];也有研究分析了30年的高寒生態(tài)恢復(fù)系統(tǒng)并認(rèn)為生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目不一定完全適宜生態(tài)系統(tǒng)高質(zhì)量發(fā)展,建議在恢復(fù)基礎(chǔ)上,考慮生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性管理,提升生態(tài)系統(tǒng)的應(yīng)用能力[46]。
高寒濕地和草甸退化導(dǎo)致土壤有機(jī)碳損失率高,對(duì)土壤碳庫(kù)的保存不利,未來(lái)的生態(tài)保護(hù)工作中,可以進(jìn)一步考慮退化濕地和草甸的生態(tài)恢復(fù)過程,促進(jìn)土壤碳庫(kù)恢復(fù)。在恢復(fù)過程中,需要更加深入考慮針對(duì)高寒濕地和草甸的實(shí)際情況,排除污染風(fēng)險(xiǎn),從水文、材料、植物、微生物等角度來(lái)構(gòu)建合適的恢復(fù)措施,加強(qiáng)濕地和草甸有效恢復(fù),促進(jìn)土壤碳庫(kù)匯增;同時(shí)需要深入考慮恢復(fù)后生態(tài)系統(tǒng)功能持續(xù)發(fā)揮,以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)為基礎(chǔ),保障生態(tài)安全恢復(fù)同時(shí)提升服務(wù)能力。
4 結(jié)論
青藏高原半濕潤(rùn)和半干旱區(qū)典型濕地和草甸土壤有機(jī)碳庫(kù)存儲(chǔ)量巨大,土壤碳含量隨降水量的減少而降低。高寒濕地和草甸嚴(yán)重退化后,長(zhǎng)沙貢瑪和若爾蓋降水條件較好的地區(qū)土壤有機(jī)碳損失率約90%,而降水條件較差的青海湖流域土壤有機(jī)碳損失率超過50%。高寒濕地和草甸進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)以重新構(gòu)建土壤碳庫(kù)的潛力較大,但是現(xiàn)有的研究并不能完全滿足高寒濕地和草甸生態(tài)恢復(fù)的需求,未來(lái)要加強(qiáng)從材料、生物等因子綜合構(gòu)建恢復(fù)措施的探索,同時(shí)加強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能間的平衡關(guān)系研究。
參考文獻(xiàn)
[1] XU X B,CHEN M K,YANG G S,et al.Wetland ecosystem services research:A critical review[J].Global ecology and conservation,2020,22:1-10.
[2] BALLUT DAJUD G A,SANDOVAL HERAZO L C,F(xiàn)ERNANDEZ LAMBERT G,et al.Factors affecting wetland loss:A review[J].Land,2022,11(3):1-43.
[3] FLUET CHOUINARD E,STOCKER B D,ZHANG Z,et al.Extensive global wetland loss over the past three centuries[J].Nature,2023,614:281-286.
[4] 羅慶,何清,吳慧秋,等.遼河口濕地土壤有機(jī)碳組分特征及其影響因素[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2024,33(3):333-340.
[5] SENGER D F,SAAVEDRA HORTUA D A,ENGEL S,et al.Impacts of wetland dieback on carbon dynamics:A comparison between intact and degraded mangroves[J].Science of the total environment,2021,753:1-13.
[6] ZHENG Y C,CAO T,ZHANG Y D,et al.Characterization of dissolved organic matter and carbon release from wetland plants for enhanced nitrogen removal in constructed wetlands for low C N wastewater treatment[J].Chemosphere,2021,273:1-9.
[7] TAN L S,GE Z M,ZHOU X H,et al.Conversion of coastal wetlands,riparian wetlands,and peatlands increases greenhouse gas emissions:A global meta analysis[J].Global change biology,2020,26(3):1638-1653.
[8] ZOU J Y,ZIEGLER A D,CHEN D L,et al.Rewetting global wetlands effectively reduces major greenhouse gas emissions[J].Nature geoscience,2022,15(8):627-632.
[9] 國(guó)務(wù)院第三次全國(guó)國(guó)土調(diào)查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室,自然資源部,國(guó)家統(tǒng)計(jì)局.第三次全國(guó)國(guó)土調(diào)查主要數(shù)據(jù)公報(bào)[EB/OL].(2021-08-26)[2023-11-25].https://www.mnr.gov.cn/dt/ywbb/202108/t20210826_2678340.html.
[10] WEI D,ZHAO H,HUANG L,et al.Feedbacks of alpine wetlands on the Tibetan Plateau to the atmosphere[J].Wetlands,2020,40(4):787-797.
[11] YUAN X,CHEN Y,QIN W K,et al.Plant and microbial regulations of soil carbon dynamics under warming in two alpine swamp meadow ecosystems on the Tibetan Plateau[J].Science of the total environment,2021,790:148072.
[12] LIN C Y,LI X L,ZHANG J,et al.Effects of degradation succession of alpine wetland on soil organic carbon and total nitrogen in the Yellow River source zone,west China[J].Journal of mountain science,2021,18(3):694-705.
[13] LUAN J W,CUI L J,XIANG C H,et al.Soil carbon stocks and quality across intact and degraded alpine wetlands in Zoige,east Qinghai Tibet Plateau[J].Wetlands ecology and management,2014,22(4):427-438.
[14] WANG X J,ZHANG Z C,YU Z Q,et al.Composition and diversity of soil microbial communities in the alpine wetland and alpine forest ecosystems on the Tibetan Plateau[J].Science of the total environment,2020,747:1-14.
[15] 陳懂懂,霍莉莉,趙亮,等.青海高寒草地水熱因子對(duì)土壤微生物生物量碳、氮空間變異的貢獻(xiàn):基于增強(qiáng)回歸樹模型[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2023,32(7):1207-1217.
[16] 魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社,1999:106-109,225-238.
[17] 潘竟虎,王建,王建華.長(zhǎng)江、黃河源區(qū)高寒濕地動(dòng)態(tài)變化研究[J].濕地科學(xué),2007,5(4):298-304.
[18] 白軍紅,歐陽(yáng)華,崔保山,等.近40年來(lái)若爾蓋高原高寒濕地景觀格局變化[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2008,28(5):2245,2252.
[19] WANG R,HE M,NIU Z G.Responses of alpine wetlands to climate changes on the Qinghai Tibetan Plateau based on remote sensing[J].Chinese geographical science,2020,30(2):189-201.
[20] 王根緒,李元壽,王一博,等.近40年來(lái)青藏高原典型高寒濕地系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化[J].地理學(xué)報(bào),2007,62(5):481-491.
[21] 薛鵬飛,李文龍,朱高峰,等.黃河首曲瑪曲縣高寒濕地景觀格局演變[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào),2021,45(5):467-475.
[22] LIU Q G.Dynamic degradation of the alpine cold wetland and analysis of driving forces in Maqu,China[J].Nature environment and pollution technology,2016,15(2):457.
[23] 杜際增,王根緒,楊燕,等.長(zhǎng)江黃河源區(qū)濕地分布的時(shí)空變化及成因[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(18):6173-6182.
[24] BAI J H,LU Q Q,WANG J J,et al.Landscape pattern evolution processes of alpine wetlands and their driving factors in the Zoige Plateau of China[J].Journal of mountain science,2013,10(1):54-67.
[25] 游宇馳,李志威,黃草,等.1990—2016年若爾蓋高原荒漠化時(shí)空變化分析[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2017,26(10):1671-1680.
[26] ZHANG H,YAO Z S,MA L,et al.Annual methane emissions from degraded alpine wetlands in the eastern Tibetan Plateau[J].Science of the total environment,2019,657:1323-1333.
[27] LI H L,LI T T,SUN W J,et al.Degradation of wetlands on the Qinghai Tibetan Plateau causing a loss in soil organic carbon in 1966-2016[J].Plant and soil,2021,467(1):253-265.
[28] LI W L,SHANG X J,YAN H P,et al.Impact of restoration measures on plant and soil characteristics in the degraded alpine grasslands of the Qinghai Tibetan Plateau:A meta analysis[J].Agriculture,ecosystems and environment,2023,347:1-11.
[29] AN Y,GAO Y,LIU X H,et al.Soil organic carbon and nitrogen variations with vegetation succession in passively restored freshwater wetlands[J].Wetlands,2021,41(1):1-10.
[30] GRAF U H,BERGAMINI A,BEDOLLA A,et al.Regeneration potential of a degraded alpine mountain bog:Complex regeneration patterns after grazing cessation and partial rewetting[J].Mires and peat,2022,28:1-24.
[31] WANG H,YU L F,CHEN L T,et al.Carbon fluxes and soil carbon dynamics along a gradient of biogeomorphic succession in alpine wetlands of Tibetan Plateau[J].Fundamental research,2023,3(2):151-159.
[32] DUAN P,WEI R Y,WANG F P,et al.Persistence of fertilization effects on soil organic carbon in degraded alpine wetlands in the Yellow River source region[J].Journal of mountain science,2024,21(4):1358-1371.
[33] WANG Y Y,WANG H,HE J S,et al.Iron mediated soil carbon response to water table decline in an alpine wetland[J].Nature communications,2017,8(1):1-9.
[34] QI Y H,WEI D,WANG Z Z,et al.Optimizing restoration duration to maximize CO2 uptake on the Tibetan Plateau[J].Catena,2024,241:1-11.
[35] DENG B L,LI Z Z,ZHANG L,et al.Increases in soil CO2 and N2O emissions with warming depend on plant species in restored alpine meadows of Wugong Mountain,China[J].Journal of soils and sediments,2016,16(3):777-784.
[36] LIU G D,TIAN K,SUN J F,et al.Evaluating the effects of wetland restoration at the watershed scale in northwest Yunnan Plateau,China[J].Wetlands,2016,36(1):169-183.
[37] XIAO D R,ZHANG C,TIAN K,et al.Development of alpine wetland vegetation and its effect on carbon sequestration after dam construction:A case study of Lashihai in the northwestern Yunnan plateau in China[J].Aquatic botany,2015,126:16-24.
[38] JI G X,HU G Z,GAO Q Z,et al.N limitation may inhibit the effectiveness of close to nature restoration measures for degraded alpine meadows on the northern Qinghai Tibet Plateau[J].Basic and applied ecology,2024,77:35-44.
[39] 毋兆鵬,金海龍,王范霞.艾比湖退化濕地的生態(tài)恢復(fù)[J].水土保持學(xué)報(bào),2012,26(3):211-215,221.
[40] 李威,李吉平,張銀龍,等.雙碳目標(biāo)背景下湖泊濕地的生態(tài)修復(fù)技術(shù)[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2022,46(6):157-166.
[41] 朱耀軍,馬牧源,趙娜娜.若爾蓋高寒泥炭地修復(fù)技術(shù)進(jìn)展與展望[J].生態(tài)學(xué)雜志,2020,39(12):4185-4192.
[42] QIU D D,ZHU Y P,ZHANG H,et al.Strong earthquake results in regional die off and degradation of alpine wetlands in the Qinghai Tibet Plateau:Implications for management and restoration[J].Ecological indicators,2022,144:109503.
[43] 孫瑋婕,喬斌,于紅妍,等.基于活力-組織力-恢復(fù)力的黑河源區(qū)高寒濕地景觀生態(tài)健康評(píng)估[J].干旱區(qū)研究,2024,41(2):301-313.
[44] ZHANG X X,HU Y Z,ZHAO L H,et al.Dynamic monitoring and restorability evaluation of alpine wetland in the eastern edge of Qinghai Tibet Plateau[J].Global ecology and conservation,2024,51:e02948.
[45] ZHANG Z C,LIU Y,SUN J,et al.Suitable duration of grazing exclusion for restoration of a degraded alpine meadow on the eastern Qinghai Tibetan Plateau[J].Catena,2021,207:1-11.
[46] ZHAO H,WEI D,WANG X D,et al.Three decadal large scale ecological restoration projects across the Tibetan Plateau[J].Land degradation and development,2024,35(1):22-32.