西南中国典型亚高山草甸不同植被覆盖下的碳储存模式:对生态系统碳汇的关键洞察

【字体: 时间:2025年05月07日 来源:Current Research in Environmental Sustainability 3.7

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  为探究亚热带中国南方亚高山草甸主要草本植被类型的碳储量,研究人员对重庆五里坡自然保护区的多种植物群落进行研究。结果发现不同群落碳储量差异显著,土壤碳储量占比超 98%。该研究对评估生态系统碳汇能力意义重大。

  在全球气候变化的大背景下,人类对化石燃料的过度使用以及土地利用方式的不断变化,导致大量甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)等温室气体排放到大气中,这极大地削弱了陆地生态系统原本的碳汇能力。全球气候因此受到严重影响,对生态系统和人类的生存发展都构成了巨大威胁。陆地生态系统中的森林、草原、湿地等在固定和储存温室气体方面发挥着关键作用,而草甸作为介于草原和湿地之间的特殊生态系统,不仅能像湿地一样储存大量碳,还不会像湿地那样排放过多其他温室气体,在缓解气候变化方面意义非凡。
然而,目前针对山地植被碳储存的研究,大多集中在城市、森林和农田生态系统,对草甸生态系统碳储存的研究相对匮乏。尤其是在中国西南亚热带地区,虽然这里经济活动活跃,碳排放量大,同时也是陆地生态系统碳储存的重要区域,但关于该地区亚高山草甸生态系统碳储存的研究少之又少。准确估算生态系统碳储存对于探究陆地碳循环至关重要,而且生态系统碳汇在调节气候变暖方面起着关键作用,因此研究草甸生态系统的碳储存情况,对于中国实现 “碳达峰、碳中和” 目标意义重大。

为了填补这一研究空白,重庆相关研究人员针对西南地区典型山地草甸展开了深入研究。研究人员选择重庆五里坡国家级自然保护区作为研究区域,该保护区位于长江上游和三峡库区,拥有中国中低纬度地区保存最为完好的亚高山草甸。研究人员综合运用实地调查、遥感反演和碳储量测量等多种方法,对射干Belamcanda chinensis,BC)、芦苇Phragmites australis,PA)、蹄叶橐吾Ligularia sibirica,LS)、蕨菜Pteridium aquilinum var.latiusculum,PL)等多种植物群落的生态系统总碳储量(TECS,包括地上碳储量、地下根系碳储量以及土壤剖面碳储量)进行了系统观测和量化分析 。

在研究方法上,研究人员首先利用遥感技术获取草甸植被的相关信息。从地理空间数据云平台(GDCP)获取 Landsat 8 影像,经过辐射定标和大气校正处理后,结合地形、气候、土壤等辅助数据,运用遥感监督分类方法,在量子地理信息系统(QGIS) 3.30.0 软件中对研究区域的植被类型进行分类。同时,在 2022 年 7 月进行实地采样,针对不同植被群落类型设置样地,每个样地内随机设置多个 1m×1m 的样方,采集地上和地下植物样本以及不同土层的土壤样本,测定其生物量、碳浓度等指标,并通过一系列计算得出碳储量。之后利用 SPSS 21.0 软件进行统计分析,用 Origin 9.0 软件绘制图表 。

研究结果表明:在碳分配方面,不同植物群落的地上和地下碳密度存在显著差异。BC 群落的地上和地下植被碳密度最高,分别为 323.16 g m?2和 482.51 g m?2。除 PA 外,其他草甸植被物种的地下根碳密度均高于地上碳密度。在土壤碳储量方面,0 - 30cm 土层的土壤碳储量在不同群落间无显著差异;30 - 60cm 土层中,BC 群落的土壤碳储量显著高于部分群落;60 - 100cm 土层的土壤碳储量在各群落间也无显著差异。总体上,土壤碳储量随深度增加而减少,且第二层表现出明显的异质性。从碳储量和空间变化来看,PA 和 BC + LS + PL 群落分布面积大,碳储量也最大。整个生态系统中,地下根系碳储量是地上植被的 1.29 倍,土壤碳储量则是地上和地下植被碳储量总和的 81.18 倍。

通过讨论可知,不同陆地生态系统的碳储量差异明显,草甸生态系统碳储量受气候和人类活动影响,在国家尺度上存在较大空间变异。该研究区域的植被地上生物量和地上碳储量高于部分其他地区的草原,但地下碳储量除 BC 群落外低于全国草原平均水平。土壤碳储量受多种因素影响,包括植物 - 动物 - 微生物相互作用以及土壤水分差异等。此外,中国在实现 “碳达峰、碳中和” 目标过程中,生态系统碳汇的贡献评估不足,未来还需进一步研究西南地区草甸生态系统的碳循环参数和调控机制。

综上所述,该研究明确了不同植被群落对亚高山草甸碳储量的显著影响,为准确评估生态群落的碳汇能力提供了重要依据,有助于衡量保护区生态保护措施的碳汇效果。研究结果对于理解和预测全球变化背景下的大规模碳动态具有重要意义,能够为管理者和政策制定者提供科学建议,推动生态产品价值的实现。

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