排水对高寒泥炭地碳收支影响的观测与模型模拟研究

As one of the highest and largest alpine peatlands in the world, Zoige alpine peatlands plays an important role in the global carbon cycle. Drainage, which is the main disturbance of Zoige, caused water level draw down and changes in ecosystem carbon budget. Previous studies have mainly focus on single gradient based on field observations and controlled experiment, and rarely by using ecosystem model. In this project, controlled experiment and ecosystem model are integrated in order to fully understand the impacts of drainage on carbon budget of Zoige alpine peatlands. First, we simulate five gradient of water level draw down treatments by controlled experiment and observe carbon flux and pools of the treatments. Second, we detect the mathematic relationship between water level draw down and carbon budget based on the data from controlled experiment. Then we couple the mathematic relationship with ecosystem model. We therefore aim to optimize the model and best predicts carbon budget under different drainage conditions. This study will provide more data support for accurately evaluating alpine peatlands carbon budget and have implication for the conservation restoration of alpine peatlands.

若尔盖高寒泥炭地是世界上海拔最高、面积最大的高寒泥炭地分布区之一，在全球碳循环中发挥着重要的作用。排水是该地面临的主要干扰，影响生态系统碳收支的动态变化。已有的研究以控制实验和野外观测为主，排水梯度单一，且缺乏模型模拟研究。基于此，本项目拟以若尔盖高寒泥炭地为研究对象，采用控制实验与模型模拟相结合的方法，通过多梯度控制实验揭示不同排水强度下泥炭地碳交换通量及碳储量的动态特征，建立排水强度与碳收支的数量关系，并将该数量关系耦合至生态系统过程模型中，对模型进行优化与验证，模拟不同排水强度下高寒泥炭地碳收支的动态变化，进而阐明高寒泥炭地碳收支在不同的时空尺度上对不同排水强度的响应特征。预期结果将为气候变化和人类活动背景下高寒泥炭地碳收支的准确评估、泥炭地的保育恢复提供理论依据。

若尔盖高寒泥炭地是世界上海拔最高、面积最大的高原泥炭沼泽的分布区之一。排水是该区域面临的主要人类活动干扰，但排水对碳收支动态的影响以及水位与碳收支各分量的数量关系尚不清楚。本项目采用野外多水位控制实验和模型模拟相结合的方法，揭示了不同水位条件下碳收支各分量的动态特征，建立了水位与碳收支的数量关系，优化了生态系统过程模型。研究结果表明：（1）水位对高寒湿地碳收支各分量（总初级生产力、生态系统净碳吸收、生态系统呼吸、甲烷排放）有显著影响，高水位和低水位的碳通量存在显著差异；（2）总初级生产力、生态系统净碳吸收、生态系统呼吸与水位呈现二次曲线的关系，甲烷排放与水位呈线性对数线性关系。在-10cm水位时，总初级生产力和生态系统净碳吸收最大，甲烷排放极少，表明该水位条件下泥炭地可固持更多的碳；（3）基于观测的实验数据优化了生态系统过程模型，可较好的捕捉总初级生产力、生态系统净碳吸收、生态系统呼吸的季节动态，对碳通量各分量的解释率在36.7%~49.8%。在高寒泥炭地的恢复中，水位是非常重要的因子，本研究的发现不仅可为高寒湿地保育与恢复提供理论支撑，也可为人为干扰下高寒泥炭地碳收支的准确估算、碳汇功能管理及提升提供科学依据和决策支持。