以流动沙地为对照,采用时空替代法分析库布齐沙漠东部固定沙地上不同发育阶段生物结皮藻类结皮和地衣结皮土壤温室气体通量特征及其与环境因子之间的关系,研究生物结皮发育对荒漠土壤温室气体通量的影响.结果表明:荒漠土壤CO_2排放通量大小为地衣结皮(128.5 mg·m^(-2)·h^(-1))>藻结皮(70.2 mg·m^(-2)·h^(-1))>流动沙地(48.2 mg·m^(-2)·h^(-1)),CH_4吸收通量大小为地衣结皮(30.4μg·m^(-2)·h^(-1))>藻结皮(21.2μg·m^(-2)·h^(-1))>流动沙地(18.2μg·m^(-2)·h^(-1)),N_2O排放通量大小为地衣结皮(6.6μg·m^(-2)·h^(-1))>藻结皮(5.4μg·m^(-2)·h^(-1))>流动沙地(2.5μg·m^(-2)·h^(-1)).CO_2排放具有明显的季节变化,生长季显著大于非生长季;CH_4和N_2O季节变化差异不显著,前者生长季吸收大于非生长季,后者非生长季排放大于生长季.土壤有机碳和全氮含量、土壤微生物数量均是影响温室气体通量的重要因素,环境水热因子是影响土壤CO_2排放的关键因子,但CH_4和N_2O通量对水热因子的变化不敏感.随着植被恢复和生物结皮发育,荒漠土壤温室气体累积通量的不断增大导致其百年尺度的全球增温潜势亦显著提高,依次为地衣结皮(1135.7 g CO_2-e·m^(-2)·a^(-1))>藻结皮(626.5 g CO_2-e·m^(-2)·a^(-1))>流动沙地(422.7 g CO_2-e·m^(-2)·a^(-1)).
为科学评价植被恢复促进沙漠化逆转对碳氮储量的影响,以流动沙地、半固定沙地、油蒿固定沙地、柠条固定沙地、沙柳固定沙地5个阶段荒漠生态系统为研究对象,采用时空替代法分析植被恢复过程中荒漠生态系统碳氮储量及分配格局。结果表明:不同恢复阶段碳氮储量均表现为:流动沙地(3320.97 kg C/hm^2、346.69 kg N/hm^2)<半固定沙地(4371.46 kg C/hm^2、435.95 kg N/hm^2)<油蒿固定沙地(6096.50 kg C/hm^2、513.76 kg N/hm^2)<柠条固定沙地(9556.80 kg C/hm^2、926.31 kg N/hm^2)<沙柳固定沙地(19488.54 kg C/hm^2、982.11 kg N/hm^2)。植被层碳氮储量均呈现随植被恢复逐渐增加的趋势,除流动沙地外,其他阶段碳氮储量均以灌木层为主,占比分别为66.65%—91.41%和52.94%—93.39%,草本和凋落物占比较小。灌木各器官生物量及碳储量分配均为:茎>根>叶,氮储量分配无明显规律,草本各器官生物量及碳氮储量分配均为地上部分高于地下部分。土壤层是荒漠生态系统碳氮储量的主体,碳储量占比为68.64%—99.62%,氮储量占比为89.26%—99.89%,同样呈现随植被恢复逐渐增加的趋势。碳氮储量随土层加深逐渐降低,具有明显的表层富集特征,且随植被恢复过程富集性显著加强。这说明人工建植促进植被演替实现沙漠化逆转可以显著增强荒漠生态系统的碳氮固存能力。
