论文部分内容阅读
集合生态系统（meta-ecosystem）的概念是空间生态学的重要延伸,具有整合社区,生态系统和景观的潜力,对理解相邻生态系统之间的生物地球化学联系具有重要意义。碳是地球生物体的关键结构组成部分,它是陆地生态系统中土壤有机质的主要成分,也是岩石圈和大气中的基本成分,因此了解不同生态系统中碳通量可对跨境生态系统管理提供关键科学依据。然而,关于亚高山针叶林—溪流—河流集合生态系统的碳迁移过程的资料很少。川西亚高山森林位于青藏高原东缘和长江上游区域,其在水源涵养,指示全球气候变化,生物多样性保育等方面有着非常重要的作用和地位。这些生态系统的碳输出对维持对接河流和河流生态系统的生产力和碳平衡具有生态意义。迄今为止,亚高山森林—溪流—河流生态系统中的碳迁移过程仍不清楚。为了解亚高山针叶林生态系统与长江上游对溪流河流之间的碳生物地球化学联系,我们在四川省理县米亚罗自然保护区四川农业大学森林生态系统定位研究站调查了亚高山森林—溪流—河流生态系统中的碳迁移过程。采取动态监测和室内分析相结合的方法,在2015年9月至2016年8月的不同关键时期,测量了森林生态系统内15条溪流的凋落物量,凋落物,沉积物,溪流和河流中的碳浓度。同时,对所研究的15条河流的流量也进行了监测。研究结果如下。（1）根据凋落物的输入输出量得出,一年内研究区域内凋落物形式输入的碳111.89 g/m2,年输出量为2.05 mg/m2。可见,由凋落物输入溪流中的碳大部分保留在溪流内。溪流可溶性碳输出量范围为0.2×10-3-1.26 kg/d,平均值为0.10 kg/d,其中可溶性有机碳输出量范围为0.1×10-3-0.58 kg/d,平均值为0.04 kg/d可溶性无机碳输出量范围为0.1×10-3-0.68 kg/d,平均值为0.06 kg/d,由一年调查结果得出单位集水区面积年输出量为73.37×10-3g/m2,其中可溶性有机碳为29.98×10-3g/m2,可溶性无机碳为43.39×10-3g/m2,可见集水区可溶性碳输出以无机碳为主。（2）亚高山针叶林—溪流—河流集合生态系统平均碳贮量为57.07 kg/m2,其中河流平均碳贮量为12.50 kg/m2,溪流平均碳贮量为44.57 kg/m2。溪流平均碳贮量约是河流的3.5倍。在水体中,河流溶解碳贮量范围为2.06-7.44 mg/m2,其中可溶性无机碳贮量为1.08-3.94 mg/m2,可溶性有机碳贮量为0.94-3.51 mg/m2;溪流溶解碳贮量范围为0.22-4.79 mg/m2,其中可溶性无机碳贮量为0.10-2.80 mg/m2,可溶性有机碳贮量为0.02-1.27 mg/m2;在沉积物中,河流碳贮量范围为1069.17-50329.52 g/m2,溪流碳贮量范围为521.99-678048.35 g/m2,可见亚高山针叶林—溪流—河流集合生态系统的碳主要贮存在沉积物中,且溪流的沉积物拥有更多的碳贮量。（3）15条森林溪流全碳和无机碳的汇流特征基本相同,而有机碳的汇流特征有所不同,其中长度在100 m以上溪流的全碳和无机碳主要表现为上游浓度大于下游浓度,而小于100 m的溪流全碳和无机碳主要表现为上游浓度小于下游浓度,而在有机碳中,各条溪流汇流变化并没有明显规律,这是由于有机碳浓度TOC浓度随着流量,凋落物和径流的变化而改变。（4）溪流的碳贮量以沉积物所占比例最高,水体最少,其中不同时期森林溪流沉积物碳总贮量范围为9.73-13.01kg/m2,凋落物为1.13-14.18 g/m2,溪流水体为0.65-1.45 mg/m2,沉积物和凋落物平均占溪流整体碳贮量的99.97%和0.03%。森林溪流沉积物贮量变化趋势基本一致,表现为在生长季前期和后期贮量增高,在冬季贮量最低,即在2015年9-10月（凋落叶高峰期）达到贮量高峰,并在11月（冬季）贮量最低。同时,在2016年4-5月（生长季初期）出现第二次峰值。溪流凋落物和水体碳贮量动态基本一致,呈双峰型,表现为在冬季贮量最低,并在10月（凋落物高峰期）和4-5月（生长季前期）出现峰值。综上所述,亚高山针叶林-溪流-河流集合生态系统内碳元素在从森林到河流的迁移过程中,主要以沉积物的形式留在了系统内;同时研究发现,水体作为碳迁移的重要形式,每年通过水体输出的碳是十分巨大的,且无机碳是研究区域亚高山针叶林溪流碳输出的主要形式。这些结果为深入了解亚高山针叶林碳的生物地球化学循环提供数据基础,为亚高山森林水资源保护和管理提供新的思路。