青藏高原典型高寒退化濕地與草甸土壤有機碳現狀研究

摘要 青藏高原濕地巨大的土壤碳庫對區域碳安全具有重要意義，但不同氣候區退化的典型高寒濕地土壤有機碳損失現狀研究相對缺乏。研究選擇青藏高原不同氣候區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土壤層有機碳損失現狀，探討土壤碳庫恢復潛力與對策。研究結果表明：半濕潤區的長沙貢瑪區域至半干旱區的青海湖流域表層土壤（0～20 cm）有機碳含量隨著降水量與海拔降低而減?。≒lt;0.05），長沙貢瑪濕地至青海湖濕地土壤層（0～10 cm）有機碳含量分別由372.07 g/kg降低至64.41 g/kg，差異顯著（Plt;0.05）；嚴重的退化導致半濕潤區和半干旱區濕地與草甸土壤中有機碳大量損失，長沙貢瑪區域和若爾蓋區域的退化濕地和草甸表層土壤（0～20 cm）有機碳損失率約90%，而青海湖流域的退化濕地和草甸表層土壤（0～20 cm）有機碳損失率超過50%。盡管高寒濕地和草甸進行生態恢復以重新構建土壤碳庫的潛力較大，但現有研究并不能完全滿足高寒濕地和草甸生態恢復的需求，未來建議從材料、生物等因子綜合構建恢復措施，并且加強生態系統恢復與生態系統服務間的平衡關系研究。

關鍵詞 青藏高原；濕地；草甸；退化；土壤有機碳；恢復潛力；氣候區

中圖分類號 X176" 文獻標識碼 A" 文章編號 0517-6611（2025）03-0070-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.03.014

開放科學（資源服務）標識碼（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

基金項目 四川省科技計劃重點研發項目（2022YFN0064）；四川省自然資源科學研究院基本科研業務費項目（2023JDKY0001）。

作者簡介 唐仕芳（1999—），女，四川綿陽人，研究實習員，從事生態系統修復、生物多樣性保護研究。

*通信作者，副研究員，從事生態系統修復、生物多樣性保護研究。

收稿日期 2024-09-11

濕地作為全球重要的生態系統之一，占全球陸地面積6%，卻存儲了全球陸地生態系統碳存儲總量的12%～24%。濕地碳儲量變化對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、地質災害等因素影響下，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，進一步導致土壤中存儲的有機碳大量釋放，一方面碳的釋放導致土壤性質轉變，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，導致更多極端氣候事件的發生^［7］。濕地恢復是有效保護土壤碳庫的潛在措施^［8］，因此急需開展濕地生態保護和濕地土壤碳庫恢復的相關研究。

中國是全球濕地類型分布較多的國家之一，濕地面積達2.34×106 km2^［9］，其中青藏高原分布的高寒濕地占全國濕地面積的30%～40%^［10］，土壤碳儲量巨大。但是，青藏高原作為氣候敏感區域，受到全球氣候變化等因素影響，高寒濕地退化趨勢明顯，土壤碳大量釋放?，F階段針對高寒濕地的研究主要集中在高寒濕地退化現狀^［11-12］，高寒濕地土壤碳庫釋放過程等方面^［13-15］，缺乏不同海拔和降水條件下高寒典型濕地及其關聯的草甸退化后土壤碳庫損失現狀研究。因此，筆者基于前期研究，分析青藏高原半濕潤和半干旱不同氣候區典型濕地和草甸退化后表層土壤碳庫損失率，從生態恢復角度探討土壤碳庫恢復潛力，針對現階段生態恢復研究提出相關建議，為高寒濕地生態恢復與土壤碳庫保護提供基礎。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

根據地域分布，選取黃河上游的長沙貢瑪濕地（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域。3個區域由長沙貢瑪至青海湖流域海拔依次降低，降水量由長沙貢瑪與若爾蓋的半濕潤地區到青海湖流域的半干旱區逐漸減少。這3個區域均屬于青藏高原典型的寒冷濕地、草甸分布區。根據分布區域的海拔和降水條件差異，各區域地理環境和地表植被情況不一，長沙貢瑪和若爾蓋區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，所有選擇草甸區域主要以禾本科植物為主（表1）。

1.2 樣地設置與樣品采集

在2015年5月、2017年5月和

2023年5月分別對青海湖流域、若爾蓋地區、長沙貢瑪地區退化濕地和草甸進行調查和樣品采集分析工作?；谕嘶瘽竦睾屯嘶莸胤诸悩藴剩謩e選取未退化濕地和極度退化濕地（未退化濕地長年積水深度不超過20 cm），未退化草甸和重度退化草甸區域進行研究。在選擇的區域內，根據實地分布情況，劃分3塊100 m×100 m的試驗樣地，每塊試驗樣地相距超過50 m，在每塊試驗樣地中，沿對角線均勻劃分5個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徑為7 cm的土鉆采集0～10 cm和gt;10～20 cm的土壤層，將5個小樣方采集的土壤分層混合為1個重復，裝入無菌自封袋中，3個樣地3個重復。將采集的樣品低溫下帶回實驗室，進行土壤基礎性質和有機碳分析。

1.3 室內分析

將采集的土壤樣品進行破碎（濕地土壤水分含量過高時在低溫下風干表面水分至可破碎狀態），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份自然狀態下風干后用于基礎性質、有機碳、溶解性有機碳測定，1份新鮮土壤樣品用于微生物生物量碳測定。

采用pH計測定土壤pH（浸提液的土與水質量體積比為1∶2.5）；土壤有機碳利用濃硫酸與重鉻酸鉀加熱法進行測定；溶解性有機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行測定；微生物生物量碳氯仿熏蒸后，土壤有機碳含量差值法進行測定；土壤全氮利用半微量凱氏定氮法進行測定，土壤全磷利用鉬銻抗比色法進行測定^［16］。

1.4 數據處理

所有數據均采用均值±標準差（ME±SD）進行表述。土壤有機碳（有機碳、溶解性有機碳、微生物生物量碳）損失率為退化土壤對比未退化土壤有機碳（有機碳、溶解性有機碳、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間的差異，利用單因素方差分析不同土層、退化后土壤有機碳、溶解性有機碳、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域間土壤有機碳、溶解性有機碳、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，所有數據均采用IBM SPSS Statistics 26.0進行分析，采用Origin 2022作圖。

2 結果與分析

2.1 土壤理化性質

對典型濕地和草甸土壤基礎性質進行分析，在黃河上游的長沙貢瑪、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 土壤有機碳現狀

由圖1可知，高寒濕地和高寒草甸表層土壤（0～20 cm）中有機碳含量從長沙貢瑪至青海湖流域依次降低，且濕地和草甸退化導致土壤有機碳顯著減少（Plt;0.05）。長沙貢瑪至青海湖流域未退化濕地表層土壤（0～10 cm）有機碳含量分別由372.07降低至64.41 g/kg，差異顯著（Plt;0.05）；長沙貢瑪至青海湖流域未退化草甸表層土壤（0～10 cm）有機碳含量由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碳損失較大，長沙貢瑪、若爾蓋、青海湖流域極度退化濕地土壤（0～10 cm）有機碳含量分別為23.31、20.40、25.14 g/kg，與未退化濕地土壤有機碳含量差異顯著（Plt;0.05）；長沙貢瑪至青海湖流域重度退化草甸土壤（0～10 cm）有機碳含量分別為26.83、12.33、18.87 g/kg，與未退化草甸土壤有機碳含量差異顯著（Plt;0.05）。

由圖2可知，與土壤有機碳含量相似，高寒濕地和高寒草甸表層土壤（0～20 cm）中有溶解性有機碳含量從長沙貢瑪至青海湖流域依次降低，且濕地和草甸退化導致土壤溶解性有機碳顯著減少（Plt;0.05）。長沙貢瑪至青海湖流域未退化濕地表層土壤（0～10 cm）溶解性有機碳含量由1 527.98降低至238.88 mg/kg，差異顯著（Plt;0.05）；長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碳損失較大，長沙貢瑪、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碳含量差異顯著（Plt;0.05）；長沙貢瑪、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碳含量差異顯著（Plt;0.05）。

由圖3可知，與土壤有機碳含量相似，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沙貢瑪至青海湖流域依次降低，且濕地和草甸退化導致土壤微生物生物量碳顯著減少（Plt;0.05）。長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 土壤有機碳損失率

由圖4可知，長沙貢瑪和若爾蓋區域濕地與草甸退化后表層土壤（0～20 cm）損失了大量的有機碳，且顯著高于青海湖流域損失率（Plt;0.05）。長沙貢瑪和若爾蓋地區極度退化濕地相較于未退化濕地，土壤（0～20 cm）有機碳損失率高達90%，而青海湖流域極度退化濕地土壤碳損失率約65%，顯著低于長沙貢瑪和若爾蓋地區（Plt;0.05）；長沙貢瑪和若爾蓋地區極度退化濕地土壤溶解性有機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）。長沙貢瑪和若爾蓋地區重度退化草甸相較于未退化草甸，土壤（0～20 cm）有機碳損失率接近90%，而青海湖流域重度退化草甸土壤碳損失率約50%，顯著低于長沙貢瑪和若爾蓋地區（Plt;0.05）；長沙貢瑪和若爾蓋地區重度退化草甸土壤溶解性有機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碳含量豐富，特別是降水條件較好的長沙貢瑪和若爾蓋地區，土壤有機碳含量相對較高，對區域土壤碳庫保持具有非常重要的意義。但該區域極度退化的高寒濕地和重度退化的高寒草甸土壤有機碳大量損失，急需開展相關研究明確動態變化與退化成因，并推進土壤碳庫生態保護與恢復研究。當前，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，濕地面積縮減趨勢明顯^［17-18］；并且有研究觀點認為高寒濕地退化與氣候變化關系密切^［19］，這一觀點在40年的衛星數據分析中得到佐證，隨著高寒濕地氣溫升高，濕地退化程度呈現明顯加劇狀態^［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量和降水量，其次是人口數量和大牲畜數量等人類活動影響^［21-22］；長江和黃河源區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］。與該研究密切相關的若爾蓋地區，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度影響程度較高^［24-25］。從現有的研究來看，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致土壤中大量有機碳釋放，引起土壤碳庫損失。該研究中降水條件較好的長沙貢瑪和若爾蓋地區，土壤有機碳損失總量大、損失率高，青海湖流域土壤有機碳損失率相對較低，可能與區域降水量密切相關^［13］。部分研究觀點認為，濕地退化后受土壤水分格局影響，土壤碳庫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了土壤有機碳積累，但是嚴重退化后期將引起土壤有機碳大量損失^［27］。從土壤有機碳總量角度來看，大量研究結果表明，良好的降水條件能夠有效促進區域植物和微生物的生長發育過程，進一步促進生物碳轉化過程并存儲在土壤中，并且有機碳的存儲量遠遠高于降水量較低條件區域（圖1）；但是經歷退化過程后，大量的有機碳從土壤中釋放出來，形成較高的土壤有機碳損失率，土壤碳庫質量下降嚴重^［13］。

3.2 生態恢復與土壤有機碳積累

該研究中降水相對充沛的長沙貢瑪與若爾蓋地區退化后土壤有機碳庫的損失率約90%，而降水較低的青海湖流域也超過了50%，進行生態修復對土壤有機碳庫恢復具有非常大的潛力。已有研究明確指出，青藏高原退化濕地和草甸需要進行生態恢復，尤其是嚴重退化的濕地，需要短期補肥和長期補種進行生態恢復，才能有效促進生態恢復過程，保護土壤碳庫^［28］；但也有研究認為，濕地退化引起了土壤碳的大量釋放過程，退化的濕地很難進行有效恢復，加強現有濕地的有效保護反而才是高寒濕地生態保護的重點^［27］。在生態恢復的相關研究中，退化后的濕地進行植被恢復過程會促進土壤有機碳的積累^［29］，且恢復過程和效果與植被組成的類型密切相關^［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增加^［31］，有部分研究認為恢復過程中人工添加養分對土壤碳庫的恢復不具有長期持續的正向作用^［32］；也有研究認為，高寒濕地土壤碳受到水位影響調控土壤鐵元素介導的苯酚反應過程，這一過程與現存的“酶鎖理論”相反，未來進行高寒濕地恢復與碳庫重建需要更加注重水位恢復與鐵介導過程^［33］。

針對高寒濕地和草甸退化后進行恢復的研究表明，不同恢復措施對恢復成效和土壤碳庫作用不一。在高寒地區長達10年的植被恢復過程研究認為，植被恢復促進了植物生物量和凋落物的增加，但是土壤碳恢復效果不明顯，且凋落物增加對植物吸收二氧化碳還產生了負面效應^［34］，這與退化高寒草地進行生態恢復能夠有效增加土壤有機碳含量，但是不同的植被會影響溫室氣體排放格局^［35］的結論相似；也有研究發現，在滇西高原濕地進行生態恢復，對促進土壤有機質庫有較大的提升^［36］，并且在滇西北高原濕地進行恢復后發現，恢復水深是促進濕地植被和土壤碳匯功能重建的關鍵要素^［37］；而在藏北地區的濕地恢復研究認為，土壤氮含量會限制近自然恢復的成效，需要考慮生態系統養分平衡^［38］。

3.3 生態恢復措施建議

從生態恢復與生態功能長效持續的角度出發，高寒退化濕地和草甸的生態恢復與土壤碳庫重建，在修復手段與功能持續之間的平衡需要更多的研究。雖然綜合性的恢復研究相對完善，如5年的持續補水恢復措施，促使艾比湖濕地恢復到未退化的狀態，補充水文能夠促進濕地恢復^［39］，并且部分研究認為濕地修復需要去除內源和外源污染物，同時進行生物修復，加強水質恢復與生物固碳關聯研究^［40］。但在高寒地區，退化濕地現有生態恢復技術無法滿足生態恢復需求，需進行診斷修復可行性，在材料、水文、生物層面綜合提出修復措施，并對修復結果進行綜合評判^［41］。目前的研究中有探索了自然災害后高寒濕地生態修復措施，并提出需要考慮重建水文條件^［42］；有對黑河源國家濕地公園生態恢復進行評估，確定了該區域需發揮高寒濕地生態功能，兼顧畜牧業生產^［43-44］；有利用禁牧方式對高寒草甸和濕地進行恢復，發現恢復10年后產草質量下降，建議10年后恢復放牧提升生態系統服務功能^［45］；也有研究分析了30年的高寒生態恢復系統并認為生態修復項目不一定完全適宜生態系統高質量發展，建議在恢復基礎上，考慮生態系統的環境適應性管理，提升生態系統的應用能力^［46］。

高寒濕地和草甸退化導致土壤有機碳損失率高，對土壤碳庫的保存不利，未來的生態保護工作中，可以進一步考慮退化濕地和草甸的生態恢復過程，促進土壤碳庫恢復。在恢復過程中，需要更加深入考慮針對高寒濕地和草甸的實際情況，排除污染風險，從水文、材料、植物、微生物等角度來構建合適的恢復措施，加強濕地和草甸有效恢復，促進土壤碳庫匯增；同時需要深入考慮恢復后生態系統功能持續發揮，以生態系統服務為基礎，保障生態安全恢復同時提升服務能力。

4 結論

青藏高原半濕潤和半干旱區典型濕地和草甸土壤有機碳庫存儲量巨大，土壤碳含量隨降水量的減少而降低。高寒濕地和草甸嚴重退化后，長沙貢瑪和若爾蓋降水條件較好的地區土壤有機碳損失率約90%，而降水條件較差的青海湖流域土壤有機碳損失率超過50%。高寒濕地和草甸進行生態恢復以重新構建土壤碳庫的潛力較大，但是現有的研究并不能完全滿足高寒濕地和草甸生態恢復的需求，未來要加強從材料、生物等因子綜合構建恢復措施的探索，同時加強生態系統恢復與生態系統服務功能間的平衡關系研究。

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