高寒植被类型及其植物生产力的监测

监测并分析了高寒草甸二种不同植被类型的生态环境条件、植物种类组成、生物量变化规律及其差异。研究表明:距离相近且海拔高度基本相同的矮蒿草草甸和金露梅灌丛草甸二种群落内部,由于受地形部位影响,虽然降水基本相同,但地表受热及蒸发量不同,土壤湿度存在明显差异。受上述环境条件特别是受土壤温湿度条件的限制,二种群落内的植物种类不同,地下、地上生物量的变化也不同,一般在山地阴坡主要分布着以金露梅灌丛为优势种外,多以线叶蒿草、小蒿草、羊茅、及其它杂草类为伴生种的金露梅灌丛草甸植被类型,而主要分布于滩地的矮蒿草草甸多以垂穗披碱草等植物为伴生种的湿中性植被类型,属典型的高寒草甸植被类型。生物量监测结果的比较分析表明,群落的地上生物量为:矮蒿草草甸> 金露梅灌丛草甸;地下生物量随植被类型的不同,其峰值与谷值出现时间不一致。年内地下净生产量为:金露梅灌丛草甸> 矮蒿草草甸。地下生产量周转值为:矮蒿草草甸> 金露梅灌丛草甸。

祁连山海北高寒湿地气候变化及植被演替分析

分析了近 4 0a海北高寒湿地区域气候变化特征 ,以及近期湿地退化和植被演替的情况 .结果表明 :祁连山海北地区自 195 7年以来年平均气温以 0 15 7℃·10a-1的倾向率升高 ,年降水量约以18 5 9mm·10a-1的倾向率递减 ,年平均地温比同期气温的增加更为迅速 ,表现出海北地区气候及土壤性状均向干暖化趋势发展 ,特别是土壤干暖化程度尤为明显 .由于人类活动加剧影响 ,超载过牧 ,原生植被遭受破坏 ,草场退化严重 ,地表潜在蒸散力加大 .深层的多年冻土退化 ,冻胀草丘坍塌 ,导致湿地植被发生变化 ,使沼泽化草甸向典型草甸演替 .不同年度调查结果表明 ,高寒湿地植被在气候干暖化趋势的加剧影响下 ,植物群落组成发生变异 ,物种多样性、生态优势度均比湿地原生植被的物种有增多的趋势 .原生适应寒冷、潮湿生境的藏嵩草为主的草甸植被类型逐渐退化 ,有些物种甚至消失 ,而被那些寒冷湿中生为主的典型草甸类型所替代 .组成植物群落的湿中生种类减少 ,中生种类 (如线叶嵩草 )大量增加 ,群落盖度相对降低 ,群落生产量大幅度下降 .

海北高寒草甸生态系统定位站气候、植被生产力背景的分析

首先分析了中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站近40多年来气温、降水的变化特征;其次分析和总结近20年来海北高寒草甸生态系统不同植被类型分布及地上生物量;同时探讨了对气象条件影响牧草产量的机制及关系,以及高寒草甸植被对气候变暖的响应。本文的目的是为高寒草甸生态系统的结构、功能、能量流动及物质循环等研究,以及提高生物生产力途径模式的建立提供依据,也为从事海北站不同学科的研究工作提供气候及植被的背景情况。

5年模拟增温后矮嵩草草甸群落结构及生产量的变化

5年模拟增温后观察表明,植物生长期4～9月暖室内10cm、20cm地下土壤平均增温1.86℃,10cm、20cm地上空气平均增温1.15℃,地表0cm平均增温1.87℃,且增温在植物生长初期大于生长末期及枯黄期。在模拟增温初期年生物量比对照高,增温5年后生物量反而有所下降。增温使禾草类植物种增加,杂草减少。从表面来看,增温可使植物生长期延长,利于增大生物量,实际受热效应作用,植物发育生长速率加快,植物成熟过程提早,生长期反而缩短,加之玻璃纤维的存在使暖室内外温度交换减缓,减少了温度日变化,限制干物质积累,终久导致生物量减少。这说明小气候的作用,环境条件诱发土壤结构变化,植被的种群结构也随之改变,甚至出现演替的过程,全球变暖不仅对植物的生物生产力影响较大,而且对植被类型的演替有着不可忽视的作用。

海北高寒草甸地区能量平衡特征

以微气候观测为基础,研究晴天状况下海北高寒草甸地区净辐射通量、土壤热通量、感热通量和潜热通量变化等特征。结果表明:(1)该地区总辐射的水平较高,2000年4～10月达4227.049W·m-2,地表反射率在4～10月平均为0.23,在植物生长盛期的5～9月为0.22。(2)正向净辐射约占天空总辐射的56%左右;一日间土壤热通量、感热通量和潜热通量所占净辐射通量的比例在不同季节变化差异较大,在所选择的6月到9月的4个晴天个例状况平均分别所占的比例为28.6%、68.0%和3.4%,表现出潜热通量在净辐射能量的分配中所占比例较大,感热通量次之,土壤热通量则很小。(3)各通量所通过零点的时间基本一致,一般在日出后的7∶00和日落前的19∶00。

高寒金露梅灌丛生物量及年周转量

采用样方调查与挖掘相结合的方法,以金露梅(P otentilla f ruticosa)灌丛多年累积枝干、地下生物量和当年新生枝叶量及6-9月冠面长度、宽度和高度为参数进行线性回归分析,结合金露梅灌丛与草本植物在样地所占比例,估算其年净初级生产量及年净固碳量。结果表明:2004年金露梅灌丛地下实际周转量为53.7 g/m2,周转率为26%;当年新生枝叶量为41.0 g/m2,年净初级生产量94.7 g/m2;以草本植物与金露梅灌丛在样地所占比例为60%和40%进行估算,2004年金露梅灌丛草甸总净初级生产量为858.3 g/m2,固碳量481.9 g/m2。

祁连山海北高寒草甸地区微气候特征的观测研究

对祁连山海北高寒草甸地区近夏至日微气象观测分析表明 :(1 ) 1 4:0 0 (北京时 ,下同 )太阳总辐射瞬时值最高可达 1 0 61W·m- 2 ,净辐射、反射辐射、光合有效辐射和紫外辐射分别为 670、2 1 8、380和 1 68W·m- 2 ,分别约为太阳总辐射的 58%、2 0 %、36%和 1 4% ,6月下旬日平均反射率约为 0 .2 2 ;(2 )土壤热通量、感热通量和潜热通量瞬时值最大分别为 91、2 74和 362W·m- 2 ,相应占净辐射的比例为 2 0 %、38%和 42 % ;(3)地—气温度在一定范围的水平和垂直方向变化较为剧烈 ,大气逆温约出现于 2 0 :0 0至次日 1 1 :0 0 ,午夜 0 1 :0 0最强 ;(4)风速阵性强 ,有显著日变化的时间性分布。

气候变暖对高寒草甸气候生产潜力的影响

利用多年定位测定的草地生产力资料及同步气象因素观测数据 ,建立现实状况下光、温、水影响草地气候生产潜力模型 : Y=F1( Q)· F2 ( T)· F3( P) =KΣnt=1[( - b·exp( a+ bΣt/Σtmax) ) /( 1 + exp( a+ bΣt/Σtmax) ) 2 ] · [W0 /Σtmax]·△Σt·0 T<0℃T/2 0· 0 .6658 0℃≤ T<2 0℃1 T≥ 2 0℃在分析现实高寒草旬气候生产力分布与环境条件关系的同时 ,根据该模型模拟计算未来气温升高 2℃和 4℃ ,降水增加 1 0 %和 2 0 %状况下的气候生产力情景。在上述两种气候情景下 ,未来草地生产力分别出现降低 ( 1 0 %)和升高 ( 1 %)的两种可能。气候变暖在一定程度上减少和缓和低温对高寒草甸牧草生长的不利影响 ,但地表及植被的蒸散量的加大远比降水增加的快 。

祁连山海北高寒湿地植物群落结构及生态特征

海北高寒湿地系沼泽型和湖泊型湿地相并存．海北高寒湿地植物种类组成较少，从湿地中央到边缘植物优势种组成不同，群落结构变化明显．中部以帕米尔苔草为主要植物建群种的沼泽草甸，边缘地带以藏嵩草为主要建群种的沼泽化草甸，从中央到边缘地带主要有25种植物组成，隶属10科20属．高寒湿地植物有较高的地上生物量（349．373g·m^-2）和地下生物量（仅1～40cm层次最高可达10769．301g·m^-2），而且地下部分远高于地上部分，地下生物量从表层到深层基本均匀下降，与矮嵩草草甸和金露梅灌丛草甸区的地下生物量分布截然不同．因湿地帕米尔苔草、藏嵩草、黑褐苔草、华扁穗草等为主的植物粗纤维高，牲畜利用率下降，不论地上还是地下对土壤有机物的补给均较高，多年的积累使其海北高寒湿地有深达2～3m的泥炭层，使湿地形成一个非常重要的碳库．在气候变暖的条件下，这些未分解或半分解的土壤有机物质（或残体）将加速分解，对大气有更多的CO2、CH4等温室气体的排放．

祁连山海北高寒草甸地区紫外辐射特征及其对植物生理作用的探讨

利用祁连山海北高寒草甸地区 2 0 0 0年植物生长期内的太阳辐射观测资料 ,分析了该地区太阳紫外辐射 (UV)在植物生长期内的日、季节变化特征 ,以及在太阳总辐射 (Eg)中所占的比例 (η)。结果表明 :海北站地区UV较强 ,瞬时极大值可达 77W·m-2 ,日总量最大达 1.8MJ·m-2 以上 ;实际天气状况下月总量最大可达 4 1.6 2 0MJ·m-2 (5月 ) ,植物生长期内的 4月到 10月总量达 2 18.6 5 1MJ·m-2 。UV有明显的日、季节变化规律。日间UV所表现的单峰式曲线变化过程 ,与总辐射变化有关。在晴天状况下 ,η的变化下午高于上午 ,日平均约为 0 .0 4 8;阴天状况下在 13:0 0～ 14 :0 0较高 ,早晚低 ,且随云层厚薄而发生显著的变化。同时表明 ,阴天状况下的η值 (0 .0 5 3)高于晴天。就生长期实际情况来看 ,η值在植物生长的前期较高 ,植物生长后期较低 ,植物生长期内平均约为 0 .0 5 2。受强UV的影响 ,高寒草甸几种主要植物 ,其植物根、茎、叶的可溶性糖含量、淀粉含量、非结构性碳水化合物均较高 ,且表现出日出后迅速增加 ,植物根茎粗壮等 ,植物的生理适应性及其植物体的结构发生改变 ,致使高寒草甸植物具有明显的抗寒性功能机制和形态结构。

海北高寒草甸的季节冻土及在植被生产力形成过程中的作用

海北高寒矮嵩草草甸区植被下的草毡寒冻雏形土属季节性冻土,因温度低,冻土在年内的每个月均可发生.一般在11月中旬可形成稳定的季节冻结层,至翌年3～4月冻土层厚度最大可达230cm.从3月下旬到4月中旬开始,土壤开始消融,至6月下旬到7月上旬冻土全部消失.分析发现,季节冻土在高寒草甸植被生产力形成过程中有着积极的影响作用,主要表现在:1)季节冻土的存在和维持将给高寒植物生长提供良好的土壤水分,对植物初期营养生长发育有利,可弥补春夏之交时降水不足所引起的干旱胁迫影响;2)季节冻土的长时间维持,有利于植物残体和土壤有机质留存于土壤,并随土壤冻结和融化过程发生迁移,可提高土壤肥力;3)较高的土壤水分有利于土壤胡敏酸的形成,可保证植物生长所需的其它有机元素的供给;4)冻土层所形成较高的土壤水分使土体热容量加大,从而调节因气候异常波动引起的土壤温度变化;5)季节冻土的变化对植物地上年生产量形成有一定的影响作用,表现出从10月或11月开始,土壤冻结速率快,对提高植物地上年生产量有利.这也证实,在未来气候变暖的趋势下,土壤有机质将加快分解速度,土壤水分因受温度升高、冻结期缩短,其贮存能力降低;受温度升高的影响,地表蒸发能力加大,若降水仍保持目前的水平,土壤水分将明显减少,将导致高寒草甸植被生产力有下降的可能.

海北高寒草甸地区太阳总辐射、植被反射辐射的有关特征

祁连山海北高寒草甸地区 ,有较强的太阳总辐射及地表反射辐射。通过 2 0 0 0年观测结果表明 ,在植物生长期的 4～ 10月 ,太阳总辐射和地表反辐射总量分别达 4 2 2 7.0 4 9MJ· m- 2 和 973.5 5 6 MJ· m- 2 。二者有明显的日变化规律 ,瞬时最高值出现于北京时间 13～ 14 h左右 ,日瞬时最大值分别可达 12 0 0 W· m- 2 和 2 2 0 W· m- 2 以上。植物生长期间太阳总辐射变化受太阳高度角及其当地气候环境的影响 ,太阳高度角高或气候干燥时太阳总辐射值大 ,而地表反辅射依太阳总辐射的变化而变化 ,二者均在 7月最高 ,5月次高。植物生长后期 ,气候湿润 ,太阳总辐射和地表反射辐射均较低。地表反射率不论在日间还是植物生长的季节间 ,均表现一“U”型变化过程 ,其中日间在中午前后最低 ,最低可达 0 .19,季节变化以 6～ 7月最低 ,约为 0 .2 1,当然受土壤潮湿程度及地表性质等影响 ,其它时间也可降到 0 .2 1。就整个植物生长期内来看 ,祁连山海北高寒草甸地区地表反射率平均约为 0 .2

青海海北高寒草甸五种植被生物量及环境条件比较

分析了高寒草甸不同植被类型植物种类组成、生物量变化规律及其差异。研究表明不同植被类型的分布与土壤湿度和温度有很大的关系。藏嵩草草甸、金露梅灌丛草甸、矮嵩草草甸、正恢复的矮嵩草草甸、小嵩草草甸这5种不同植被类型所对应的土壤湿度依次降低,而所对应的土壤温度依次升高;植物种类数量表现为矮嵩草草甸>金露梅灌丛草甸>小嵩草草甸>正恢复的矮嵩草草甸>藏嵩草草甸。地上生物量高低依次为小嵩草草甸>矮嵩草草甸>金露梅灌丛草甸>正恢复的矮嵩草草甸>藏嵩草草甸;地下生物量则表现出金露梅灌丛草甸>矮嵩草草甸>小嵩草草甸>正恢复的矮嵩草草甸的特征,而其在年内的周转值表现出金露梅灌丛草甸>正恢复的矮嵩草草甸>小嵩草草甸>矮嵩草草甸;土壤有机质的季节变化表现为0～40cm整层土壤有机质含量小嵩草草甸>金露梅灌丛草甸>矮嵩草草甸>正恢复的矮嵩草草甸,0～10cm的表层土壤有机质金露梅灌丛草甸>矮嵩草草甸>小嵩草草甸>正恢复的矮嵩草草甸。

高寒草甸牧草产量形成过程及与气象因子的关联分析

高寒草甸牧草产量的形成过程与生物量的积累过程和自然界各种生物种群消长规律一样，可用逻辑斯谛生长函数来描述。随着季节的进程，依环境条件的周期变化表现为有缓慢积累-快速增加-相对稳定-折损减少等4个阶段。对气象因子影响高寒草甸牧草产量灰色关联分析结果表明，高寒草甸地区降水量可基本满足牧草生长发育的需求，而温度因子则成为主要的限制因子。其气象因子影响程度大小的序次为：1月平均气温＞5～8月平均气温＞5～8月日照时数＞5～8月水热综合配合(降水量与气 温的比值)＞5～8月降水量＞上年度末9～11月的降水量。在分辨系数取0.5的条件下，以上各因子所对应的关联度排列为：0.835＞0.791＞0.771＞0.754＞0.743＞0.638。将上述各气象因子进行主成分处理后，建立评估或预报高寒草甸牧草产量的模拟模型方程：GW=a+aj覺j。其拟合及试报效果很好，可作高寒草甸牧草产量的评估或预测预报工具。

高寒湿地太阳辐射和地表反射率变化的统计学特征

依据祁连山海北高寒湿地植物生长期观测的太阳总辐射(Eg)和反射辐射(Er)资料,分析了高寒湿地Eg和地表反射率(A)的日及季节变化特征.结果表明:祁连山海北高寒湿地,有较强的Eg,但A较低.年内1-12月Eg的平均日总量达17.3 MJ.m-2,其中植物生长期的5-9月平均日总量为20.0MJ.m-2,表现出4-7月高,冷季低的变化特征.A的日、季节变化均表现“U”型变化过程.2004年1-12月A的年平均值为0.32,植物生长季的5-9月平均值为0.18,植物非生长季的10月-翌年4月平均值为0.43.其中1月最高(0.70),7月最低(0.16).

地温影响高寒草甸牧草产量的效应分析

本文采用地温资料建立影响高寒草甸牧草产量的正交多项式积分回归模式，具有一定的实用价值。通过分析表明，回归模式：模式模拟的拟合率较高，平均相对误差为2．32％，达极显著相关的检验水平（P＜0．01）。试报1994和1995年牧草产量，相对误差分别为3．48％和4．68％，预报准确率较高。从地温时间分布影响产草量的阶段性效应分析看，除6月中下旬和7月下旬有正的影响效应外，其它时间基本为负的影响效应，特别是牧草萌发到返青的4月中旬到5月下旬负效应甚为明显。这可能与冬季地温低，土壤冻结坚实，地表面水分蒸发少，利于土壤保持较高的水分条件有关。

青海海北高寒湿地近地层大气CO_2浓度的变化特征

采用快速响应红外气体分析仪对青海海北高寒湿地大气CO2浓度进行连续监测,分析2004年CO2浓度变化特征表明,CO2浓度存在明显的日、季变化,日、年内均表现“U”型变化特征。这些变化与植被生理活动、土壤呼吸、大气逆温层、及湍流交换强度等有关。自1月到7月CO2浓度的日变化过程中,日最高值出现时间在日出前后的5:00到9:00,并随7月的到来逐渐提早,日出后下降,约在下午15:00左右为最低,日落后又逐步升高。7月以后日最高值出现时间随时间推移又滞后,最低提早。一年中,月平均浓度最低值出现在7月份,最高值则在10月。观测表明,2004年海北高寒湿地CO2年平均浓度为315.3μmol/mol,月平均最高为335.0μmol/mol(10月),月平均最低值为270.1μmol/mol(7月)。统计海北高寒湿地旬平均CO2浓度与气象因素线性相关关系表明,海北高寒湿地CO2浓度与大多数气象因子有显著的负相关关系,但与土壤温度、气压、相对湿度等的相关关系不明显。

草毡寒冻雏形土有机质补给、分解及大气CO_2通量交换

调查草毡寒冻雏形土生物量及土壤有机质,利用涡度相关技术观测该区域作用层与大气CO2通量.结果表明：地下90%生物量集中于0～10 cm的表土层,年总净初级生产量约935.0 g/m2;土壤有机质含量在6.401～7.060%之间;净CO2通量呈明显的日变化和季节变化规律;5月中旬到9月底为CO2的净吸收（780 g CO2/m2）,其中以7月最高,净吸收量明显高于非生长季的,10月到翌年5月初CO2的净排放量（383 g CO2/m2）;全年固定碳高达397 g/m2.

黄河源区气候温暖化及其对植被生产力影响评价

在分析黄河源区气温、降水变化的基础上,用Turc经验模式计算黄河源区的蒸散量,同时分析了近十几年来土壤湿度、植被地上净初级生产力的变化特征。结果表明,1959-2005年,黄河源区年平均气温按0.0284℃/a的变率升高,降水变化态势平稳,但蒸散量增加趋势明显,上升倾向率达0.7315mm/a,气温上升趋势与年代增加具有明显的相关性。从1987年以来土壤湿度的监测结果分析得知,黄河源区下垫面蒸散量的加大使土壤向干暖化发展。这种气候因素的影响,导致近十几年来植被地上净初级生产力按9.506g/(m2a)的倾向率下降。

青南退化高寒草甸植被土壤固碳潜力

青南与青北高寒草甸植被、土壤、气候类型相似,地植被、土壤碳密度可比性强.研究表明,青南高寒草甸植被退化严重,植被和土壤碳密度随退化程度的加剧而降低,轻度、中度、重度和极度退化植被碳密度分别为921.281、809.998、237.974gC.m-2和75.972gC.m-2,0～40cm土壤碳密度分别为16.760、16.145、14.360gC.m-2和12.945kgC.m-2.在青北未退化草甸植被和0～40cm层次土壤碳密度分别为1 149.327gC.m-2和20.305kgC.m-2.相对青北高寒草甸植被类型而言,青南高寒草甸轻度、中度、重度、极度退化的植被固碳密度分别增加228.046、339.329、911.354gC.m-2和1073.355gC.m-2,而对应0～40cm层次土壤固碳密度可分别增加3.545、4.160、5.946gC.m-2和7.359kgC.m-2.以青南当地未退化草地而言,轻度、中度、重度和极度退化的高寒草甸0～20cm层次土壤固碳密度可达1.694、2.087、3.537kgC.m-2和4.282kgC.m-2,表现出较大的固碳潜力.