藏北两个临近不同高寒草地碳通量对气候条件的响应

生态系统碳循环应对气候变化的敏感性研究是“碳中和”背景下的重要议题。青藏高原高寒草地面积广阔,碳储量丰富,脆弱性高,近年来随着观测技术尤其是涡度相关技术和模拟技术的发展,已有不少研究致力于揭示青藏高原高寒草地生态系统碳水通量对气候变化的响应过程。但是,相同气候背景下不同高寒草地类型对环境变化的响应规律及敏感性尚不清楚。本研究基于藏北高原两个临近的高寒草地生态系统,高寒草甸和高寒湿地涡度相关观测的碳水通量数据,对比分析了不同水分条件下藏北高寒草甸和高寒湿地碳循环的气候敏感性。结果表明,高寒草甸的碳交换量要显著小于高寒湿地,高寒草甸是碳中性的,年净CO_(2)交换量为(18.09±40.66) g C·m^(-2) ,而高寒湿地是稳定的碳汇,年净CO_(2)固定量为(155.09±32.85)g C·m^(-2) 。水分条件对高寒草甸和高寒湿地植被光响应曲线最大的光合速率(α)的影响较弱,与饱和光强下的总初级生产力(Amax)呈显著正相关关系。水分对生态系统呼吸与温度的指数响应关系的调节作用主要体现在基础呼吸值(a)上,高寒湿地a的均值是高寒草甸的3.76倍,而对两个高寒草地生态系统呼吸敏感性(Q10)的调节均不显著。高寒草甸和高寒湿地Q10的均值(1.84)以及随温度升高而减小的趋势基本一致。藏北高寒草地生态系统的碳源汇特征对环境因子的响应取决于多因素共同限制,因此,基于区域性的联网协同观测有助于更加清晰地理解高寒生态系统碳交换响应气候变化的机理。

高寒草地植物群落地上-地下净初级生产力权衡

植物生产力分配和权衡是植物生态学研究中的热点,反映植物对环境的适应性,是了解植物响应全球气候变化的关键。青藏高原作为气候变化敏感区,研究其植物地上与地下部分权衡对了解高寒草地植被生存策略和生态系统可持续发展具有重要意义。目前,生物量分配调控机制已被广泛研究,但主要使用植物根冠比和地上-地下生物量比等方法来表征植物分配模式,缺乏考虑因植物生长周期导致的差异。使用青藏高原高寒草地103个样点的地上和地下净初级生产力数据,分析高寒草甸和高寒草原两种主要草地类型的地上-地下净初级生产力权衡关系。利用气候因素和土壤因素等相关数据,结合方差分析、相关分析、相对重要性分析和结构方程模型的方法,探究环境因素对两种草地类型地上-地下净初级生产力权衡的影响机制。研究发现:(1)高寒草甸的地上净初级生产力、地下净初级生产力和土壤养分含量显著高于高寒草原(P<0.05);(2)高寒草地植被生产力均向地下权衡(0.0199),且高寒草原(0.0354)的权衡值高于高寒草甸(0.0173);(3)结构方程模型发现,年平均降水量、土壤容重和土壤速效氮含量是影响高寒草甸生产力权衡的主导因子,而年平均温度和年平均降水量是影响高寒草原生产力权衡的主导因子。研究表明高寒草甸的生产力权衡主要受气候和土壤因素共同影响,而高寒草原主要受气候因素调节。研究为理解植物地上-地下生物量分配调控机制提供了新的视角和方法,对系统了解高寒草地生物量分配模式和准确预测高寒草地植被动态过程具有指导意义。

2001-2019年黄河源高寒草地物候对气候变化的响应

黄河源高寒草地对气候变化敏感,但该区域高寒草地物候对气候暖湿化趋势的响应特征仍不清楚。本研究基于 MCD12Q2 物候数据集,采用 Mann-Kendall 显著性检验、Pearson 相关分析和 t 检验等方法,探究了 2001-2019 年黄河源区高寒草地返青期(SGS)、枯黄期(EGS)和生长季长度(LGS)时空变化特征及其对气候变化的响应。结果表明:2001-2019 年黄河源高寒草地 SGS、EGS 和 LGS 多年均值分别为 140.9 DOY,286.5 DOY 和 145.6 d。SGS和 LGS 分别呈显著提前(-0.47 d/yr, p<0.05)和显著延长趋势(+0.64 d/yr, p<0.05),EGS 呈不显著延迟趋势(+0.12 d/yr, p>0.05)。4-5 月气候暖湿化特别是气温升高是草地返青期提前和生长季长度延长的主要原因。本研究可为高寒草地生态系统植被保护提供理论依据。

青藏高原高寒草地土壤酶活性海拔地带性特征

土壤酶是土壤生态系统中具有催化功能的一类蛋白质,由植物根系分泌物、微生物和动植物残体释放到土壤中,参与了土壤中所有的生物化学过程,其活性的大小可以灵敏地反应土壤中生化反应的方向和强度。青藏高原因海拔高和气候寒冷,被认为是气候变化的敏感区和脆弱区。全球气候变化使土壤酶活性受到强烈的影响,这些影响可能使土壤的质量发生改变,进而对青藏高原高寒草地植被生产力产生一定影响。土壤酶在生态系统物质循环和能量流动中起着关键作用,其格局、功能和转换过程已被广泛的研究,但高寒草地生态系统土壤酶活性的海拔地带性特征还需深入探讨。因此,以青藏高原高寒草地为研究对象,将土壤酶活性海拔梯度研究从站点尺度拓展到样带尺度,分析了与土壤碳循环密切相关的土壤β-1,4-葡萄糖苷酶(βG)、与土壤氮循环密切相关的土壤N-乙酰-β氨基葡萄糖苷酶(NAG)、土壤亮氨酸肌肽酶(LAP)以及与土壤磷循环密切相关的土壤碱性磷酸酶(ALP)的海拔地带性,进一步明晰其主要驱动因子。结果表明:(1)ALP和βG活性在海拔梯度上,展现出显著分异,在约为3546 m和3364 m出现拐点,且低海拔显著高于高海拔(P<0.01)。而NAG和LAP的活性与海拔无显著关系。(2)高低海拔模式下,ALP活性均与年平均降水量显著相关(P<0.01),而不受年平均温度的影响。高海拔模式下,βG活性受降水的影响;低海拔模式下,气候影响不明显。综合而言,海拔变化引起的温度和降水变化会直接或间接地影响土壤酶活性,其中降水是影响青藏高原高寒草地土壤酶活性的关键因子之一,这种适应性的改变使土壤酶能够在不同的环境条件下适应并发挥其功能,从而影响着土壤生态系统的物质循环和能量转化过程。研究结果可以评估不同海拔地带土壤的养分转化、有机质分解和循环等生态系统功能,为生态系统管理和保护提供科学依据,对理解高寒草地生物地球化学循环过程和机制具有重要意义。

西藏高寒草地物种多样性和生产力的环境驱动机制

全球变暖影响物种多样性和生产力及其关系。关于全球和区域的物种多样性与生产力关系已有许多研究,但气候变暖背景下西藏高寒草地物种多样性与生产力的关系及其环境驱动机制研究仍然很少。基于西藏高寒草地实测的35个样点调查数据,利用回归分析、Pearson相关性分析、方差分解和结构方程模型等方法,探究了物种多样性和生产力的关系及其影响机制。研究发现:(1)高寒草地的物种丰富度指数和香农-威纳指数与地上植被净初级生产力(ANPP)呈显著正相关关系,且ANPP对物种丰富度指数的变化更为敏感;(2)物种丰富度指数与经度、土壤有效氮、土壤有效磷、年降水量呈显著正相关;Shannon-Wiener指数与海拔和纬度呈显著负相关,与年均温度呈显著正相关;ANPP与经度、土壤有效氮、年降水量和年均温度呈显著正相关,与海拔、纬度和土壤有效钾呈显著负相关;(3)地理因子、土壤养分和气候因子的交互作用对物种丰富度指数和ANPP的贡献率最大,分别为10.99%和32.91%,地理因子和气候因子的交互作用对Shannon-Wiener指数的贡献率最大,为13.61%;(4)地理因子通过调控土壤养分和气候因子间接影响物种多样性和ANPP,土壤养分和气候因子均直接影响物种多样性和ANPP。研究结果揭示了环境因子对物种多样性和生产力的综合调控机制,为西藏高寒草地生态系统科学应对气候变化提供了依据。

地形对高寒草地土壤水文特征的影响

为更加合理地利用高寒地区的水资源,有效保护和恢复高寒地区植被,在甘肃连城国家级自然保护区选取不同地形(坡向、坡位)条件下的高寒草地作为研究对象,探讨不同地形条件下高寒草地0~30 cm土层土壤水文特征的变化规律。结果表明:随着土层深度增加,不同地形条件下高寒草地土壤含水量降低,土壤容重增大;从不同坡向来看,阴坡土壤含水量高于阳坡,土壤容重则相反;从不同坡位来看,坡下部土壤含水量和土壤容重高于坡上部。土壤总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度均为阴坡大于阳坡、坡上部大于坡下部,三者均表现为阴坡上部最高。不同地形条件下,高寒草地的土壤持水能力大小为阴坡>阳坡,坡上部>坡中部>坡下部。土壤初始入渗率(0.47~5.90 mm·min^(-1))高于稳定入渗率(0.08~1.36 mm·min^(-1))和平均入渗率(0.09~1.54 mm·min^(-1)),不同地形条件下,高寒草地的土壤渗透率表现为阳坡>阴坡,坡上部>坡中部>坡下部。地形(坡向、坡位)对高寒草地的土壤水文特征有不同程度的影响,因此,在甘肃连城国家级自然保护区对高寒草地生态系统进行生态保护与恢复、可持续发展建设的过程中,应充分考虑地形与土壤水文特征的相互关系。

放牧强度对高寒草地土壤团聚体稳定性及有机碳含量影响

土壤团聚体与土壤有机碳固存密切相关。本研究依托青藏高原高寒草地家畜系统适应性管理技术平台,系统研究了0~30 cm土层不同放牧强度对土壤团聚体稳定性和有机碳含量影响。结果表明,与禁牧对照相比,中度放牧处理下0~10 cm土层(表层)土壤大团聚体质量分数和平均重量直径(Mean weight diameter,MWD)分别提高了13.43%和12.50%。所有放牧处理均降低了10~30 cm土层(亚表层)土壤大团聚体质量分数和MWD。与对照相比,中度放牧下表层土壤大团聚体有机碳含量显著降低了8.02%;中度和重度放牧处理下,亚表层土壤大团聚体有机碳贡献率分别降低了29.85%和32.75%。MWD与大团聚体质量分数和有机碳贡献率呈显著正相关,与微团聚体和粉粘粒团聚体质量分数及有机碳贡献率呈显著负相关。该研究表明放牧强度对亚表层土壤团聚体特征的影响高于表层土壤,这为探究放牧管理对高寒草地土壤质量和结构影响提供理论基础。

青藏高原高寒草地生态系统碳平衡对放牧强度的响应

青藏高原拥有世界上最广阔的高寒草地,以及长达数千年的悠久放牧历史。独特的高寒环境条件使这里对外界干扰更加敏感。尽管已经进行了很多青藏高原高寒草地生态系统碳平衡的相关研究,但放牧,尤其是放牧强度如何影响高寒草地碳平衡仍待进一步研究与明确。论文以围栏禁牧、轻度放牧、中度放牧、重度放牧4种放牧强度为基础,综述了青藏高原高寒草地生态系统碳平衡对不同放牧强度的响应。放牧强度变化通过干扰植物-土壤界面从而对碳输入和输出过程产生间接作用,最终影响高寒草地生态系统碳平衡。由于受到放牧历史、气候条件、草地类型等其他条件的干扰,高寒草地生态系统碳平衡对放牧强度的响应是复杂多样的,因此需要对放牧管理采取更加灵活、具体、有针对性的措施,这对于制定合理的草地管理决策、稳定青藏高原高寒草地生态系统碳平衡具有重要意义。

不同遮荫处理对高寒草地狼毒种苗定居的影响

遮荫是影响植物种子萌发和幼苗定居的重要环境因素。为了探明遮荫对高寒草地狼毒(Stellera chamaejasme)种苗定居的影响,本研究在其原生境下开展人工控制试验,探究了狼毒种子在不同遮荫高度(10 cm, 15 cm, 20 cm)和不同遮荫方位(东向、西向、南向、北向)下的出苗和幼苗定居表现。结果表明:不同遮荫处理均显著降低了高寒草地土壤表层温度(P<0.05),增加了土壤含水量(P<0.05);不同高度遮荫处理均能不同程度地降低狼毒种子出苗率和成苗率。与对照相比,东向、南向和北向遮荫处理对狼毒种子出苗率均无显著影响,而西向遮荫处理能显著降低狼毒出苗率(P<0.05);狼毒的成苗率在各方位遮荫处理下无显著性差异,均为100%。本研究表明,遮荫是影响狼毒种苗定居的重要环境因子。因此,维持高寒草地植物群落在一定的高度水平,可有效遏制狼毒种苗定居和种群扩散。

高寒草地四种植物叶片化学计量学特征及其对坡度的响应

本研究以高寒草甸和高寒灌丛共有物种黑褐苔草(Carex atrofusca Schkuhr Riedgr.)、黄花棘豆(Oxytropis ochrocephala Bunge.)、冷地早熟禾(Poa crymophila Keng.)、乳白香青(Anaphalis lactea Maxim.)为研究对象,比较分析四种植物叶片碳(Carbon, C)、氮(Nitrogen, N)、磷(Phosphorus, P)含量差异及其随坡度变化的变化趋势。结果表明:高寒草甸植物叶片C,N含量、C/N比值种间差异显著,高寒灌丛植物叶片N,P含量,C/N,C/P,N/P比值种间差异显著;高寒灌丛乳白香青叶片C/N,C/P比值和黄花棘豆叶片C/P,N/P比值显著高于高寒草甸;随着坡度增大,两种草地类型所有植物叶片C含量和N/P比值均无显著变化趋势;高寒草甸黑褐苔草和黄花棘豆叶片N含量显著减少,C/N比值显著增大;高寒灌丛乳白香青叶片P含量显著减少,C/P比值显著增大。两种草地类型植物叶片化学计量特征对坡度的响应差异说明了植物适应环境策略的多样化。

川西锦鸡儿灌木扩张对高寒草地土壤有机碳矿化的影响

以川西锦鸡儿(Caragana erinacea)灌丛草地为研究对象,分析川西锦鸡儿灌木不同扩张程度下(原生草地、中度灌木扩张和重度灌木扩张)0—10 cm、10—20 cm和20—40 cm土壤理化性质及土壤有机碳(SOC)矿化的变化特征,探究灌木扩张对高寒草地SOC矿化的影响机制。结果表明:(1)灌木扩张对土壤全氮(TN)含量无显著影响,显著增加各土层SOC含量,显著增加10—20 cm土壤矿物矿质结合态有机碳(MAOC)含量及其占SOC比例,显著减小0—20 cm土壤含水量(SWC)。重度灌木扩张显著增加10—40 cm土壤微生物生物量碳(MBC)含量,显著减小0—10 cm土层MBC/SOC和MAOC/SOC。(2)不同土壤深度对SOC矿化激发效应存在差异,灌木扩张显著降低0—10 cm土壤有机碳潜在矿化碳库(C_(0)),重度灌木扩张显著增加10—40 cm土层C_(0)。(3)相关性分析表明,SOC矿化过程与SWC、SOC、TN、MBC和MAOC显著正相关,与MAOC/SOC显著负相关。逐步回归分析表明,SOC矿化与MBC和SWC相关性最强,可以有效解释C_(0)变化的91.1%。由此推断,川西锦鸡儿灌木扩张后该区域SOC矿化的变化,主要是由于灌木扩张影响MBC和SWC所致,土壤浅表水分减少影响微生物活动使得SOC矿化减弱,灌木根系发育土层微生物量增多使得SOC矿化增强。

牦牛和藏羊放牧对青藏高原高寒草地植物群落氮库的影响

放牧是青藏高原高寒草地最主要的利用方式,牦牛和藏羊是青藏高原最常见的放牧家畜,家畜通过采食植物地上部分会使地上生物量减少,进而对植物群落氮库产生影响。本研究依托青海省高寒草地-家畜系统适应性管理技术平台的放牧试验样地,探讨不同家畜类型放牧对高寒草地植物群落氮库的影响。研究结果表明:未放牧处理下高寒草地地上生物量为180.0 g·m^(-2),藏羊单独放牧显著降低了植物群落地上生物量。对未放牧处理下不同功能群氮素含量的研究发现:豆科植物(26.4 mg·g^(-1))>杂类草(17.0 mg·g^(-1))>禾草(12.9 mg·g^(-1))≈莎草(11.8 mg·g^(-1))。放牧显著增加了禾草和莎草氮含量,对杂类草氮含量影响较小。放牧对群落水平植物地上部分氮含量的影响变化小于对各功能群的变化影响,因为植物群落具有稳定性。当高寒草地植物群落处于放牧压力下,会从土壤中获取更多的氮以维持生长,放牧会进一步加剧青藏高原高寒草地植物生长的氮限制。

短期棉花秸秆生物炭添加对高寒草地苔草和高羊茅生长的影响

探究添加不同施入量与粒径的棉花秸秆生物炭对不同程度退化草地地上植被的修复效果,于巴音布鲁克高寒草地和乌鲁木齐分别进行了3个月的野外原位与室内培养盆栽试验,野外试验观测植物选择苔草(Carex liparocarpos),盆栽试验选用高羊茅(Festuca arundinacea Schreb),以棉花秸秆生物炭为实验材料,设置3种棉花秸秆生物炭粒径:0~0.25、>0.25~1 mm和>1~2 mm;每种粒径下设置3种棉花秸秆生物炭添加量:1%、2%和4%,共计9个施炭处理,以不施炭为施炭对照(CK),以不施炭的未退化区(ND区)为评价修复效果的对照,选取轻度退化区(LD区)和重度退化区(SD区)分别施入棉花秸秆生物炭,共9个棉花秸秆生物炭添加处理和一个不施炭处理,施入3个月后进行植被调查,探究9种不同施炭方案对地上植被高度、盖度、密度、生物量鲜质量与干质量等生长形状的影响。结果表明:野外原位试验和盆栽试验中,不同施炭处理对植物各项指标有不同的影响,但轻度退化区和重度退化区植物各项指标多以T9(>1~2 mm/4%)处理效果最优,双因素方差分析表明:棉花秸秆生物炭添加和退化对植物生长均存在极显著影响(P<0.01),且短期棉花秸秆生物炭添加后粒径对植物生长的影响远大于施入量。采用主成分分析法对地上植物高度、盖度、密度、生物量鲜质量、生物量干质量进行综合评价,在不同退化区的野外与盆栽试验中均以T9(>1~2 mm/4%)处理综合得分最高。综上所述,棉花秸秆生物炭可以作为退化高寒草地的改良材料,野外试验与盆栽试验结果均表明,短期施用棉花秸秆生物炭可促进植物生长,不同粒径棉花秸秆生物炭对植物生长的影响大于施入量,而大粒径(>1~2 mm)棉花秸秆生物炭效果优于中粒径(>0.25~1 mm)和小粒径(0~0.25 mm);高施入量(4%)效果优于中施入量(2%)和低施入量(1%)。在本研究的处理设计中,植物生长指标值随棉花秸秆生物炭粒径增大而增加,随施入量增加而增加,且棉花秸秆生物炭粒径变化对植物的影响大于施入量。粒径>1~2 mm,4%添加棉花秸秆生物炭处理是退化高寒草地短期恢复的最优方案。

放牧强度对环青海湖地区高寒草地土壤理化性质及土壤粒径分形特征的影响

以青藏高原环青海湖地区高寒草地为研究对象,探讨放牧对土壤理化性质和土壤粒径分形特征的影响,并且分析了土壤单重分形维数与土壤理化性质及土壤粒径组成之间的关系。结果表明:(1)随放牧强度的增加,土壤质地变差,土壤黏粒、粉粒体积含量逐渐减少,砂粒体积含量逐渐增加,且随着土层深度的增加,土壤砂粒体积含量逐渐增大。(2)放牧会提高土壤中全磷含量和pH值,但会降低0~10 cm土层土壤含水量。(3)随放牧强度的增加和土层的加深,土壤单重分形维数逐渐减小。(4)土壤单重分形维数随土壤黏粒和粉粒体积含量的增加而增大,随土壤全磷、土壤全氮和土壤pH值的增加而增大,而随土壤含水量和土壤容重的增加而减小(P<0.01)。综上,土壤单重分形维数能够表征青藏高原环青海湖地区土壤质地的变化,随放牧强度的增加,土壤黏粒、粉粒体积含量和单重分形维数均逐渐减小。该研究结果可为青藏高原环青海湖地区土壤状况评价提供一定的参考依据。

植生粒对三江源退化高寒草地植物群落组成及生物量的影响

【目的】近年来,由于气候变暖和超载过牧,三江源高寒草地出现退化,导致源区生态环境恶化,草地植被多样性和生物量降低,而补播是恢复草地退化常用的有效方法之一,植生粒适用于高寒草原近自然补播恢复,本研究通过探究植生粒对三江源区高寒草地植物组成及生物量的影响,从而为高寒退化草地的恢复及可持续利用提供科学依据。【方法】以三江源退化高寒草地为研究对象,利用组成比例不同的植生粒对其进行补播。【结果】补播5种配方植生粒均增加了以嵩草类植物为优势种的群落重要值,提高了物种数量、植被盖度,并提高了除C处理外的群落的Shannon-wiener多样性指数,降低了Pielou均匀度指数。补播组成为15 g草种、8.5 g复混肥和71.5 g凹凸棒土的植生粒可以更好地促进豆科植物的生长,该配方处理下豆科植物的生物量增加量为8.35 g/m^(2);补播15 g草种、15 g复混肥和65 g凹凸棒土的植生粒显著增加了禾本科植物地上生物量、莎草科植物地上生物量,增加量分别为3.6和8.95 g/m^(2),降低了豆科植物地上生物量,说明该植生粒可以更好地促进禾本科和莎草科植物的生长。【结论】添加植生粒对恢复退化高寒草地植被多样性,增加牧草产量具有重要意义。

高寒草地产胞外多糖植物根际促生菌筛选及促生特性研究

【目的】筛选若尔盖高寒草地高产胞外多糖PGPR,为研制适宜若尔盖高寒草地的多糖菌剂及相关产品提供优良菌种资源。【方法】在16℃条件下,利用选择性培养基从高寒草地的波伐早熟禾(Poa poophagorum)和老芒麦(Elymus sibiricus)根际筛选高产胞外多糖PGPR,利用16S rDNA测序与系统发育分析明确分类地位,通过接种试验研究菌株和胞外多糖的促生特性。【结果】从两种植物根际筛选到3株产胞外多糖PGPR,其中,菌株NAHP4、PBRS1高产胞外多糖,产糖量分别为1 462.50、1 337.50 mg/L,并兼具固氮、溶无机磷的促生特性;胞外多糖对老芒麦的种子萌发和胚芽生长具有促进作用,高浓度的胞外多糖对胚根生长具有显著抑制作用(P<0.05);接种菌株NAHP4、NBHP13、PBRS1对老芒麦地下部分具有显著促进作用(P<0.05),其中,菌株NAHP4的促进作用最大。【结论】菌株NAHP4作为高产胞外多糖PGPR资源,具有研发适宜若尔盖高寒草地的多糖菌剂及相关产品的潜力。

草地农业生态系统生产层理论对川西北高寒草地生产利用的启示

四川具有丰富的草地资源,主要分布在川西北高寒生态环境脆弱区。本文通过分析草地农业生态系统的四个生产层对川西北高寒草地生产利用的指导作用,兼顾川西北高寒草地生态系统的现实情况和农牧业生产经济的要求,分别阐述了川西北高寒草地的科学利用方式和草地农业生态系统四个生产层对应的高质量发展途径,从而有利于四川传统的畜牧业生产结构向现代集约化的畜牧业、新兴产业转型,以实现川西北高寒草地生产利用的可持续发展。

三江源区高寒草地生态恢复措施及效果评价

基于文献计量法整理了2005—2020年三江源区生态保护、恢复和建设的文献,梳理了三江源区主要生态保护、恢复和建设措施,提出恢复与建设效果评价指标体系,运用Meta分析评估不同恢复措施在高寒退化草地生态系统恢复中的效果.结果表明:高寒轻度退化草地最适合的技术措施是短期、中期围栏封育和N、P添加,不适合长期禁牧和大量施肥.中度退化草地最适合的技术措施是休牧、追加N、P或大量氮肥,不适合施有机肥或低氮肥.重度退化草地最适合的技术措施是休牧,不适合采用短期围栏封育和低氮量施肥.

祁连山南麓露天矿区高寒草地植被生态系统稳定性研究——以青海木里-聚乎更矿区为例

高寒草原矿区生态安全问题一直备受关注,开展高寒草原矿区植被生态系统稳定性研究,能够深刻揭示露天采矿活动及其生态修复工程对高寒草原矿区植被生态系统的影响。以祁连山南麓青海木里-聚乎更矿区为研究区,通过分析煤矿开采前至修复完成后2002—2022年共9期Landsat遥感影像,基于归一化植被指数(NDVI)数据的网格化处理,以NDVI的均值(μ)、均方差(σ)和相对涨落值(δ)3个植被稳定性指数为依据,开展煤矿露天开采与整治修复过程对矿区植被生态系统稳定性的影响研究,揭示煤矿开采前至修复治理后全生命周期矿区植被生态系统变异性与稳定性特征,并对比两次生态修复的效果。结果表明:①矿区天然草地背景区植被生态系统处于宏观稳定状态,NDVI相对涨落值δ<0.45;②与天然草地背景区相比,煤矿开采后矿区NDVI相对涨落值明显增加,与背景区阈值的差值可达0.97,说明矿区植被生态系统失稳;③2015—2017年第一次修复治理后,矿区NDVI相对涨落值未能有效降低,该值范围为0.28~1.10,覆土+人工建植在高寒草原矿区修复效果不显著;④2020—2022年第二次修复治理后,矿区植被生态系统稳定性明显改善,治理区NDVI相对涨落值降低至与天然草地背景区相似水平(0.07~0.59),矿区植被生态系统稳定性排序为矿区坑底平台>矿区矿坑斜坡>矿区渣山;⑤土壤改良显著提高了各地形条件下植被生态系统的稳定性,促进植被正向演替,地形是影响矿区植被生态恢复的主要因子,可通过优化矿区渣山与阴坡斜坡的治理措施来进一步提升矿山受损植被生态系统的恢复效率。研究成果可为我国高寒草原矿区的资源合理开发和生态建设提供科学依据。

干旱影响下青海湖流域高寒草地物候变化

干旱是影响植被物候及其生长的重要因素,研究地表植被生长行为对于理解高寒生态系统对气候变化的复杂响应至关重要。目前研究主要集中在干旱和物候相互作用关系及其影响机理、干旱对生态系统及生物多样性的影响、干旱对气候系统及水平衡的影响等方面,但基于标准化降水蒸散指数(standardized precipitation evapotranspiration index,SPEI)的干旱影响物候期是否提前、是否延长鲜有研究。本文利用AVHRR、MODIS双波段增强型植被指数(2-bands enhanced vegetation index,EVI2)对青海湖流域高寒草地返青期和枯黄期关键物候参数进行反演,并结合Penman-Monteith多尺度SPEI分析物候变化趋势。结果表明:1982~2022年青海湖流域高寒草地物候的长期变化趋势是多样的;草甸返青期、草原枯黄期显著提前,草甸枯黄期、草原返青期的物候变化趋势则不显著。4月SPEI06对草甸和草原返青期的影响最为显著,分别贡献了11.56%、19.36%的年际变化;8月SPEI12和4月SPEI06对草甸和草原枯黄期的影响最为显著,分别贡献了10.89%、25%的年际变化。