养分添加对内蒙古不同草地生态系统生物量的影响

为了比较不同气候条件下草地生态系统对养分添加的响应,在内蒙古的草甸草原、典型草原和荒漠草原区分别建立长期养分添加试验。在三年试验数据的基础上,分析不同养分（N和P）添加、不同梯度（N：10,5和2.5 g/m2;P：10 g/m2）对这3种代表性草地群落生物量及其分配的影响。结果表明,施氮导致内蒙古温带草原地上生物量增加27%-53.3%,平均增加37.8%,并且施氮浓度越高,地上生物量增加越多。地下生物量对施肥的响应比地上生物量小,整体上,高浓度的氮添加使内蒙古草原的群落总生物量平均增加10.2%。较干旱的荒漠草原对氮限制的响应比典型草原和草甸草原更明显。磷肥对群落地上、地下生物量的影响不明显。施氮肥促进草甸草原和荒漠草原的根冠比（R/S）降低,典型草原的根冠比则轻度增加。施肥对内蒙古温带草原根系的垂直分布没有显著影响。位于不同环境条件下的草地生态系统对施肥的响应存在时间和空间差异,意味着在碳循环模型预算和草地管理中需要考虑不同草地生态系统对养分添加的响应。草地地上生物量对施肥的响应高于地下部分,如果不考虑地下部分,可能会高估整个生态系统对施肥的响应。

太行山区主要森林生态系统水源涵养能力

森林生态系统水源涵养功能是林冠层、枯落物层和土壤层对大气降水进行再分配的过程。本文通过文献收集整理太行山地区森林植被林冠一次降水截留量、枯落物层持水量和土壤层贮水量数据,分析该地区主要森林植被对降水的截留和贮蓄能力,采用综合蓄水能力法对森林植被的综合涵养水源能力进行评价,旨在为合理经营和管理森林生态系统提供依据。结果表明:1)土壤非毛管孔隙度与生态系统综合持水量呈正相关,且最大持水量占整个森林生态系统综合持水量的90%以上,表明土壤层作为森林生态系统水文效应最重要的一层,是整个森林系统水分循环的主要贮蓄库和调节器;2)针叶林中油松和侧柏的冠层一次降水截留量显著高于其他林型,其林冠结构更加适应该地区气象条件,林冠层降水再分配能力也优于其他林型;3)混交林郁闭度低,有利于林下灌、草丛的生长,其枯落物现存量比纯林和人工林更高,虽然林冠一次截留量低但林下具有丰富的枯落物层而更易涵养水源;4)天然林综合蓄水能力整体高于人工林,侧柏人工林和油松人工林综合蓄水能力仅次于刺槐、侧柏和油松天然林。综上可见,合理利用森林资源防止水土流失、天然林长期封育和合理控制优势树种密度及增加植被覆盖率对太行山地区植被恢复和生态建设具有重要意义。为提高该区综合水源涵养能力,可增加乡土树种油松和侧柏人工林的种植面积。

2004-2010年当雄高寒草甸碳水通量观测数据集

青藏高原地理环境独特,为研究高海拔、高寒生态系统碳水循环提供了良好的实验平台。但由于自然条件的限制,青藏高原腹地碳水通量的研究还比较欠缺,迫切需要对其进行长期的数据监测及整理。本数据集为高寒草原化草甸生态系统2004–2010年通量观测数据,数据采集地位于青藏高原腹地的中国科学院当雄高寒草甸研究站(简称当雄站),基于中国通量观测研究网络(ChinaFLUX)数据处理体系形成了标准化的生态系统碳水通量和关键气象要素数据集。本数据集对准确评价青藏高原高寒草甸生态系统碳水通量在区域和全球碳水循环中的地位和作用具有重要意义。

内蒙古草甸草原与典型草原地下生物量与生产力季节动态及其碳库潜力

地下根系是草原生态系统的重要组成部分,其生物量及其净生产力对地下碳库具有直接与间接作用,分析地下生物量季节动态与周转对深入揭示草原生态系统碳库动态及其固碳速率与潜力具有重要意义。应用钻土芯法对不同利用方式或管理措施下内蒙古草甸草原、典型草原地下生物量动态及其与温度、降水的相关性研究表明:草甸草原和典型草原地上生物量季节动态均为单峰型曲线,与上月降水显著正相关(P<0.05),但地下生物量季节动态表现为草甸草原呈"S"型曲线,典型草原则是双峰型曲线,与温度、降水相关性均不显著(P>0.05);两种草原根冠比和地下生物量垂直分布均为指数函数曲线,根茎型草原地下生物量集中在土壤0—5 cm,丛生型草原地下生物量集中于土壤5—10 cm,根冠比值在生长旺季(7—8月份)最小。草甸草原地下净生产力及碳储量范围分别为2167—2953 g m-2a-1和975—1329 gC m-2a-1,典型草原为2342—3333 g m-2a-1和1054—1450 gC m-2a-1,地下净生产力及其碳储量约为地上净生产力及其碳储量的10倍,具有较大的年固碳能力,且相对稳定;地下净生产力与地上净生产力呈显著负相关性(P<0.05);地下生物量碳库是地上生物量碳库的10倍左右,适度放牧可增加地下生产力,但长期过度放牧显著降低其地下生物量与生产力,并使其垂直分布趋向于浅层化。

青藏高原高寒灌丛草甸和草原化草甸CO2通量动态及其限制因子

高寒灌丛草甸和草甸均是青藏高原广泛分布的植被类型,在生态系统碳通量和区域碳循环中具有极其重要的作用。然而迄今为止,对其碳通量动态的时空变异还缺乏比较分析,对碳通量的季节和年际变异的主导影响因子认识还不够清晰,不利于深入理解生态系统碳通量格局及其形成机制。该研究选取位于青藏高原东部海北站高寒灌丛草甸和高原腹地当雄站高寒草原化草甸年降水量相近的5年(2004–2008年)的涡度相关CO_2通量连续观测数据,对生态系统净初级生产力(NEP)及其组分,包括总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸的季节、年际动态及其影响因子进行了对比分析。结果表明:灌丛草甸的CO_2通量无论是季节还是年际累积量均高于草原化草甸,并且连续5年表现为"碳汇",平均每年NEP为70 g C·m^(–2)·a^(–1),高寒草原化草甸平均每年NEP为–5 g C·m^(–2)·a^(–1),几乎处于碳平衡状态,但其源/汇动态极不稳定,在2006年–88 g C·m^(–2)·a^(–1)的"碳源"至2008年54 g C·m^(–2)·a^(–1)的"碳汇"之间转换,具有较大的变异性。这两种高寒生态系统源/汇动态的差异主要源于归一化植被指数(NDVI)的差异,因为NDVI无论在年际水平还是季节水平都是NEP最直接的影响因子;其次,灌丛草甸还具有较高的碳利用效率(CUE,CUE=NEP/GPP),而年降水量和NDVI是决定两生态系统CUE大小的关键因子。两地区除了CO_2通量大小的差异外,其环境影响因子也有所不同。采用结构方程模型进行的通径分析表明,灌丛草甸生长季节CO_2通量的主要限制因子是温度,NEP和GPP主要受气温控制,随着气温升高而增加;而草原化草甸的CO_2通量多以季节性干旱导致的水分限制为主,其次才是气温的影响,受二者的共同限制。此外,两生态系统生长季节生态系统呼吸主要受GPP和5 cm土壤温度的直接影响,其中GPP起主导作用,非生长季节生态系统呼吸主要受5 cm土壤温度影响。该研究还表明,水热因子的协调度是决定青藏高原高寒草地GPP和NEP的关键要素。

藏北高寒草甸群落结构与物种组成对增温与施氮的响应

气候变暖和氮沉降增加作为全球环境问题,将严重影响陆地生态系统的结构与功能.研究发现,近几十年来青藏高原增温显著,其中冬季升温最明显.而已有的研究更多关注全年增温,对冬季增温研究较少.本文基于高寒草甸地区增温和氮素添加影响研究的不足,在青藏高原高寒草甸区开展模拟增温和氮添加试验,研究长期增温与氮添加对高寒草甸群落结构与物种组成的影响.试验布设于2010年7月,地点在西藏当雄高寒草甸区,共有3种增温方式:对照、全年增温、冬季增温;每种增温处理下设置5个氮素添加梯度:0、10、20、40、80kg N·hm^(-2)·a^(-1),系统研究气候变暖与氮添加对高寒草甸生态系统群落结构与物种组成的影响.结果表明:2012—2014年,增温与施氮处理均显著影响群落总盖度:全年增温处理降低了群落总盖度;在不施氮处理下,冬季增温降低了群落盖度,但在施氮处理下,随着氮剂量的提高群落盖度逐渐升高.增温与施氮对不同功能群植物的影响不同,增温处理降低了禾草与莎草植物盖度,而施氮提高了禾草植物盖度.相关分析表明,植被群落总盖度与生长旺盛期土壤含水量呈正相关关系,推测在降雨较少的季节增温导致的土壤含水量降低是群落盖度降低的主要原因.半干旱区高寒草甸土壤水分主要受降雨的调控,未来气候变化情景下,降雨时空格局的改变会显著影响植被群落盖度及组成,且大气氮沉降的增加对植被群落的影响也依赖于降雨条件的变化.

增温施氮对高寒草甸生产力及生物量分配的影响

在青藏高原高寒草甸区设置模拟增温和氮添加处理,研究长期增温与外源氮输入对高寒草甸群落生产及其分配的影响.结果表明:开顶箱增温装置造成小环境暖干化,即显著提高地表空气温度1.6℃,提高表层土壤温度1.4℃,降低土壤含水量4.7%.2012、2013和2014年不施氮处理下增温分别降低地上生物量61.5%、108.8%和77.1%,在高氮(40和80kg N·hm^(-2)·a^(-1))处理下增温对群落地上生物量无显著影响,这说明增温的影响依赖于氮添加水平,且施氮补偿了增温导致的土壤氮损失.增温导致根冠比增加,2012、2013和2014年不施氮处理下增温分别增加根冠比98.6%、60.7%和97.8%.在不增温处理下,植物群落地上、地下生物量的变化率均表现出低氮(10、20 kg N·hm^(-2)·a^(-1))促进、高氮抑制的趋势,达到饱和阈值时的氮添加剂量分别为56.0和55.5 kg N·hm^(-2)·a^(-1);而在增温处理下,地上、地下生物量随施氮量增加呈线性增加趋势.这说明增温改变了高寒草甸生物量分配对外源氮输入的响应模式,增温导致的土壤无机氮含量变化是生物量分配模式改变的主要原因.由氮添加试验估算的高寒草甸氮饱和阈值表明,高寒草甸对氮输入的敏感性高于其他类型草地.

西藏高原高寒嵩草草甸在不同降雨条件下CO_2通量的生物物理调节机制（英文）

降雨的年际变化可导致碳通量显著变化。因此我们利用涡度相关(EC)技术观测西藏高原北部的一个高寒草甸连续2年(2005–2006)的CO2净生态系统交换(NEE),以分析不同降水年份下CO_2通量的差异和控制因素。2005和2006年的降水量分别为489.9 mm和241.1 mm,相比于476.0 mm的多年平均值,前者属于平水年,后者属于干旱年。2006年的NEE的年际累积表现为净排放量(87.70 g C m^(-2) yr^(-1)),而2005年则表现为非常微弱的吸收(-2.35 g C m^(-2) yr^(-1))。因此该高寒草甸在平水年是碳中性的,但在干旱年是碳源,这说明如果未来气候变暖继续恶化加剧土壤干旱的条件下,高寒草甸有可能成为一个CO_2释放源。在干旱年份,总初级生产力(GEE)、叶面积指数(LAI)以及生态系统碳吸收持续的时间都明显降低,由此引发干旱年份生长季旺盛时期每日NEE最大吸收速率、最大光合速率(Pmax)以及表观量子效率(α)只是平水年的30%–50%。在其他因子的调控方面,半小时尺度的GEE和NEE与光合有效辐射(PAR)密切相关,但这种响应会受空气温度(T_a),土壤水分含量(SWC)和水汽压亏缺(VPD)的影响。NEE的吸收速率会随着T_a和VPD的升高以及SWC的下降而减少。当PAR超过合适的范围值时,由于较高的辐射加剧了土壤干旱的情况,会减少白天NEE的吸收速率。NEE吸收速率的最适T_a和VPD值分别为12.7℃和0.42 KPa,而且NEE的吸收速率也会随着SWC的增加而增大。LAI的季节变异能够解释GEE和NEE变异的77%。半小时尺度上的生态系统呼吸(R_e)的变异主要依赖于土壤温度(T_s),但SWC会在一定程度上调控R_e对T_s的响应。

冈仁波齐圣地景观区的草地承载力和载蓄率变化（英文）

将草地载畜率控制在草地承载力范围内,维持草地的健康和持续生产力是草地生态系统可持续利用的基础,但目前对特定景观的安全承载力还知之甚少,这降低了在降雨年际波动较大环境,特别是干旱和半干旱区草地利用过程中规避风险的能力。采用2000–2015年的遥感数据、统计数据和气象数据,基于中国草地承载力和载蓄量计算标准,分析了冈仁波齐草地承载力和载蓄率的变化趋势和影响因素。结果表明:2000-2015年草地承载力呈增加趋势,而载蓄率呈逐渐减少的趋势,二者共同作用导致研究区承载率呈增加趋势。研究期间草地承载力的增加与降水的增加有关,而载蓄率的减少则主要受人类决策的调控,尤其是2005年后受国家退牧还草政策的影响,牲畜量明显少于20万标准羊单位。就对研究区承载率的影响程度而言,载蓄率的减少比草地承载力的增加影响更大,这和国家生态恢复项目通过补贴牧民来减少载蓄量有关。此外,研究结果表明研究区相对合适的草地承载力为17万标准羊单位。未来气候变暖和放牧压力仍是影响该区域草地承载力的主要因素,通过长期的草地承载力监测能够更好的为草地管理提供依据。