三江源区嵩草草地枯草期牧草营养价值评定及载畜量研究

为探究三江源区枯草期嵩草(Kobresia)草地营养供给潜力和载畜量,采用概略养分分析法和体外产气法,结合产草量对枯草期牧草综合评定并确定其载畜量。结果表明:可食产草量为64.14g.m-2;以风干样为基础测定的水分、灰分(Ash)、钙(Ca)、磷(P)、钙磷比(Ca/P)、粗纤维(CF)、酸性洗涤纤维(ADF)、中性洗涤纤维(NDF)、粗脂肪(EE)和粗蛋白(CP)分别为7.16%,5.66%,1.13%,0.04%,38.47,28.41%,44.31%,63.33%,2.32%和3.37%;体外发酵pH和氨氮浓度均在正常范围内,体外干物质消化率(IVDMD)、消化能(DE)和代谢能(ME)为36.10%,4.50MJ.kg-1和2.92MJ.kg-1;水分,Ash,Ca,P,Ca/P,CF,ADF,NDF,EE和CP输出量分别为:4.62g.m-2,3.59g.m-2,0.79g.m-2,0.02g.m-2,42.51,19.37g.m-2,28.46g.m-2,39.25g.m-2,1.42g.m-2和2.35g.m-2;数量载畜量、可消化蛋白(DCP)载畜量和ME载畜量分别为1.06,0.37和0.74SU.hm-2。研究证实嵩草草地空间异质性大,牧草中P和CP严重匮乏,营养成为限制家畜生产的关键因素。

玉树州藏嵩草草地牧草营养价值评定与营养载畜量

为了更为精确地确定三江源区玉树州主要草地类型之一——藏嵩草(Kobresia tibetica)草地的载畜量,本研究选用3头装有永久性瘤胃瘘管的5岁大通牦牛作为试验动物,采用体外产气法和概略养分分析法,评定了玉树州藏嵩草草地类型天然牧草营养价值,结合该地区的产草量,核定数量载畜量和营养载畜量。研究表明,1)藏嵩草草地天然牧草鲜草产量为1 272 g·m-2,风干草样为349.04 g·m-2,可食牧草产量为341.29 g·m-2;2)藏嵩草草地牧草中粗蛋白(CP)、粗脂肪(EE)、酸性洗涤纤维(ADF)、粗灰分(Ash)、钙(Ca)、磷(P)含量分别为10.16%、2.26%、34.07%、4.76%、0.31%、0.11%;3)藏嵩草草地牧草体外产气评定得出,120 h估测有机物质消化率(DOM)、体外干物质消化率(IVDMD)、消化能(DE)、代谢能(ME)分别为81.21%、62.67%、10.33 MJ·kg-1、9.16 MJ·kg-1,体外发酵后瘤胃液氨氮(NH3-N)浓度为7.72 mg·d L-1,p H为6.65,体外培养过程中,产气速率变化曲线呈现单峰形(20―28 h)。4)数量载畜量约为1 411万个羊单位(合8.44个羊单位·hm-2),营养载畜量中可消化粗蛋白(DCP)和ME载畜量分别为2 202万个羊单位(合13.16个羊单位·hm-2)和2 051万个羊单位(合12.26个羊单位·hm-2)。

藏嵩草草地植物群落组成及生产力动态监测研究

通过对青藏高原东缘藏嵩草草地3年的定位监测研究,结果表明:该草地群落主要以湿生、湿中生和中湿生植物组成,共有植物74种,分属16科37属,藏嵩草为优势种,在群落中的平均优势度达32.2 %,占草地密度和植物量的比率分别为57.6 % 和46.8 %,草群中以莎草科草占绝对优势,其密度和生物量比率分别达到85.9 % 和77.4 %,藏嵩草及莎草科草在整个草群地上植物量动态变化中,一直处于主导和决定地位。草地生产力月动态变化曲线呈单峰形,6～7月是地上植物量增长最快的时期,产量高峰出现在8月份(268.6 g/m2)。草地生产力年动态变化表现为随着年度生长关键期降雨量的增加而植物量明显提高,充分证明该草地植物群落的喜湿特性。草地单位面积合理载牧量全年为2.943 2个羊单位/(hm2a),5～10月理论载牧量分别为5月12.35;26月23.53;7月29.96;8月34.66;9月34.95;10月20.85羊单位/(hm2月)。

划破草皮技术对退化高寒小嵩草草甸土壤及植被恢复的影响

【目的】明确不同土壤草皮划破技术对高寒小嵩草草甸土壤理化性质和植物群落地上生产力恢复的影响。【方法】以退化小嵩草草甸的不同土层深度(0~10、10~20、20~30、30~40 cm)土壤养分、水分、紧实度等特征及植物群落生长繁殖特性为评判指标,分析划破草皮(C_(1))、划破草皮+补播(C_(2))、划破草皮+施肥(C_(3))、划破草皮+补播+施肥(C_(4))4种草皮划破技术处理对土壤理化性质和植物群落地上生产力恢复的影响。【结果】4种草皮划破技术处理下土壤湿度分别比对照增加了0.09%、4.80%、3.58%和4.05%,对土壤碳、氮、磷和钾含量亦具有一定程度的提升效果。双因素方差分析结果表明,处理方式、土壤深度及两者的交互作用对土壤全碳和全氮含量存在极显著影响(P<0.01)。不同处理方式对植物群落及实生苗数量特征存在不同程度的提升效应(P<0.01),其中,C_(2)处理植物群落密度比对照增加了68.77株/m^(2)(P<0.05);双子叶植物数量与土壤无机碳含量存在极显著负相关关系(P<0.01),相关系数为-0.37。基于不同处理的土壤物理性质(土壤湿度、土壤温度、土壤紧实度)、全量养分(全氮、全碳)和速效养分(有效磷、速效钾、铵态氮)含量的标准化多维数据分析结果表明,单一划破草皮处理(C_(1))在短期内对土壤物理和化学性质的综合改善能力较弱,而在划破草皮之上辅以补播或施肥处理对土壤理化性质的改善和限制性养分的活化效果更优。【结论】采用划破草皮配合外源种库和外源养分添加的生态恢复措施可以在短期内提高退化小嵩草草甸生产能力和土壤限制性养分含量,在生态恢复实践中具有一定的应用前景。

西藏嵩草草甸植物功能群去除影响群落生物量及土壤理化性质

气候变化导致生态系统生物多样性丧失,进而影响生态系统服务功能及其稳定性。在生物多样性与生态系统功能关系的研究当中,植物群落功能群多样性更能推动生态系统的运转。本研究利用为期两年的植物功能群去除实验研究短期(2a)植物功能群丧失对生态系统中群落生物量及土壤理化性质的影响。结果表明,与对照相比,短期(2a)去除莎草科植物功能群以及去除全部植物后,地上生物量显著降低(P<0.05),而地下生物量均无显著变化。与对照相比,短期(2a)不同植物功能群去除后土壤pH值均上升但差异不显著,土壤含水量均无显著变化,而土壤铵态氮、速效磷及速效钾含量显著降低(P<0.05)。研究表明,短期内优势功能群丧失对群落地上生物量存在显著负效应。优势功能群对其他功能群丧失后生物量的补偿作用也更强。土壤含水量的响应可能存在滞后效应,土壤速效养分对植物功能群丧失响应更为敏感。

高寒小嵩草草甸暖季草场主要植物种群的生态位

对高寒小嵩草草甸不同放牧强度下20种植物种群的优势度、生态位宽度及生态位重叠规律进行了研究。结果表明,经过2年的放牧实验,对照、轻度和中度放牧组的主要优势种均为小嵩草和垂穗披碱草,重度放牧组的主要优势种为鹅绒委陵菜和阿拉善马先蒿;由于小嵩草、矮嵩草和线叶嵩草具有耐牧和耐践踏等生物学特点,它们的生态位宽度很大(0.938,0.824,0.815);垂穗披碱草由于其耐牧和耐旱性较差,生态位宽度相对较小(0.805),且青海野青茅、异针茅、针茅、紫羊茅和双叉细柄茅等禾本科牧草的生态位宽度在放牧强度梯度上均较小(0.226,0.448,0.445,0.608,0.605),说明放牧抑制了高大禾草层片的发育,为植株矮小的莎草科牧草的生长创造了条件;异针茅和针茅之间、甘肃马先蒿和阿拉善马先蒿之间生态位重叠较小(0.500,0.572),这是种间对资源利用上分化的结果。分布于放牧演替系列2个极端的种群间生态位重叠较小,表明物种的分布是既间断又连续的。

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。

矮嵩草草甸植被-土壤系统CO_2的释放特征

采用静态箱气相色谱法,对高寒矮嵩草草甸植被土壤系统CO2释放特征研究结果表明:3个处理(FC、FJ、FL)CO2释放速率具有明显的日变化规律,日最大释放速率出现在13:00左右,最小释放速率在4:00前后,且白天的释放速率均大于夜间;CO2释放速率也具有明显的季节变化特征,植物生长期释放速率明显高于枯黄期,且均表现为正排放;在整个观测期间(6月30日～1月28日)CO2平均释放速率依次为FC>FJ>FL,矮嵩草草甸植物土壤系统CO2释放速率为438 34±264 12mg (m2·h)(FC),土壤呼吸速率为313 20±189 74mg (m2·h)(FJ),土壤微生物呼吸速率为230 34±145 46mg (m2·h)(FL),植物根系呼吸占土壤呼吸的26 5%。植物、植物根系以及土壤微生物CO2释放速率与土壤5cm温度呈极显著正相关关系,相关系数分别为0 858、0 628和0 672(P<0 01)。整个系统呼吸、土壤呼吸与土壤5cm温度可拟和为一指数方程,方程为y=168 03e0 1086x(R2=0 8783)和y=149 69e0 0745x(R2=0 8189)。

高寒矮嵩草草甸大气-土壤-植被-动物系统碳素储量及碳素循环

对高寒矮嵩草草甸生态系统中大气 -土壤 -植被 -动物分室碳素储量及碳素循环进行了研究 ,结果表明 ,草毡寒冻雏形土土壤库 0～ 30 cm碳素储量为 2 4 7.30 t C/ hm2 。土壤 CO2 平均释放速率 70 .94± 54.76kg/ (hm2· d) ,年释放量为 6.630 t C/ (hm2·a) ,比退化草地 4.62 0 t C/ (hm2·a)释放量高。植物包括根系总固碳量为 4.648t C/ (hm2· a) ,动物亚系统中 ,藏系绵羊个体同化的碳素为 7.562 kg C/ (hm2· a) (成年羊 ) ,作为畜产品迁出生态系统。生态系统初级生产固碳量占每年土壤 CO2 释放量的 70 .1 6% ,占生长季土壤 CO2 释放量的 96.43% ,退化草地土壤 CO2 释放量比初级生产固碳量要低。认为高寒矮嵩草草甸生态系统土壤是大气温室气体 CO2 的小的排放源。

放牧对高寒嵩草草甸土壤微生物量碳的影响及其与土壤环境的关系

通过对高寒嵩草草甸不同放牧压力下土壤微生物量碳、土壤物理性状和速效养分的变化特征及其相互关系的研究,表明随着放牧压力的增大,土壤微生物量碳、有机质及速效磷显著降低;土壤pH值、容重及根土比显著升高;速效氮和速效钾变化不一致。相关性分析表明,土壤有机质、根土比、有效磷、土壤容重与微生物量碳具有较大的关联度;土壤有机质、有效磷、土壤容重和根土比对微生物量碳的形成有较强的直接作用,有效氮表现出较强的间接效应;根土比-有效磷、有机质-土壤容重、有效氮-土壤容重之间互相调节,互相制约,间接调控着微生物量碳形成。过度放牧使土壤系统的微环境恶化,速效养分的供给能力及有机物质的转化能力降低,从而导致了植被和土壤系统的双重退化和微生物量碳的低下。

矮嵩草草甸植物种群物候学定量研究

通过对矮嵩草草甸主要植物种群物候特性的观测研究 ,采用聚类分析和主分量排序法将矮嵩草草甸 19种植物种群划分为不同的物候类群。利用相关系数排序法指出了影响不同物候期的主要生态因子依次是温度、降水量和日照时数。研究结果表明 。

青海湖流域矮嵩草草甸土壤有机碳密度分布特征

通过对青海湖流域不同退化程度矮嵩草草甸土壤容重和有机碳含量的测定,确定了其土壤有机碳密度。结果表明:不同退化程度下矮嵩草草甸土壤有机碳含量和变化特征各有不同。从未退化-重度退化,0—100 cm土壤剖面平均有机碳含量分别为(25.17±4.73)g/kg,(17.51±3.06)g/kg,(20.79±1.30)g/kg和(14.53±1.20)g/kg,即未退化>中度退化>轻度退化>重度退化;0—20 cm土壤平均有机碳含量从(64.47±11.70)g/kg减少为(14.52±1.52)g/kg,减少了77.48%。土壤剖面有机碳密度变化趋势与其有机碳含量变化趋势一致。0—100 cm土壤剖面有机碳密度分别为(18.16±4.12)kg/m3,(14.24±3.52)kg/m3,(18.64±2.82)kg/m3和(13.27±2.28)kg/m3,即中度退化>未退化>轻度退化>重度退化;土壤有机碳集中分布在0—40 cm深度,从未退化到严重退化,该深度有机碳密度分别为(32.06±6.41)kg/m3,(25.10±4.20)kg/m3,(22.68±3.17)kg/m3和(17.10±2.77)kg/m3,比整个剖面有机碳密度高出76.53%,76.25%,21.68%和28.88%。不考虑其他因素,以空间尺度代替时间尺度,这一结果说明矮嵩草草甸的退化导致土壤逐渐释放有机碳,其作为储存碳的功能在减弱,必须加强对矮嵩草草甸生态系统的保护,以防止其碳库变为碳源。

高寒矮嵩草草甸退化过程土壤碳氮储量及C/N化学计量学特征

以空间尺度代替时间尺度对青藏高原高寒矮嵩草草甸退化演替系列土壤表层有机碳和全氮储量及碳/氮比化学计量学特征进行了分析。结果表明:随退化程度的加深,高寒矮嵩草草甸退化演替系列0～10cm、10～20cm和0～20cm土壤有机碳储量变化趋势呈倒"V"字型,最高值出现在小嵩草草甸草毡表层开裂期,最低值出现在小嵩草草甸草毡表层剥蚀期;0～10cm、0～20cm土壤全氮储量变化特征与对应层次有机碳储量特征变化相同,而10～20cm土壤全氮储量变化趋势较有机碳滞后,最高值出现在小嵩草草甸草毡表层加厚期,最低值出现在黑土滩-杂类草次生裸地。土壤碳/氮比化学计量学变化趋势亦呈倒"V"字型,其中0～10cm、10～20cm最高值出现在正常小嵩草草甸,0～20cm最高值出现在矮嵩草草甸,各土壤层次碳/氮比最低值均出现在小嵩草草甸草毡表层开裂期。高寒矮嵩草草甸退化演替系列有机碳、全氮储量同碳/氮比分异特征表明,土壤碳/氮比化学计量学特征对草地退化的响应较储量特征敏感,其拐点正常小嵩草草甸是草地碳积累速率最高点,小嵩草草甸草毡表层开裂期是碳源汇转换拐点。

围封对退化矮嵩草草甸群落结构和主要种群空间分布格局的影响

通过研究围栏封育1年后中度退化的矮嵩草草甸(夏季牧场)群落结构的变化,探讨主要植物种群在小尺度(50 cm×50 cm)上的空间分布格局,并从生活史特征和生态适应对策等角度探讨产生和维持这些格局的机理。结果表明,围封1年显著降低了群落中主要种群矮嵩草(Kobresia humilis)、高山唐松草(Thalictrum alpinum)和雪白委陵菜(Potentilla nivea)的重要值,而增加了线叶龙胆(Gentiana farreri)的重要值;显著增加了群落的地上生物量和总生物量,但对地下生物量和群落多样性的影响不显著。围封使退化矮嵩草草甸主要种群矮嵩草、高山唐松草、珠芽蓼(Polygonum viviparum)、线叶嵩草(Kobresia capillifolia)和金露梅(Potentilla fruticosa)等空间分布格局从放牧后的随机分布向聚集分布发展,而雪白委陵菜、重齿风毛菊(S.katochaeteMaxim)、矮火绒草(Leonto-podium nanum)和美丽风毛菊(Saussurea pulchra)等种群的空间分布格局没有发生改变;但黑褐苔草(Carex atro-fusca)的空间格局从放牧后的聚集分布转向随机分布。因此,退化的矮嵩草草甸在围封的初始阶段,由于避免了家畜的选择性采食及其践踏作用,首先可能是使主要种群的空间分布格局有从随机分布向聚集分布变化的趋势,从而使小尺度的种间隔离来降低种间的竞争强度,从而改变了不同物种对资源和空间的竞争能力,进而推动群落物种组成和结构的恢复演替。

矮嵩草草甸生物量季节动态及其与气候因子的关系

测定高寒矮嵩草(K obresia hum ilis)草甸地上、地下生物量季节动态,分析生物量季节动态与气候因子的相关性,建立了地上生物量动态变化的模拟模型。结果表明:高寒矮嵩草草甸地上生物量动态变化历经萌动期、返青期、旺盛生长期、稳定期和折损减少期等5个阶段;地下生物量自5-9月表现出升高-降低-升高的变化规律,且变化幅度较高;2003年地下净生产量633.46 g/m2,周转率0.3193;利用海北高寒草甸多年观测资料,建立了气象因子影响植被年生产量的预报模型。

高寒嵩草草甸的被动与主动退化分异特征及其发生机理

高寒嵩草草甸是广布于青藏高原的地带性植被之一,自1980年代以来,发生退化,形成大面积的"黑土型"次生裸地。目前的研究普遍认为,高寒嵩草草甸的退化是由于过度放牧引起的植被演替和啮齿类动物对草场的破坏所致。而本研究认为,随着持续的超载放牧,高寒嵩草草甸的退化过程可以分为异针茅+羊茅-矮嵩草群落、矮嵩草群落、小嵩草群落和杂类草-黑土型次生裸地的四个演替阶段;其经历了异针茅+羊茅-矮嵩草群落向矮嵩草群落植被的被动退化过程和由小嵩草群落向杂类草-黑土型次生裸地的主动退化过程;其发生的动力分别为放牧作用和嵩草特殊的生物学特性(高地下/地上比)引起的草毡表层极度加厚作用。草毡表层的极度加厚,造成土壤水分渗透速率的降低和土壤-牧草之间水分、营养供求的失调,是导致高寒矮嵩草最终退化的根本原因。同时提出高寒嵩草草甸在被动退化阶段,通过降低放牧强度,灭鼠、封育是可以逆转的,而一旦进入主动退化阶段,草皮的塌陷、斑驳,最终形成"黑土滩"型退化草地,这是不可避免的也是不可逆转的。

模拟增温效应对矮嵩草草甸影响的初步研究

通过采用国际冻原计划（ＩＴＥＸ）模拟增温效应对植被影响的方法，研究了矮嵩草（Ｋｏｂｒｅｓｉａ ｈｕｍｉｌｉｓ）草甸的物候、群落结构和地上生物量对温度升高的响应，结果表明：温室内气温、地表温度、土壤表层温度可分别提高１．４７℃、１．５４℃、１．００℃。组成植物群落的种群物候期可以提前和延迟，植物生长期延长。组成植物群落主要种群的高度、盖度、重要值均有提高，种群结构发生一定变化。地上生物量发生变化，其中禾草增加１２．３％，莎草增加１．１８％，杂草减少２１．１３％，总量增加３．５３％。

嵩草草甸退化和恢复过程中主要牧草演替和地表特征变化

以青藏高原高寒草甸禾草、矮嵩草和小嵩草的重要值及斑块变化为对象,研究其在嵩草草甸退化和恢复过程中的变化规律。结果表明,退化中的嵩草草甸小嵩草重要值显著高于矮嵩草和禾草,样带调查显示在小嵩草样带矮嵩草盖度急剧降低,黑斑盖度增加近一倍,小嵩草斑块分布普遍;重牧小嵩草草甸小嵩草成为优势种,重要值显著高于矮嵩草和禾草(P<0.05),黑斑面积增大,塌陷增多,矮嵩草斑块出现几率小;恢复中的小嵩草草甸禾草重要值增大,矮嵩草恢复慢,恢复斑块上禾草成为优势种,小嵩草斑块接近消失,黑斑和秃斑面积急剧缩小,植被盖度增加;恢复较好的草甸禾草成为样地的优势种,矮嵩草和小嵩草的重要值低(零星斑块分布),没有黑斑和秃斑出现。高寒草甸退化引起优势植物更替,地表黑斑和秃斑严重,封育和减牧措施能够有效恢复退化的草甸。

矮嵩草草甸不同功能群主要植物种生长特征与地表温度的相关性分析

基于国际冻原计划(ITEX)模拟增温效应对植物影响的研究方法,设置温度梯度从物种个体水平研究各功能群主要植物种生长特征与地表温度的相关性,以探讨全球变暖背景下,矮嵩草草甸不同功能群植物种生长特征对地表温度升高的响应。结果显示:(1)莎草科功能群黑褐苔草的高度与地表温度呈线性关系(P<0.01),而分蘖数、叶片数与地表温度呈二次函数关系,但不显著;矮嵩草的分蘖数、叶片数及高度与地表温度均呈二次函数形式变化(P<0.05)。(2)多年生禾本科功能群垂穗披碱草和草地早熟禾的分蘖数、叶片数、高度均与地表温度呈线性正相关关系(P<0.01)。(3)杂类草功能群短穗兔耳草的匍匐茎数与地表温度呈不显著的二次函数关系,而叶片数、高度均与地表温度呈线性相关关系(P<0.01);鸟足毛茛的花蕾数、叶片数、高度均与地表温度呈线性相关关系(P<0.01)。研究表明,不同功能群植物种对地表温度升高的响应是不一致的,地表温度持续升高对禾本科功能群植物种的生长有利,而对莎草科、杂类草功能群植物种均不利。

矮嵩草草甸植物群落数量特征对模拟增温的响应

在5个(A^E)直径不同的开顶式增温小室(OTCs)环境条件下,通过连续5年(2002~2006)的野外试验,分析了植物生长季矮嵩草草甸植物群落地上部分生物量、平均高度、盖度对模拟增温的响应.结果表明:(1)开顶式增温小室能够有效改变微气候环境,室内气温比室外增加0.24~3.41℃,其增温幅度与温室面积大小呈显著负相关(r=-0.993 1*).(2)随着试验时间的持续,各温室植物群落地上部分生物量均逐渐升高,第1年以温室B略高(202.01 g/m2),而第5年以温室A最高(414.56 g/m2)且显著高于其它处理和对照(P<0.05).(3)植物群落平均高度在同一温室呈逐年增加的趋势,第5年显著高于其它年份(P<0.05);而不同温室间的植物群落平均高度随着室内温度的增高而逐渐显著增加.(4)植物群落总盖度呈逐年上升的趋势,至第5年已接近或达到100%;各温室间分盖度之和无显著差异(P>0.05),而其年际间变化差异极显著(P<0.001),2004~2006年分盖度之和均极显著高于2002和2003年,而2003年又显著高于2002年.可见,随着温室气温的逐渐增加,矮嵩草草甸植物群落地上部分生物量、平均高度、盖度均表现为逐渐上升的趋势.