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。

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。

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％。

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 。

青藏高原高寒矮嵩草草甸退化演替主成分分析

选取青藏高原高寒矮嵩草草甸典型退化演替阶段代表样地为研究对象,以空间尺度代替时间尺度的方法,对其植物群落和土壤理化性质(19个指标)进行数量特征分析。结果表明:欧式聚类分析和Fisher’s判别分析可以明确划分高寒矮嵩草草甸退化的4个演替阶段,且Fisher’s判别分析能够明确区分小嵩草草甸的3个重要时期,说明可以此指标组构建高寒矮嵩草草甸退化演替阶段划分的指标体系。主成分分析(PCA)提取出4个特征值大于1的主成分因子,其载荷能力依次为44.8%、28.3%、17.2%和7.2%,对演替过程总变异的解释能力累计达97.6%。草地退化是一个系统内各因子协同变化的过程,且它们具有不同步性,进而导致了原有变量对草地退化演替细微阶段划分的不完全性。说明草地生态系统存在两种作用因子,即敏感因子(其数量特征随草地发生变化而迅速变化)和缓冲因子(对生态系统变化的反应具有一定的滞后性和缓冲性),但这两者如何应对生态系统干扰,其协同及分异特征以及其对草地退化反应的敏感程度还需要深入研究。

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。

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.

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。

高寒矮嵩草草甸土壤酶活性与土壤性质关系的研究

对高寒矮嵩草草甸土壤性质及酶活性进行研究,分析了土壤性质与酶活性之间的关系。结果表明：在0-20cm土层随土壤深度的增加,土壤容重、pH值和全钾升高,有机质、全氮、有效氮、全磷、有效磷、有效钾、阳离子交换量均明显下降;所测的7种土壤酶中,除多酚氧化酶活性呈现随土壤层次加深而升高外,过氧化氢酶、脲酶、蛋白酶、纤维素酶、转化酶、碱性磷酸酶均明显降低。相关分析表明：土壤有机质和有效钾除与多酚氧化酶呈显著负相关外,与其余6种酶呈显著正相关;全氮、有效磷、阳离子交换量除与转化酶相关性不显著外,与其它6种酶呈显著相关;有效氮、全钾只与纤维素酶、碱性磷酸酶存在显著的相关关系;pH值、全磷与所测的7种酶均无明显的相关性。多酚氧化酶和转化酶与部分酶存在显著的相关关系,其余土壤酶之间均存在显著的相关关系。通径分析表明：各种土壤因子不仅直接影响土壤酶活性的大小,还通过相互之间的作用间接调控土壤酶活性。

青藏高原地区矮嵩草草甸植物群落生长分析

对中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站地区的矮嵩草草甸植物群落进行了函数生长分析研究。叶面积和地上生物量采用三次多项式的指数方程拟合。研究结果表明 ,LAI的增长过程呈 S形 ,可分为 3个时期 ,与群落中莎草类植物的物候划分相一致 ;6月至 8月上旬 LAI的增长速率较高 ,约持续 70 d,最大 LAI为 3 .5左右 ;ULR与 LAI的变化趋势相反 ,受两者的共同影响 ,CGR在 6月下旬最大 ;地上净初级生产量的增加在 6月下旬左右最大 ,从 5月中旬至 7月下旬的 80余天时间内 ,矮嵩草草甸可生产的地上净生物量约占年地上总生物量的 92 .5% ;生长季节内具有相对丰富的降雨和适宜的温度 ,是保证植物完成生长发育过程的有利因素。

高寒矮嵩草草甸群落植物多样性和初级生产力对模拟降水的响应

通过野外控制实验,研究了高寒矮嵩草草甸群落植物多样性、初级生产力对模拟降雨条件的响应.结果表明: 1 在植物生长期 6月 ,增加降雨20%、增加降雨40%,植物群落物种多样性指数 H 和均匀度指数 J 分别比对照提高了0.188和0.011、0.735和0.076,生长期 7月 增加降雨20%物种H和J提高了0.409和0.07; 2 禾草类:增加降雨20%处理的地上生物量与对照相比没有明显的显著性差异 P>0.05 ,增加降雨40%处理的地上生物量与对照相比差异显著 P<0.05 ,说明过多增加降雨会抑制禾草的生长发育.杂类草:减少降雨50%处理的地上生物量与对照相比差异显著 P<0.05 ,其地上生物量对减少降雨的反映比较敏感.莎草类:其地上生物量对增加和减少降雨都没有显著变化; 3 0～10cm和0～30cm土层地下生物量均在增加降雨20%时最高,地下生物量的总量也在增加降雨20%时最高; 4 矮嵩草草甸地下生物量与地上生物量、总生物量的比值接近于生长季末时最大,且在模拟增加降雨20%的水平时,7、8、9月份地下和地上生物量较其它处理组高.

不同放牧强度对矮嵩草草甸群落返青的影响

对青海省海北地区矮嵩草草甸植物群落不同放牧强度下返青时的特征进行了调查。结果表明 ,不同放牧强度对群落返青时的植物种类组成影响明显 ,种丰富度随放牧强度的增大而减少 ,莎草科植物类群的重要值增加 ,禾本科与杂类草的重要值无明显变化 ,细叶亚菊、棘豆等杂毒草的重要值减少 ,同时各类群内植物密度、频度、盖度、地上生物量以及重要值等数量指标随放牧的变化比较复杂 ,与群落处于季节稳定状态时 (7～ 8月份 )的特征并不完全相同 。

高寒矮嵩草草甸不同退化演替阶段植物群落地上生物量分析

通过对高寒矮嵩草草甸不同退化演替阶段植物群落的研究显示,随着退化程度的加重,群落的组成和优势种等发生了很大的变化,植物群落从以禾本科为主,向以杂类草为主的群落演替。中度和重度退化样地与原生植被样地的禾草类、莎草类以及群落总生物量差异极显著(P<0.01)。随退化程度的加深,禾草类、莎草类等优质牧草比例下降,取而代之的是杂类草,其比例明显升高,在群落中占据优势地位。

矮嵩草草甸土壤温湿度对植被盖度变化的响应

利用5-9月植物生长期间所观测的不同植被盖度条件下土壤温、湿度资料,分析了矮嵩草草甸植被盖度对土壤温、湿度的影响。结果表明:有植被覆盖区随季节进程,植被盖度增加,土壤温度升高,湿度下降;8:00-19:00土壤温度随植被盖度的增加而增加,14:00土壤温度随植被盖度增加而降低;不论是早晚还是中午,土壤湿度都随植被盖度的增加而增加。

公路碾压干扰下群落植物多样性——以藏北矮嵩草草甸为例

运用时空替换法,以空间变换替代时间变换,对公路碾压干扰下藏北矮嵩草草甸恢复演替中不同阶段群落植物多样性进行研究。结果表明:各草地群落样方中共出现高等植物33种,其中菊、豆、禾本科和蔷薇科合计16种,占48.48%,在其自然恢复演替所起的作用最大;莎草科植物作为顶级群落的建群种具有重要作用。物种构成具有明显的阶段性特征:演替前期以1年生和2年生植物为主;中期多年生草本植物逐渐占据优势;后期矮嵩草成为单优势种;菊叶萎陵菜和二裂萎陵菜几乎贯穿始终。物种积聚主要是在演替前期和中期完成,其积聚过程符合二次曲线。演替后期群落植物多样性程度最高,多样性随演替进程表现为逻辑斯谛增长规律:前期群落物种丰富度较低,均匀度较高,生态优势度λ也比较高,但综合多样性较低;中期群落的均匀度下降,生态优势度也同时下降,综合多样性高;后期矮嵩草成为群落的单优势种,群落的均匀度和生态优势度均下降,综合多样性仍然增加。

高寒矮嵩草草甸地上生物量和叶面积指数的季节动态模拟

基于2007年中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站植被和气象观测资料,探讨了高寒矮嵩草草甸群落叶面积指数、地上生物量的季节动态变化及其数学模型,分析了叶面积指数与地上生物量的相互关系,以及气象条件对叶面积指数和地上生物量的影响。结果表明,高寒矮嵩草草甸群落植被生长期地上生物量的季节动态变化可以用Logistic回归模型拟合;植被叶面积指数的季节动态变化可以用三次函数曲线拟合,叶面积指数受温度和降水量的影响明显,与植物生长期日平均气温≥3℃的积温和降水累积量分别有三次函数的拟合关系,而考虑与积温和降水累积量的综合关系可用二元二次函数拟合;同时,叶面积指数与地上生物量之间有二次函数的拟合关系。