雅鲁藏布江上游高寒草甸地上生物量与多样性沿海拔梯度的变化特征

【目的】雅鲁藏布江是青藏高原最重要的河流,研究雅鲁藏布江地上生物量和物种多样性对了解该区域的草地资源和生态保护具有重要意义。【方法】根据海拔梯度对雅鲁藏布江上游高寒草甸植被特征进行调查,探讨不同海拔梯度下地上生物量和物种多样性的分布差异、地上生物量与物种多样性之间的关系,以及相关环境因子对地上生物量和物种多样性的影响。【结果】(1)雅鲁藏布江上游高寒草甸地上生物量与海拔、气温和降水均无显著相关关系(P>0.05);(2)多物种样性指数与海拔呈显著负相关关系(P<0.05),Shannon-Weiner指数(H)、Patrick指数(R)随海拔升高表现为下降趋势,而物种多样性与气温和降水呈显著正相关关系(P<0.05);(3)地上生物量与物种多样性之间表现为显著负相关关系,Shannon-Weiner指数(H)对地上生物量的解释达到70%(P<0.01)。【结论】雅鲁藏布江上游高寒草甸的海拔与地上生物量无显著相关性,而与物种多样性呈显著负相关关系,这为雅鲁藏布江上游流域草地资源合理利用和物种多样性保护提供依据。

青藏高原高寒草甸地上植物功能群去除对土壤线虫群落的影响

土壤线虫对高寒草甸生态系统功能有重要的指示作用,植物功能群丧失对土壤线虫群落的影响尚不清楚。本研究在青藏高原东部的高寒草甸生态系统中设置对照、保留豆科、保留禾状草、保留非豆科杂类草和去除所有植物功能群5个处理的地上部植物功能群去除实验,以探究植物功能群损失对土壤线虫群落的影响。结果显示:(1)去除植物功能群地上部对植物根系生物量和土壤线虫总密度影响不显著。(2)去除植物功能群地上部对线虫不同营养类群相对丰度影响显著。保留豆科处理下,食细菌线虫相对丰度整体最高,而植物寄生线虫相对丰度最低;保留杂类草处理下,植物寄生线虫相对丰度整体最高,而食细菌线虫相对丰度最低。(3)非度量多维尺度分析(NMDS)结果表明,去除不同植物功能群会导致土壤线虫类群产生差异,对土壤线虫群落结构产生显著影响。

黄河源永曲河流域高寒草甸地上生物量模拟与时空分布特征研究

本研究基于谷歌引擎通过四种常用模型及多种输入组合(地理空间变量(Geospatial variables,GV),植物功能类型(Plant functional types,VT),地面测量(Ground measurements,GM),气象变量(Meteorological variables,MV))对黄河源区高寒草甸地上生物量(Aboveground biomass,AGB)进行了模拟,并分析了AGB的时空分布与地形因子的关系。结果表明,仅使用GV构建的模型表现较差(0.122<R^(2)<0.486),MV和VT分别与GV结合使用时能提高模拟精度0.104~0.203(R^(2)),GM与GV结合使用时,模型精度达到了最高(0.678<R^(2)<0.705)。在没有GM参与的情况下,深度神经网络(Deep neural network,DNN)模型结合GV-VT-MV变量组合获得了最好模拟精度为0.686(R^(2))。混合使用多种植被类型的数据可以提高模拟精度。本研究发现海拔是影响黄河源流域单位内高寒草甸AGB时空分布的重要决定因素,并且对AGB年变化量影响最强。

长江源区典型高寒沼泽草甸地表能量平衡特征及其影响因素

广泛分布的草地是长江源区水源涵养的重要生态系统之一。在气候变暖的背景下,高寒草地生态系统的空间分布格局发生了深刻的变化,高寒沼泽草甸显著退化,正面临着逐步消失的风险,并且目前对于高寒沼泽草甸能量平衡过程及其演化过程的观测不足,难以支撑进一步的机理研究。通过开展高寒沼泽草甸地区的能量平衡观测研究,深入理解高寒沼泽草甸能量平衡和水量平衡过程特征并分析影响因素和驱动力,能够为沼泽草甸的保护和修复提供数据基础和理论支撑。本研究基于长江源区布曲冬克玛底河流域典型高寒沼泽草甸2020年涡动相关设备测量所获取的连续、高质量的能量平衡观测数据,探究了当地能量平衡特征及其影响因素。研究发现:冬克玛底流域的气候特征呈现夏秋季温润、冬春季冷干的季节特征,下垫面土壤存在长时间的饱和状态以及明显的冻融循环过程。独特的气候及下垫面条件使高寒沼泽草甸具有独特的能量平衡特征,表现在净辐射主要被感热和潜热所消耗,分别达到全年的46.1%和55.6%,仅有1.7%转化为土壤热通量。净辐射在夏秋季主要转化为潜热,冬春季主要转化为感热,潜热通量相较于其他高寒草甸类型占比更大且更集中在夏秋季,高寒沼泽草甸年总潜热占比可达有效辐射的55%,夏秋季潜热通量可达同时期有效辐射的73%。在植被生长季,高寒沼泽草甸提高了饱和水汽压差对潜热通量带来的影响,削弱了净辐射带来的影响并使得土壤热通量表现为:生长前期>生长中期>生长后期。高寒沼泽草甸地区存在的土壤冻融过程也改变了地表能量平衡特征,主要表现在湍流通量除受净辐射控制外,在消融时期土壤温度及含水量导致了湍流通量潜热通量为主、冻结时期以感热通量为主的变化特征。

短期养分添加对西藏沼泽化高寒草甸地上生物量、植物多样性和功能性状的影响

N、P是植物生长发育的主要营养元素,养分添加对退化草地改良复壮起着关键作用。本研究以当雄县格达乡甲多村长期围封刈割的藏嵩草沼泽化草甸为研究对象,开展短期养分添加对地上生物量、植物多样性和功能性状的影响,明确植物多样性和群落水平功能性状对地上生物量变化的解释度。结果显示:N添加和N+P添加处理下,地上生物量至少增加39.3%和98.9%。N+P添加与单独N添加相比,显著增加了喜马拉雅嵩草、华扁穗草、禾草类群和杂类草类群的地上生物量(P<0.05);降低了藏嵩草的重要值,增加了喜马拉雅嵩草、早熟禾、鹅绒委陵菜、西藏报春的重要值。N+P添加显著提高了物种丰富度、Shannon-Wiener指数和Simpson指数;物种丰富度、Shannon-Wiener指数与地上生物量呈极显著正相关关系(P<0.01)。养分添加增加了群落水平植株高度和氮含量(P<0.05),N+P添加显著增加群落水平叶片磷含量,增加了叶比重,降低了叶干物质含量;群落水平植株高度、叶片磷含量、叶片氮含量与地上生物量呈正相关关系(P<0.01)。最小二乘结构方程和方差分解结果显示,N添加对群落水平加权性状和地上生物量有显著的正向促进作用(P<0.05),P添加对群落水平加权性状、地上生物量和植物多样性有显著的正向促进作用(P<0.05),氮、磷共同决定了地上生物量的增加。群落水平植物功能性状和植物多样性对地上生物量的总解释度为81.3%,群落水平植物功能性状对地上生物量的解释度为78.5%,植物多样性的解释度为45.5%。综上,群落水平植物功能性状和植物多样性共同决定了高寒沼泽化草甸地上生物量对氮、磷养分添加的响应变化。施氮同时配施磷肥对草地增产和生物多样性维持均有积极作用。

科尔沁草甸地冻融期土壤水热盐动态迁移规律

为掌握科尔沁草甸地冻融期土壤水、热、盐迁移规律,以科尔沁左翼后旗阿古拉生态水文试验站2013年10月—2014年5月土壤冻融期实测气象、土壤等数据为基础,用统计分析法对研究区草甸地冻融期土壤温度、水分、盐分的变化规律进行了分析。结果表明:气温对土壤剖面温度的影响随着土壤深度的增加而降低,土壤剖面温度变化滞后于气温变化的时间取决于气温升降幅度,且没有显著的规律;由于气温回升速度大于降温速度,导致土壤消融速度比冻结速度快;土壤冻结过程由表层向下进行,冻结温度与土壤含盐量呈负相关关系,用温度的线性内插法准确确定草甸地于2014年3月9日达到最大冻深104 cm;土壤消融时受地下暖土层热流和地表温度双重影响,由底部向地表和由地表向冻结层进行双向消融;地下水位埋深较浅,受土壤冻融作用影响,升降趋势显著;草甸地土壤冻结期盐分向地表积聚,并于2月达到最大,后经消融及雨水淋润作用开始下降;冻融期盐分变异性大于水分变异性,说明盐分的运移过程更为复杂。

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。

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

祁连山海北高寒草甸地区植物生长期的光合有效辐射特征

分析了祁连山海北高寒草甸地区 1998年植物生长期内光合有效辐射 (PAR)的日、季节变化特征。结果表明 :PAR日变化与太阳总辐射 (Eg)日变化趋势一致 ,表现为单峰型变化过程 ,日总量最大可达 11.7MJ·m-2 左右。植物生长期内的 4月下旬～ 9月中旬季节变化较为复杂 ,雨季来临之前的 4～ 6月较高 ,其它时间较低 ,旬平均最高在 5月达 85 .2 3MJ·m-2 。PAR在Eg中所占的比例 (η)晴天状况下日平均在 0 .36～ 0 .41之间 ,阴天稍高 ,植物生长期内 η的旬平均在 0 .32～ 0 .43之间。分析还表明 ,PAR与Eg日总量具有很好的正相关关系 ,从而可依Eg的变化量来估算PAR。同时计算表明 ,海北高寒草甸地区植物群落对PAR的光能利用率为 0 .5

高寒草甸地区冷季水分资源及对牧草产量的可能影响

分析了高寒草甸地区冷季降水和土壤水分资源分布特征及其对牧草产量的可能影响。结果表明 :祁连山海北高寒草甸地区冷季降水资源贫乏 ,但 9～ 10月较高的降水受枯黄植被蒸散量小、植被盖度大的影响 ,易贮存于土壤。加之地处高寒 ,气温低 ,土壤封冻早 ,冻结期长 ,使土壤水分在冬季可以冰晶水的形式留存于土体 ,从而给来年牧草进入正常营养生长发育阶段提供了水分条件的需求。牧草产量的高低与冷季降水及土壤水分条件有一定的联系性。建立冷季降水与牧草产量间的预报方程 ,其拟合率高。

生物群落水平的几种物种关系:高寒草甸地区灭鼠的理论反思与分析

针对草场退化加剧和鼠害发生面积的日趋扩大,应用Volterra原理和生态系统自我平衡及物种自我补偿理论,围绕鼠类与其它物种所构成的“猎物—捕食者”关系和同功能团物种间关系,反思和分析了周期性灭鼠对高寒草甸生态系统的负面作用,提出了对鼠害进行生物控制的思路。

中子仪测量草甸地土壤水分含量的标定研究——科尔沁沙地坨甸相间地区

中子仪是目前广泛用于土壤水分动态监测的重要仪器。采用503DR型智能中子仪对科尔沁沙地坨甸相间地区的草甸地各试验点土壤水分进行测量,并用三点平滑原理对草甸地进行了分层标定。结果表明,在科尔沁沙地的草甸地区通过分层标定法中子仪可以得到精确的标定,是掌握草甸地土壤水分动态变化的重要前提性工作。

科尔沁沙坨地—草甸地冻融期地温与最大冻结深度的变化规律

[目的]探究科尔沁沙坨地—草甸地土壤温度与冻结深度的变化规律,为合理指导该区农工生产和建设提供支持。[方法]基于2007—2015年冻融期人工观测数据,对比分析科尔沁沙坨地与草甸地冻融期多年土壤温度与最大冻结深度变化规律。[结果]研究区100cm处沙坨地与草甸地多年土壤温度的标准差变化规律基本一致,草甸地要小于沙坨地,但融解后期由于草甸地融解期历时较长,其标准差大于沙坨地;同时考虑土壤温度和土壤水分对最大冻结深度的影响时,沙坨地在200cm处和草甸地在140cm处的R2分别为0.959和0.788。[结论]研究区内沙坨地先冻结与先融解,沙坨地最大冻结深度较草甸地深,同时考虑土壤温度与土壤水分的最大冻结深度的拟合优度最好,沙坨地与草甸地中最大冻结深度与土壤温度和土壤水分均呈负相关关系。

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。

藏北典型高寒草甸地上生物量的遥感估算模型

本研究利用2010和2011年6-9月高寒嵩草草甸群落地上生物量数据和同期的中分辨率成像光谱仪(mod-erate resolution imaging spectroradiometer,MODIS)影像数据,建立了西藏自治区拉萨当雄高寒草甸的地上生物量遥感估算模型。在探讨群落地上生物量与归一化植被指数(normalized difference vegetation indices,NDVI)、增强型植被指数(enhanced vegetation indices,EVI)以及地表水分指数(land surface water indices,LSWI)相关关系的基础上,构建了群落地上生物量与各指数的线性或非线性(包括对数函数、二次多项式、三次多项式、幂函数、增长曲线、指数函数)估算模型,并进行了模型验证。结果表明,1)3个指数中EVI的模拟效果最好,NDVI次之,LSWI最差;2)所有模型中线性模型的模拟效果最好,EVI的线性模型为:y=174.225x,R2=0.975,P<0.001,NDVI的线性模型为:y=115.478x,R2=0.956,P<0.001;3)在预测效果方面,幂函数模型最好,线性模型次之,其平均误差分别仅为9.76%和10.8%,因此,两者都可以用于高寒草甸群落地上生物量的模拟。

玛曲高寒草甸地表辐射与能量收支的季节变化

利用中国科学院黄河源区气候与环境综合观测研究站2010年观测资料,分析了玛曲高寒草甸地表辐射与能量收支的季节特征。结果表明:玛曲高寒草甸入射太阳辐射与净辐射年累积量分别为6482.2和2577.2MJ.m-2.a-1;年平均地表反照率为0.25,生长期平均地表反照率为0.22;全年入射太阳辐射的38%转换为地表长波辐射,明显高于低海拔地区的草地;净辐射占入射太阳辐射的38%,低于全球以及低海拔地区的草地;在冻结期,感热通量占净辐射的93%,在生长期,潜热通量占净辐射的62%。

高寒草甸地下根系生长动态对积雪变化的响应

2013年11月至2014年8月在青藏高原东缘红原县高寒草甸通过人工堆积的方法,进行了积雪量野外控制试验。以自然降雪的积雪量为对照(CK),设置了S1、S2和S3(积雪量分别为自然对照的2倍、3倍和4倍)3个处理,运用微根窗法追踪研究了积雪量改变后高寒草甸植被根系生长动态,并测定了积雪变化对土壤温度的影响。结果表明:高寒草甸植被根系生长存在明显的季节性变化,随着时间的推移,根系表面积、根尖数量及现存量逐渐增加并在8—9月达到最大值;当冬季积雪量达到143.4mm(S1),对根系生长最为有利(根系表面积、根尖数量、现存量及生产量最大),根系生长旺盛期(净生产速率较高)有所提前和延长,但随着积雪量进一步增加,积雪对根系生长的正效应逐渐降低,根系生长旺盛期逐渐推迟甚至消失;研究还发现,随着积雪量增加,0—10 cm土层土壤温度逐渐降低,相似的变化规律也出现在10—20 cm土层,但在时间上有所延迟;相关性分析表明,在不同土层中,根系生长与土壤温度均呈正相关。因此,积雪变化通过改变土壤温度影响高寒草甸植物根系的生长发育,最终可能会影响高寒草甸生态系统的碳分配与碳循环过程。

放牧对高寒草甸地表特征和土壤物理性状的影响

在中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站地区，选择五种处于不同放牧强度的高寒草甸为研究对象，进行放牧对高寒草甸植被演替规律和土壤对放牧压力的响应过程研究，为合理利用和提高草地生产力提供科学依据。结果表明：随着放牧强度的增加，高寒草甸地上生物量呈急剧下降趋势，由禾草草甸的646．24g／m^2下降到小嵩草草甸的328．16g／m^2，容重逐渐减小；在小嵩草草甸阶段地表逐渐出现塌陷和裂缝，0—10cm土层中根土体积比逐渐变大；土壤的质地类型发生变化，由禾草草甸粘壤土转变为壤质粘土；放牧强度对牧草返青开始时间和生长期都没有影响，但在重牧处理时，非生长季地温降低程度很明显。

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。