高寒草甸植物对长期增温的响应

【目的】探求高寒草甸植物对持续模拟增温的响应机制,为退化植被的生态恢复和自然植被的合理保护提供科学依据。【方法】采用国际冻原计划(ITEX)模拟增温试验装置,以草甸和灌丛中的代表植物为试验对象,研究了植物营养成分(粗灰分、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、木质素、粗脂肪、粗蛋白)含量的变化和地上生物量及高度的改变。【结果】在草甸及灌丛上,长期模拟增温能影响植物的营养成分含量,在退化草甸上此影响更明显。增温降低了优良牧草(禾草和莎草)粗脂肪、粗蛋白的含量,而粗灰分、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和木质素含量增加,降低了牧草消化率。草甸和灌丛生物量的P值分别为0.054和0.015草甸长期增温后在一定程度上增加了生物量(P=0.054),而灌丛的生物量增加显著(P=0.015);高度在草甸和灌丛的P值分别为P=0.006 P=0.000,两者高度明显增加;盖度在草甸和灌丛的P值分别为P=0.918,P=0.008,这种变化在长期状态下,势必会使植物功能群发生改变,从而影响群落结构。【结论】长期的增温所形成的小气候作用,不仅改变了牧草的营养成分,而且使得高寒草甸植物群落的结构及功能发生了变化。

长期增温对短花针茅荒漠草原3种主要植物光合日动态特性的影响

【目的】研究长期增温对短花针茅荒漠草原3种主要植物——短花针茅(Stipa breviflora)、冷蒿(Artemisia frigida)、木地肤(Kochia prostrata)光合日动态特性的影响,探究荒漠草原植物对增温的响应。【方法】试验采用完全随机裂区设计,样地设增温和不增温(对照)2种处理,采用远红外线辐射器模拟增温处理,并利用便携式光合仪对样地内的短花针茅、冷蒿、木地肤进行光合特性日动态测定。【结果】长期增温处理使短花针茅和木地肤光合特性日动态曲线趋势产生了较小的变化,冷蒿受增温影响相对较大;光合特性日动态平均值对增温的响应趋势存在一定差异,其中,短花针茅响应程度最大,木地肤、冷蒿响应程度较小;增温不同程度地提高了短花针茅、冷蒿、木地肤的光合速率、蒸腾速率,但降低了水分利用效率。【结论】长期增温处理对短花针茅荒漠草原3种主要植物短花针茅、冷蒿、木地肤光合特性影响较小;不同植物对增温的响应存在一定差异,其中,增温对短花针茅光合特性的影响相对较大、冷蒿光合特性日动态曲线对增温的响应相对较为明显。

典型高寒植物有性繁殖对长期增温的响应

近年来,全球气候变化影响植物群落已经成为研究热点,植物有性繁殖对环境条件微小变化的响应十分敏感。为探究高寒植物采取何种生长繁殖策略以适应全球气候变暖,从而预测高寒植被群落变化趋势,本研究利用开顶式生长室(Open-Top Chambers,OTCs)装置模拟增温,探究增温对高寒植物中常见的矮生嵩草(Kobresia humilis)、青藏苔草(Carex moorcroftii),和垂穗披碱草(Elymus nutans)有性繁殖特征的影响。结果表明:1)增温下矮嵩草繁殖枝数量、有性繁殖效力极显著降低(P<0.01),青藏苔草小穗长度显著增加(P<0.05),垂穗披碱草小穗长度在增温下极显著增加(P<0.01);2)增温导致矮嵩草和垂穗披碱草种子生产能力显著降低(P<0.05),青藏苔草种子产量变化不明显(P<0.05);3)3种植物发芽势在增温下呈现显著降低的趋势(P<0.05),但发芽率无显著变化(P<0.05);4)经热图(heatmap)分析,高寒植物有性繁殖对增温响应不一致,且增温严重抑制矮嵩草有性繁殖。综上,在气候变暖下,不同植物可能表现出不同的适应策略,矮嵩草有性繁殖受到增温的抑制,且最为敏感。

青藏高原两种高寒草甸地下生物量及其碳分配对长期增温的响应差异

增温可以改变植物的生长,不同植被类型的响应方式有差异.植物根系是植物生产量的重要组成部分,但对其增温响应的研究仍然较少.本研究采用开顶式生长室（OTC）模拟增温的方法,对比了长期增温对青藏高原矮嵩草草甸和金露梅灌丛群落地下生物量和有机碳含量的影响.通过分析不同土层地下生物量的垂直分布、土壤和根系含碳量,发现在长期增温条件下：（1）矮嵩草草甸地下生物量显著减少;（2）2种草甸地下生物量分配明显向深层转移;（3）2种草甸植物根系总碳含量变化不显著,矮嵩草草甸10~30 cm土层根含碳量增加,金露梅灌丛草甸20~30 cm土层的根系碳含量减少;（4）2种草甸土壤总碳含量无显著变化（0~30cm）,但20~30 cm土层矮嵩草草甸土壤有机碳含量增加,金露梅灌丛草甸土壤有机碳含量降低.2种草甸地下资源分配差异将影响全球变暖背景下该地区的植被演替和碳循环.

基于Meta-analysis整合分析植物生理指标对短期和长期增温处理的不同响应

长期的增温对植物的生理和生长过程的影响以及不同植物功能类型之间的影响如何变化尚未得到广泛分析,在此次Meta-analysis中,搜集了70余篇有关增温处理的文献,利用文献中的实验数据,研究了长期和短期的增温对不同植物生理指标的影响。研究发现短期增温对植物的光合速率、呼吸速率、比叶面积和叶氮含量都具有刺激作用,加速了植物的生理生长过程,但长期增温却对植物的光合速率和叶氮含量产生负面影响。长期和短期增温均对植物呼吸速率有积极影响,长期增温更是加速了这一生理过程。总体而言,结果表明了短期增温和长期增温对植物生理和生长的影响是有区别的,并且还会在不同功能型植物和温度变化幅度中发生改变。

长期模拟增温对矮嵩草草甸土壤理化性质与植物化学成分的影响

采用国际冻原计划(ITEX)长期模拟增温试验装置,研究了退化和未退化的矮嵩草草甸上植物化学成分(粗灰分、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、木质素、粗脂肪、粗蛋白和无氮浸出物)含量、土壤环境因子(速效氮、速效钾、速效磷、全氮、全磷、全钾、有机质和土壤含水量)的变化及其相互关系。结果表明:长期模拟增温明显影响了土壤理化性质和3个功能群植物的化学成分含量(P<0.05);在退化的矮嵩草草甸上长期模拟增温,两者存在明显的交互效应(P<0.05),增温增加了植物可直接利用的土壤养分含量,但土壤中有机质、全氮、全磷、全钾和含水量均低于其各自对照,增温降低了优良牧草(禾草和莎草)粗脂肪、粗蛋白和无氮浸出物的含量,增加了粗灰分、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和木质素含量,降低了牧草消化率;长期模拟增温条件下,土壤理化性质对植物化学成分的贡献大小依次是:速效氮>有机质>含水量>速效钾。典型对应分析表明,长期模拟增温进一步巩固了未退化矮嵩草草甸禾草类和莎草类优势牧草的地位,杂类草逐渐衰退;而在退化矮嵩草草甸样地上长期模拟增温,群落优势种的优势度下降,加剧了草地退化。

滨海芦苇湿地土壤微生物数量对长期模拟增温的响应

采用开顶式生长室（Open-top chamber,OTC）连续8 a（2008~2015年）长期模拟温度升高,研究滨海芦苇湿地不同土壤深度,及两种代表植物芦苇（Phragmites australis）和白茅（Imperata cylindrical）根际、非根际土壤可培养微生物数量变化对长期增温的响应。结果表明：（1）相对于对照,长期增温导致土壤可培养微生物的数量显著增加。其中,增温对土壤表层细菌、真菌的数量影响显著,细菌在第一层的增幅最大,增加率为34.16%,真菌在第三层的增幅最大,增加了64.42%。增温对20~40 cm土层放线菌影响显著,其中在第二层达到最大增加率59.47%;（2）长期增温对芦苇根际土壤微生物的根际效应变化的影响不大,表现为各土层芦苇根际效应增温〈对照,而白茅根际真菌和放线菌分别在第二层和第三层有显著差异;（3）不同的植物类型,其根际可培养微生物数量及根际效应对长期增温的响应不一致,表现为芦苇和白茅根际土壤可培养微生物数量及根际效应的增加幅度不同,这可能与植物不同类型,根际分泌物种类、数量的差异有关。

野外增温方法研究进展

全球变暖是目前人类面临的主要环境问题之一,过快的温度增幅对于植物生理、植被分布、土壤微生物活性、土壤有机物矿化和物质循环等将产生深远的影响,因此全球变暖的相关研究近几十年来一直是各国科学家研究的热点.野外增温实验是研究全球变暖最常用的手段之一,因研究区地理环境、植被类型特征和研究目标的不同,增温实验中根据增温设备增温效果及实验需求衍生出了各种不同的类型,对于空气增温、植被增温和土壤增温,在不同研究中各种设备的适用性有所差异.本文总体将增温装置归纳为减少太阳辐射能量耗散的被动增温和依赖电力进行能量输入的主动增温两大类,从增温装置增温原理及方法、野外实验中实际增温效果以及野外气候条件下实施难度及维护等方面,重点论述了各种增温设备的优缺点及适用性,并归纳总结了增温设备在使用过程中的局限性.湿地生态系统暂时或长期地表淹水及土壤高湿和水的高比热容带来的增温难度与森林生态系统高大树冠增温的实施难度是未来增温需要解决的问题.此外,建议对未来增温采用大规模长周期变温实验,结合模型预测,实现更准确的增温模拟,以获取更加真实的生态系统响应.