增温对窄叶鲜卑花高寒灌丛生物量碳和氮分配的影响

文章以青藏高原东部窄叶鲜卑花灌丛为研究对象,采用开顶式生长室(OTCs)模拟增温实验(+1.2℃),分析增温对灌木层和草本层各器官碳、氮分配的影响及其影响因素,以揭示青藏高原东部高寒灌丛灌木层和草本层碳、氮分配对增温的响应策略。结果显示:(1)增温使窄叶鲜卑花灌木层叶、粗根、细根碳库显著增加18.8%、7.7%和139.4%,使灌木层细根氮库显著增加153.9%;增温使草本层地上和地下部分碳库显著增加60.4%和130.5%,使草本层地上和地下部分氮库显著增加46.1%和124.0%。(2)增温使灌木层茎和粗根碳分配比例显著降低18.9%和16.2%,使灌木层叶、茎和粗根氮分配比例显著降低25.2%、23.3%和14.4%,使灌木层细根碳、氮分配比例显著增加86.5%和96.2%;增温使草本层地上部分碳、氮分配比例显著降低19.5%和18.9%,使草本层地下部分碳、氮分配比例显著增加15.6%和24.8%。(3)Pearson相关分析和多元线性回归分析结果表明,空气温度和土壤微生物生物量是影响灌木层地上碳、氮分配的主要因子,能解释其变异的72.0%以上;土壤温度、土壤有机碳含量和土壤脲酶活性是影响灌木层地下碳、氮分配的主要因子,能解释其变异的92.0%以上;土壤有机碳含量、土壤转化酶和脲酶活性是影响草本层地上和地下碳、氮分配的主要因子,能解释其变异的92.8%以上。(4)土壤氮素有效性对灌木层和草本层生物量碳、氮分配的影响不显著。研究表明,气候变暖情景下,青藏高原东部窄叶鲜卑花高寒灌丛的灌木层和草本层植物通过提高地下部分碳、氮分配,进而更好地适应外界环境温度的提高。

珠峰北坡高寒灌丛草原生长季碳、水通量特征分析

研究青藏高原高寒灌丛生态系统的碳水通量特征,对于阐明气候变化背景下高寒草地生态系统的碳收支和水循环具有重要意义。基于2017-2018年生长季连续观测的通量数据及微气象和土壤温湿度等数据,利用标准化的通量数据处理和插补方法以及结构方程模型等数理统计方法系统分析了珠峰北坡高寒灌丛生态系统生长季的碳水通量特征及其环境控制因素。结果表明:(1)2017年和2018年生长季累计的总初级生产力(GPP)、生态系统呼吸(Re)和净生态系统碳交换(NEE)分别为248.0、112.2和-135.8 g·C·m^(-2)及254.0、113.5和-140.5 g·C·m^(-2)。这两年的呼吸比(Re/GPP)分别为45.2%和44.7%,较低的呼吸比促进了碳的封存,从而导致该高寒生态系统生长季较强的碳汇强度。此外,2017年生长季的累计蒸散发(ET)为194.9 mm,略高于2018年的167.9 mm。(2)光合有效辐射(PAR)在生长旺季白天与NEE之间存在着较好的直角双曲线关系,2017年和2018年的表观初始光量子效率(α)和光饱和时的最大光合作用效率(NEEmax)分别为-0.0105μmol·CO_(2)·μmol^(-1)·photos和-7.79μmol·CO_(2)·m^(-2)·s^(-1)以及-0.0138μmol·CO_(2)·μmol^(-1)·photos和-5.23μmol·CO_(2)·m^(-2)·s^(-1)。(3)PAR对生长季NEE变化起着关键作用,而土壤水分是影响高寒灌丛生长及Re和GPP变化的主要因素,表明该冷干的高寒生态系统碳通量受表层土壤水分调控。在生长季,表层土壤水分是限制高寒灌丛蒸散发的主要因素,说明该冷干的高寒生态系统蒸散发的水分供应受限。这些发现有助于进一步认识青藏高原珠峰北坡草地生态系统地-气间的CO_(2)和水分交换。

海北高寒灌丛草甸(2003-2020年)与高寒矮生嵩草草甸(2002-2020年)生物量监测数据集

青藏高原是全球气候变化的热点区域和敏感区域,高寒灌丛和高寒矮生嵩草(Kobresia humilis)草甸是高寒草甸主要类型,对青藏高原乃至全球的高寒草甸生态系统的可持续发展有着重要的作用。生物量作为反映草地生态系统生产功能的直接指标,是研究其生态系统功能及其他因素之间关系的有效途径。高寒灌丛与高寒矮生嵩草草甸生物量的准确测定和评估是科学认知青藏高原高寒草甸生态功能的关键之一。位于青海省海北州的高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站(简称海北站),自2003年和2002年分别开展高寒金露梅(Potentilla fruticosa)灌丛与高寒矮生嵩草生态系统生物量的科学监测,已分别连续积累了17年、18年的原始数据。为准确掌握青藏高原乃至全球高寒灌丛和高寒矮生嵩草草甸生态系统的碳汇潜力及准确预测其生态系统对气候变化的长期响应等相关研究,现公开发表海北通量监测站区2003–2020年高寒灌丛、2002–2020年高寒矮生嵩草草甸相关生物量数据。本数据集包含金露梅灌丛草甸、高寒矮生嵩草草甸地上生物量和地下生物量,可为高寒草甸生态系统生物量时空动态的科学认知、遥感反演、模型验证提供地面观测数据,有助于高寒草甸健康可持续发展。

祁连山东段高寒灌丛土壤养分空间分布特征

【目的】探讨祁连山东段高寒灌丛的土壤养分空间分布以及“肥岛”效应,验证高寒灌丛“肥岛”发育的物种效应。【方法】选取了山生柳(Salix oritrepha)、硬叶柳(Salix sclerophylla)和绣线菊(Spiraea salicifolia)3种高寒灌丛,对灌丛水平方向不同部位以及不同土层土壤养分含量进行分析,研究了不同高寒灌丛土壤养分的空间分布规律。【结果】SOC分布特征:3种灌丛SOC含量在水平方向上均呈现出由根部经冠下向灌丛间地处逐渐递减的趋势;垂直分布来看,3种灌丛SOC含量总体呈现出随着深度的增加逐渐减小的趋势,并且不同种类灌丛作用深度也不同。TN分布特征:在水平方向上,3种灌丛TN含量在表层(0~20 cm)呈现出根部高于灌丛间地的现象;在土壤的垂直剖面,3种灌丛土壤TN含量的规律同SOC的变化趋势一致。TP分布特征:除山生柳灌丛在水平方向上呈现出由内向外逐渐增加的趋势外,硬叶柳以及绣线菊无明显规律;山生柳灌丛土壤TP含量在垂直方向上随着深度的增加呈现出逐渐递减的趋势,硬叶柳和绣线菊各土层之间TP含量变化并不大。富集率总体表现为山生柳>绣线菊>硬叶柳。【结论】研究区高寒灌丛“肥岛”的发育具有物种效应,山生柳灌丛“肥岛”更深更广,灌丛土壤对于养分的聚集高于其他灌丛。

2011-2020年海北高寒灌丛碳水热通量观测数据集

高寒灌丛是青藏高原的重要植被类型之一,多分布在山地阴坡、半阴坡或高海拔山前滩地,具有十分重要的碳素固持和水源涵养及气候调节功能。青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站(简称海北站)自2002年应用涡度相关技术进行高寒金露梅(Potentilla fruticosa)灌丛生态系统碳水热交换,已有近20年的数据积累。在前期公开2003–2010年相关数据的基础上,进一步发布2011–2020年海北高寒灌丛碳水热通量观测数据集。本数据集包含空气温度、空气相对湿度、水汽压、风速、风向、大气压强、总辐射、净辐射、光合有效辐射、降水、土壤温度、土壤水分的常规气象数据子集和净生态系统CO_(2)交换、生态系统CO_(2)呼吸、总生态系统CO_(2)交换、潜热通量、显热通量的碳水热通量数据子集,均由半小时、日、月和年等4种时间尺度组成。本系列数据集不仅可以用于科学评估高寒灌丛生态系统碳水热等生态功能的环境驱动和演变趋势,还能对遥感-生态过程模型的参数验证及优化提供地面观测支撑。

东祁连山阴坡高寒灌丛物种多样性变化特征研究

为探寻坡向对灌丛和草地生长的影响及植物在不同生长条件下的分布规律,以东祁连山阴坡高寒灌丛、高寒草地为研究对象,研究其在6—9月物种多样性变化特征及规律。结果表明:高寒灌丛植被多样性变化指数为7月(0.031)<8月(0.037)<6月(0.042)<9月(0.043),均匀度指数为7月(0.027)<8月(0.034)<6月(0.038)<9月(0.047),丰富度指数为9月(0.339)<7月(0.399)<8月(0.420)<6月(0.439),且在同一时间段3种植被多样性指数为头花杜鹃>千里香杜鹃>绣线菊;高寒草本植被多样性指数为9月(6.133)<7月(6.158)<8月(6.336)<6月(6.599),均匀度指数9月(5.582)<7月(5.605)<8月(5.767)<6月(9.520),丰富度指数6月(0.206)<8月(0.410)<7月(0.418)<9月(0.429)。

青藏高原高寒灌丛非生长季节CO_2通量特征

利用2003年和2004年涡度相关系统通量观测资料，对青藏高原高寒灌丛非生长季节CO2通量特征及其主要影响因子进行了分析。（1）从净生态系统CO2交换（NEE）日变化特征看，除13：00～19：00时有较小的CO2净释放以外，其余时段NEE均很小；（2）高寒灌丛非生长季月份间NEE差异明显，4月和10月是CO2净释放量较大，1月和12月CO2净释放量较小；（3）相对温带草原（高杆草大草原）草地类型，低温抑制下的青藏高原高寒灌丛生态系统非生长季节日平均CO2释放率较低；（4）高寒灌丛非生长季NEE日变化模式与5cm土壤温度变化呈显著正相关，土壤温度是影响非生长季节青藏高原高寒灌丛NEE变化的主导气候因子，同时NEE变化还受降水的影响。

青海省高寒灌丛物种多样性、生物量及其关系

物种多样性对生态系统功能的作用是生物多样性研究的核心领域之一,生物量水平是生态系统功能的重要表现形式,而植物群落的生物量则是生态系统生物量的基础,因此研究植物群落物种多样性与生物量的关系,对于阐明植物多样性对生态系统功能的作用具有重要意义。通过对青海省高寒灌丛生物量、灌丛物种多样性特征以及与生物量的关系调查,得到以下结果:(1)被调查灌木植被群落的40个样地中共出现了207种植物(其中灌木植物18种,草本植物189种),隶属于130属,43科,灌木以蔷薇科、杜鹃花科为主,而草本以菊科、龙胆科、毛茛科和莎草科占优势。(2)群落多样性指数偏低,植物群落结构简单,物种组成稀少。小叶金露梅群落的多样性指数最大,金露梅群落、细枝绣线菊群落和鲜卑花群落次之,百里香杜鹃+头花杜鹃群落最低。(3)不同高寒灌丛类型生物量介于1893.03—7585.41 g/m^2之间,平均值为3775.9 g/m2,其中灌木生物量占灌丛总生物量的73.55%,草本为26.45%。(4)总生物量随草本物种多样性和群落物种多样性的增加而减小;草本生物量随其物种多样性的增加而减小,而灌木物种多样性与其生物量并无显著相关性。

祁连山东段高寒灌丛地被物与土壤的水文特征

地被物和土壤是植被生态系统的重要结构（李倩茹等,2009）,也是植被生态系统中具有重要水源涵养功能和防止土壤侵蚀的重要层次（Guevara et al.,2007;Sato et al.,2004）,在截留降雨、拦蓄地表径流、减少土壤水分蒸发、增加土壤水分入渗和防止水土流失等方面具有重要作用（马正锐等,2012;郭辉等,2010。土壤持水能力和渗透性作为土壤重要的物理性质,是评价土壤水分调节能力和涵养水源的重要指标，同时也是影响土壤侵蚀的重要因素（赵洋毅等，2010；Shin et al．，2013）。

放牧强度对高寒灌丛草甸土壤CO_2释放速率的影响

在中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站，研究放牧强度对土壤CO２释放速率的影响及其与环境条件的关系。结果表明，CO２释放速率具有明显的日变化规律，日最大值在12∶00～14∶00h出现，最低值出现于凌晨6∶00～8∶00h。轻牧和重牧区日释放速率分别为7.774±5.577 g·m－２·d －１和6.977±4.947 g·m－２·d－１。CO２释放速率具有明显的季节变化，最大值均出现在7月，而冬季则最低。CO２释放速率的日变化主要受气温和地表温度的制约，与气温和地表温度呈极显著的正相关(P＜0.01)。CO２释放速率的季节动态与气温和地温(0～30cm)呈极显著的正相关(P＜0.01)。放牧使CO2释放速率降低。

东祁连山高寒灌丛草地土壤微生物生理功能群的动态分布研究

通过对2005和2006年东祁连山杜鹃灌丛、高山柳灌丛和金露梅灌丛土壤微生物生理功能群的时空动态进行研究。结果表明,1）各微生物生理类群的季节变化趋势在2005与2006年存在差异;2）从土壤剖面层次来看,0～10 cm土层微生物生理功能群的数量大于10～20 cm土层;3）土壤微生物生理功能群的数量大小顺序为：硝化细菌〉反硝化细菌〉氨化细菌〉好气性自生固氮菌〉嫌气性自生固氮菌〉芽孢杆菌〉好气性纤维素分解菌〉嫌气性纤维素分解菌;4）不同灌丛土壤中,土壤微生物生理类群总数量不同表现为：高山柳灌丛〉杜鹃灌丛〉金露梅灌丛。

高寒灌丛草甸生态系统CO_2释放的初步研究

以金露梅(Potentillafruticosa)灌丛草甸生态系统为对象,应用静态密闭箱-气相色谱法对高寒灌丛(GG)、丛内草甸(GC)和裸地(GL)的CO2释放进行了初步研究。结果表明:GG、GC和GLCO2的释放速率均呈明显的单峰型日变化进程,最大释放速率出现在15∶00～17∶00之间,最小值在7∶00前后出现,白天释放速率大于夜晚;CO2释放速率具有明显的季节性变化特征,生长期CO2释放速率明显高于枯黄期,且均表现为正排放,8月为CO2释放高峰期,释放速率GG>GC>GL(P<0.01);2003年6月30日至2004年2月28日,高寒灌丛植被-土壤系统CO2释放量为3088.458±287.02g/m2,丛内草甸植被-土壤系统CO2释放量为2239.685±183.68g/m2,其中基础土壤呼吸CO2的释放量约为1346.748±176.24g/m2,分别占GG和GC释放量的43.61%和60.13%;CO2释放速率的日变化主要受地表和5cm地温制约,而季节动态与5cm地温呈显著正相关关系(P<0.01)。

东祁连山不同高寒灌丛草地土壤抗蚀性研究

为探讨祁连山东段不同高寒灌丛草地的土壤抗蚀性特征,采用野外调查和室内试验的方式,对东祁连山金露梅、柳、杜鹃3类高寒灌丛草地的土壤抗蚀性特征及其影响因素进行了研究。结果表明:不同灌丛草地土壤水稳性团聚体主要以>0.5mm的大粒径水稳性团聚体为主,土壤团聚结构破坏率表现为:柳灌丛草地>杜鹃灌丛草地>金露梅灌丛草地;土壤水稳性指数依次为:杜鹃灌丛草地(97.1%)>柳灌丛草地(96.9%)>金露梅灌丛草地(95.8%);土壤抗蚀指数表现为:杜鹃灌丛草地最大(95.0%),金露梅灌丛草地最小(92.9%)。总体上,杜鹃灌丛草地的土壤抗蚀性最强,金露梅灌丛草地的土壤抗蚀性最差。通过灰色关联度法,对>0.5mm的机械团聚体含量、>0.25mm的机械团聚体含量、>0.25mm的水稳性团聚体含量、>0.5mm的水稳性团聚体含量、土壤结构破坏率、水稳性团聚体平均质量直径、有机质、土壤崩解率、土壤水稳性指数、土壤抗蚀指数10个土壤抗蚀性指标进行评价分析认为,影响高寒灌丛草地土壤抗蚀性最主要的因素是水稳性指数、>0.25mm水稳团聚体和水稳性团聚体平均质量直径。

东祁连山高寒灌丛植被类型与分布特征

对东祁连山金强河地区的高寒灌丛的植被类型、群落结构特征、种类组成、外貌特点、生态地理分布进行了调查研究。结果表明，本地区的高寒灌丛有头花杜鹃－百里香杜鹃灌丛、青海杜鹃灌丛、杯腺柳灌丛、金露梅灌丛、鲜黄小檗灌丛、短叶锦鸡儿灌丛、窄叶鲜卑木灌丛和藏沙棘灌丛８类。指出坡向、坡度和海拔是限制本地区高寒灌丛群落分市的主要因素。

祁连山东段不同高寒灌丛草地土壤性状特征变化

为探讨祁连山东段不同高寒灌丛草地土壤性状的变化,在该区内选取了金露梅(Porentilla fruticosa)、柳(Salix)和杜鹃(Rhododendron)3类高寒灌丛草地,研究了不同高寒灌丛草地土壤物理和化学性状特征变化。结果表明:高寒灌丛草地土壤理化性状差异显著。土壤含水量表现为杜鹃灌丛草地>柳灌丛草地>金露梅灌丛草地;容重表现为金露梅灌丛草地>柳灌丛草地>杜鹃灌丛草地;总孔隙度表现为柳灌丛草地>杜鹃灌丛草地>金露梅灌丛草地;杜鹃灌丛草地土壤有机质含量最高为127.638 g·kg^-1,金露梅灌丛草地最低为89.954 g·kg^-1;土壤全P、全K和速效N,P,K含量均表现为杜鹃灌丛草地>柳灌丛草地>金露梅灌丛草地,土壤全N含量金露梅灌丛草地最大为2.912 g·kg^-1,杜鹃灌丛草地最小为2.586 g·kg^-1。相关性分析表明,3类高寒灌丛草地的土壤性状的各个因子之间有显著的相关关系。

开垦利用对东祁连山高寒灌丛草地土壤养分含量的影响

对同一海拔高度的东祁连山金露梅、山生柳高寒灌丛草地以及灌丛草地开垦后种植燕麦的土地,进行了土壤养分含量的研究.结果表明:金露梅灌丛草地和山生柳灌丛草地的土壤养分含量除全钾外,其他元素都是随土层加深而下降,且各土层差异显著(P<0.05).燕麦地除了全钾、速效钾、速效锰外,都是随土层加深而下降,且各土层差异显著(P<0.05).山生柳灌丛草地与金露梅灌丛草地土壤养分差异不显著(P>0.05).但灌丛草地与开垦地土壤养分差异显著(P<0.05),并且开垦后种植燕麦的土壤养分含量明显受到人为的控制和干扰,其土壤有机质、全氮、速效氮、速效磷和速效锌含量均比灌丛草地高,而全磷、速效钾、速效铁、速效铜和速效锰含量比灌丛草地低,速效钾含量并不随土层加深而变化,速效铁和速效锰含量则随土层加深而上升.

青藏高原高寒灌丛暖季CO_2地-气交换特征

利用涡度相关技术对青藏高原高寒灌丛CO2通量进行连续观测，并以2003年7、8月份为例，对高寒灌丛暖季CO2通量变化模式及其主要气候影响因子进行了分析．结果表明，7、8月青藏高原高寒灌丛日平均净生态系统CO2交换（NEE）分别为7．17,-7．26g/（m^2·d）；最高日NEE分别为-11．00，-12．09g/（m^2·d）．暖季高寒灌丛生态系统NEE日变化波动极为明显，8：00-19：00为CO2净吸收阶段，峰值一般出现在12：00左右，最大值为1．72g/（m^2·h））（7月份）、-1．63g/（m^2·h）（8月份）．19：00-次日8：00为CO2净释放，最大值为O．69g/（m^2·h）（7月份）、0．86g/（m^2·h）（8月份）．在主要气候因子中，光合有效辐射（PAR）与NEE变化呈显著正相关，但PAR达到1000μmol／（m^2·s）以后，随着PAR进一步升高，NEE有下降趋势．就温度而言，白昼（7：00-20：00）NEE变化与温度无显著关联，而夜间（21：00～次日6：00）温度与NEE变化呈显著正相关．

海北高寒灌丛草甸生态系统CO_2释放速率的季节变化规律

在中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站干柴滩地区以金露梅Potentilla fruticosa 灌丛草甸生态系统为研究对象,应用静态密闭箱-气相色谱法对高寒灌丛(GG)、丛内草甸(GC)和次生裸地(GL)的CO2释放速率进行了长期观测,并对年释放量作了初步估测。结果表明,GG,GC和GL CO2 的释放速率在一年内有明显的季节变化。植物生长季CO2 释放量明显高于枯黄期,释放速率GG>GC>GL(P<0 01),且均表现为正排放。不同季节CO2 释放存在明显差异,表现为夏季>秋季>春季>冬季。2003 年6 月30 日至2004年6月28日,高寒灌丛植被-土壤系统CO2 释放量为4 293 63±955 75 g/m2,丛内草甸植被-土壤系统CO2 释放量为3 319 68±806 19 g/m2,裸地CO2 的释放量为1 724 14±444 14 g/m2。CO2 释放速率的季节变化与土壤5 cm温度呈显著正相关关系(P<0 01)。

温度对青藏高原高寒灌丛CO_2通量日变化的影响

应用涡度相关技术连续监测的CO2通量及温度数据（2003年1月1日至2004年12月31日）,分析了青藏高原高寒灌丛净生态系统CO2交换（NEE）日变化与温度之间的关系.结果表明：1）在暖季夜间（21：00至次日06：00时）温度与NEE变化呈显著正相关关联,而白昼（07：00~20：00时）NEE变化与温度无显著关联;2）在冷季不论夜间还是白昼,NEE变化均与温度密切相关,温度是决定冷季高寒灌丛生态系统CO2交换的主要因素.在全球气候变暖背景下,青藏高原气候变化呈现出冬季增温率明显高于春、夏季特征,未来气候变暖导致的增温效应可能会加速青藏高原高寒灌丛生态系统CO2排放,使其作为碳汇的能力而减弱.

青藏高原高寒灌丛生态系统CO_2通量年变化特征研究

高寒灌丛生态系统是广布于青藏高原的高寒草甸植被类型,它是青藏高原大气与地面之间生物地球化学循环的重要构成部分,在区域生态系统碳平衡中起着极为重要的作用。采用涡度相关法对青藏高原高寒灌丛CO2通量进行连续观测(2003年1月1日至2005年12月31日),结果表明:2003,2004和2005年高寒灌丛年净生态系统CO2交换量分别为223,277和61g CO2.m-2.a-1,3年平均CO2值为187g CO2.m-2.a-1;与其他地区草地生态系统类型相比,在为期3年的研究时段海北地区高寒灌丛生态系统表现为大气CO2的汇。