Study on Soil Respiration Characteristics and Carbon Balance of <i>Kobresia pygmaea</i>Meadow in Qinghai-Tibet Plateau, China

Although soil respiration is the largest contributor to C flux from terrestrial ecosystems to the atmosphere, our understanding of its characteristics and carbon budget in alpine meadow is rather limited because of extremely geographic situation. This study was designed to examine soil CO2 efflux characteristics of diurnal and seasonal variation, thus obtaining estimates of carbon balance of Kobresia pygmaea meadow in Qinghai-Tibet plateau. The results showed that the soil respiration of diurnal and seasonal rate changed little in growing season and was mainly affected by temperature, and single peak curve that showed afternoon appeared. Composite model which was set by soil respiration rate, soil moisture content and temperature (atmospheric temperature and soil temperature) could explain better the variations of soil respiration rate. The variation range of Q10 ranged from 1.28 to 2.34, which was sensitive to temperature in green-up period and late growth stage, and decreased in growth peak period. Meanwhile, during the growing seasons the observed amount of annual carbon fixation via primary production for Kobresia pygmaea meadow ecosystem was about 120.21 g C·m-2·a-1. The carbon dioxide output via soil heterotrophic respiration was about 37.54 g C·m-2·a-1. So carbon budget had more input than output. The Kobresia pygmaea meadow ecosystem has stronger potential to absorb carbon dioxide, it was a sink of atmospheric CO2, and the plant community had a net carbon gain of 82.67 g C·m-2·a-1.

江河源区高山嵩草(Kobresia pygmaea)草甸植物和土壤碳、氮储量对覆被变化的响应

以青海省果洛州藏族自治州甘德县青珍乡高山嵩草Kobresia pygmaea草甸轻度退化草地和重度退化草地为研究对象,通过植物地上部分主要功能群（禾草类、杂类草、莎草类）、植物根系和土壤碳、氮浓度及储量动态研究,结果表明：高寒小嵩草草甸轻度退化草地地上部分主要功能群碳、氮浓度和C∶N比值明显高于重度退化草地的浓度。同一草地类型主要功能群比较,碳、氮浓度依次为杂类草〉禾草类〉莎草类;植物地上部分的碳、氮浓度明显高于地下根系的碳、氮浓度。重度退化草地植物根系碳、氮浓度高于轻度退化草地植物根系碳、氮浓度。重度退化草地土壤总有机碳浓度显著低于轻度退化草地土壤总有机碳浓度,随着土层的加深碳、氮浓度有减少的趋势。江河源区高山嵩草草甸的土壤有机碳、氮储量最大,植物根系碳、氮储量居中,植物地上部分碳、氮储量最小。重度退化草地总有机碳储量（13554.3g/m^2）较轻度退化草地储量（14669.2g/m^2）下降7.60%。其中,0-40cm土壤层碳储量下降4.10%,植物根系碳储量下降59.97%,植物地上部分碳储量下降15.39%;重度退化草地总氮储量（3780.6g/m^2）较轻度退化草地储量（3352.7g/m^2）高12.76%,其中,0-40cm土壤中总氮储量高13.07%,植物根系全氮储量下降55.09%,植物地上部分全氮下降16.00%。由于草地退化损失有机碳11149kg/hm^2,而全氮增加4278kg/hm^2。

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。

高原鼠兔对小嵩草草甸的破坏及其防治

1997～ 2 0 0 0年在青海省果洛州达日县 ,通过测定不同程度退化草地、人工草地和除杂草地中高原鼠兔种群数量的变化以及对草地的破坏程度 ,分析了草地植物群落变化对高原鼠兔种群数量的影响。结果表明 :随草地退化程度的加重 ,高原鼠兔种群数量相应升高 ,重度退化草地中高原鼠兔种群数量降低 ,是由食物资源不足引起。不同程度退化草地之间高原鼠兔种群数量差异极显著 (t未退化与轻度 =2 5 36 97,t未退化与中度 =2 5 5 5 ,t未退化与重度 =36 4 0 6 0 ,t轻度与中度 =2 3 2 794 ,t轻度与重度 =14 3439,t中度与重度 =2 0 1785 ,df =3,p<0 0 0 1)。高原鼠兔对草地的破坏面积与平均单坑面积呈显著的相关关系 (F =2 2 0 4 6 ,df=3,P <0 0 0 1)。在草地达到重度退化以前 ,高原鼠兔的种群密度升高 ,对草地的危害则加重。草地植物群落空间结构的变化直接影响高原鼠兔的种群数量 ,当植物群落高度增加时 ,其种群数量开始减少 ,反之则增加。

高寒小嵩草草甸种子库和种子雨动态分析

对小嵩草草甸种子库的大小和物种组成及与种子雨、地上植被的关系进行了初步研究 .结果表明 ,返青期和枯黄期小嵩草草甸种子库单位体积 (1.0m× 1.0m× 0 .1m)分别有种子nf=10 5 5 0粒和nk=13 815粒 ,分别由 2 2种和 2 4种植物组成 ,分属 9个科 .其中 ,莎草科、豆科和龙胆科占优势 ,禾本科所占比例较小 .每平方米种子雨nr=8436 .4粒 ,由2 5种植物组成 ,分属 10个科 ,莎草科和禾本科所占比例较大 .种子库和种子雨在物种组成上有一定的相似性 (r =0 .76 0 0 ,P <0 .0 1) ,二者共有 19个种 ,分别占种子库和种子雨物种总数的 82 .6 1%和 90 .48% .地上植被与种子库的相似性较小 ,地上植被中有 43.2 4%和 5 1.35 %的植物分别在返青期和枯黄期种子库中出现 ,6 0 %的植物出现于种子雨中 .在物种分布和优势度上 ,地上植被与种子雨间一致性较高 ,但它们与种子库间有一定的分歧 .从地上植被到返青期时的种子库 ,物种多样性降低了 1.6 1% ,从而说明种子库不仅是地上植被补充更新的源泉之一 ,而且是维持植物物种多样性的一种机制 .图 3参

三江源区围栏与放牧高山嵩草草甸植物群落特征分析

以三江源区围栏封育5a、10a和自由放牧的高山嵩草草甸为研究对象,对样地内的地上生物量和群落特征的研究结果表明:围栏封育区物种丰富度、物种多样性及生态优势度指数低于自由放牧区,群落结构较自由放牧简单,而均匀度指数高于自由放牧,说明长期围栏封育使群落向均一化方向发展,群落稳定性高于自由放牧草场;可采食的优良牧草生物量及其比例增加,总体趋势是随围栏封育年限增加禾草类生物量围栏内>围栏外,杂类草生物量围栏内<围栏外。

超载放牧与那曲地区高山嵩草草甸植被退化及其退化指标的探讨

对那曲地区中部高山嵩草草甸不同超载程度草地植被的调查分析结果表明,那曲地区中部高山嵩草草地超载严重,从定居点至放牧最远点,放牧压力逐渐降低,定居点附近超载高达3.73倍,超载最轻的草地也达到1.75倍;超载草地的多样性指数、植被盖度、地上现存生物量都显著低于围栏禁牧区;随超载程度的加大,莎草科植物、耐旱的杂类草、牲畜不喜食和不食的植物种有增加的趋势;综合分析超载下植被的不同特征变化并与现有的高寒草甸、草原类退化草地分类指标体系比较,初步认为,那曲地区的高山嵩草草甸都呈现退化加剧的趋势,已达到重度-中度退化程度,极重度超载区达到重度退化程度,重度和中度超载区达到中度退化程度,其比例分别达到9%和91%,远大于1996年的调查数据。

施氮量与施氮时间对小嵩草草甸草地的影响

通过不同施肥时间和不同施肥量的试验研究,结果表明,施肥是恢复高寒草甸小嵩草退化草地植被,提高其草地生产力的有效途径之一。在青藏高原小嵩草草甸尿素的最佳施用时间应在6月下旬至7月上旬,较为经济合理的施肥量应在300kg/hm2左右。

放牧对小嵩草草甸土壤酶活性及土壤环境因素的影响

观测了放牧对高寒小嵩草草甸土壤酶活性及土壤环境因素的影响,结果表明:①随着放牧压力的增大,植被盖度、地上生物量、土壤有机质、全氮、硝态氮、全磷、有效磷、土壤水分明显下降,而地下生物量、土壤容重、pH及根土比呈现增大趋势,不同放牧处理间植物群落特征及土壤理化特性显示出明显的差异(P<0.05);②纤维素分解酶、多酚氧化酶、脲酶、蛋白酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性均随放牧压力增大而下降,只有过氧化氢酶以轻牧最高,各处理间上述土壤酶活性差异程度不同;③随着土壤深度的增加,土壤水分含量、地下生物量、根土比、土壤有机质及氮、磷养分等明显下降,而土壤容重和pH逐渐增大,且不同层次之间存在显著的差异(P<0.05);④除过氧化氢酶和多酚氧化酶外,其它土壤酶活性随土壤深度的加深显著减小。

高原鼠兔干扰强度对高寒草甸土壤碳氮分布的影响

采用高原鼠兔(Ochotona curzoniae)有效洞口数差异划分其干扰梯度的方法,研究其不同干扰强度对高山嵩草(Kobresia pygmaea)草甸土壤有机碳和速效氮分布特征及耦合关系的影响。结果表明:随着高原鼠兔干扰强度的增加,植被覆盖区和裸斑生境窗区各土层有机碳含量均先升高后降低,在干扰强度Ⅱ(有效洞口数密度为192个hm^(-2))时显著升高达到最大值(p<0.05),相比干扰强度Ⅰ时增加了21.51%和46.03%;裸斑生境窗区速效氮含量先升高后降低,在干扰强度Ⅱ时最大且显著高于植被覆盖区(p<0.05),高于植被覆盖区155.63%。高原鼠兔干扰下植被覆盖区0~10 cm土层有机碳、速效氮和铵态氮含量均显著高于10~20 cm土层,而硝态氮含量显著低于10~20 cm土层(p<0.05),且表层土壤有机碳占整个土层的69.74%;裸斑生境窗区0~10 cm土层速效氮和铵态氮含量均显著低于10~20 cm土层,硝态氮含量显著高于10~20 cm土层(p<0.05),而不同土层间有机碳含量仅在干扰强度Ⅰ时差异显著。高原鼠兔干扰下,土壤有机碳与速效氮、硝态氮、铵态氮在植被覆盖区为极显著的负相关关系(p<0.01),而在裸斑生境窗区为极显著正相关关系(p<0.01)。这说明高原鼠兔改变了土壤碳氮的耦合关系,适宜的干扰强度能明显提高高山嵩草草甸土壤有机碳的含量和形成氮素含量较高的裸斑生境窗区。

藏北高山嵩草草甸群落特征及生产力对模拟增温幅度的响应

青藏高原气候严酷,陆地表层生态系统脆弱,其高寒植物群落特征及生态系统生产力对气候变化的响应极其敏感。利用开顶箱(OTCs,Open Top Chambers)式装置在藏北高山嵩草(Kobresia pygmaea)草甸设置不同增温梯度实验(W1、W2、W3、W4),探究增温对高寒草甸植物群落特征及地上生产力的影响。研究结果表明:1)与对照样地相比,增温减少了植物群落总盖度(2015年,W1、W2、W3、W4分别显著减少了28%、23%、59%、60%; 2016年,W4显著减少了83%)和高山嵩草盖度(2015年,W1、W2、W3、W4分别显著减少了26%、33%、681%、64%; 2016年,W4显著减少了85%),而低幅度增温(W1、W2)对委陵菜属植物盖度无显著影响,高幅度增温(W3、W4)显著减少了委陵菜属植物盖度(2015年,W3、W4分别显著减少了58%和60%;2016年,W4显著减少了71%); 2)对整个植物群落而言,增温幅度较低时,增温对群落的生长和生物量的积累有促进作用,当温度升高超过一定程度,这种促进作用会逐渐减弱甚至变成抑制作用(2015年,W4显著减少了地上生物量69%; 2016年,W4显著减少了地上生物量82%); 3)高山嵩草盖度和其他物种总盖度存在显著的年际差异,而委陵菜属植物盖度无明显的年际变化。研究结果预示着,一定程度的升温会促进高寒草甸植物群落的生长,但温度升高超过一定幅度时,会导致草地生产力下降,草地退化加剧,同时当地群落中委陵菜属植物在全球变化背景下相对稳定,这类物种在未来气候变暖的背景下可能具有更强的竞争力。

不同退化程度"黑土滩"高山嵩草克隆生长特性

对不同退化程度"黑土滩"高山嵩草无性系分株构件和克隆生长进行了研究,结果表明,在一定退化程度下随着无性系面积的增大,高山嵩草营养分株、生殖分株数量及生物量均趋于增大,极度退化的草地中无性系变化无此规律。在轻度、中度和重度退化程度下,随着退化程度的增加,高山嵩草无性系营养分株能力加强,生殖分株能力减弱;极度退化的草地已呈现典型的"黑土滩"景观,高山嵩草的克隆生长维持在最低水平。高山嵩草分蘖节直径伴随着退化程度的加大有增加的趋势,分蘖节距离地面的高度变化不明显。

围栏和退化条件下西藏高山嵩草草甸土壤种子库的比较

【目的】研究围栏和退化对西藏邦杰塘高山嵩草草甸土壤种子库的影响,并探讨土壤种子库在地上植被群落构建中的作用,为高寒地区退化草甸生态系统的恢复与重建提供理论参考。【方法】采用幼苗萌发法,研究在围栏、退化条件下,西藏邦杰塘高寒草甸地上植被群落的物种组成、土壤种子库中物种种类、种子数量等特征及地上植被与土壤种子库物种组成之间的关系。【结果】围栏样地的地上植被群落中共出现18个物种,多年生禾本科、莎草科植物占主要地位;退化样地地上植被群落中共出现15个物种,以杂草类植物占据优势,其大多属于菊科、蔷薇科、毛茛科和龙胆科等。退化样地土壤种子库密度达5 489.4粒/m2,显著(P<0.05)高于围栏样地的4 029.3粒/m2,退化样地土壤种子库密度主要依赖于菊科、龙胆科、蔷薇科等杂草类种子的输入,3个科的植物种子数占种子总数的64.6%;与退化样地比较,围栏样地土壤种子库的物种多样性指数和丰富度指数均显著提高(P<0.05)。围栏样地土壤种子库与地上植被物种组成之间相似性较低,Sorensen相似性指数仅为0.44;退化样地中嵩草属植物严重退化,地上植被群落中依靠种子繁殖的杂草类所占比例较高,地上植被与土壤种子库表现出较高的相似性,相似性指数为0.72。【结论】种子库在地上植物群落构建中起到重要作用,但其对地上植被的贡献大小在围栏和退化条件下表现不同。围栏样地以高山嵩草、大花嵩草、紫花针茅为优势种,围封措施减少了环境的扰动,但其土壤种子库密度较低,说明在群落更新过程中,多年生禾本科、莎草科植物的种子萌生苗只起到辅助作用。

高寒草甸小嵩草种群繁殖生态学研究

研究从繁殖生态学的角度对高寒草甸小嵩草 (Kobresia pygmaea)种群进行了初步研究。结果表明 :小嵩草属寒冷中生密丛短根茎地下芽植物 ,在高寒生境中采用以营养繁殖为主、有性繁殖为辅的繁殖策略 ,具体体现在以下几个方面 :虽然小嵩草种子产量达45 5 3 .8粒 /m2 ,但种子萌发率较低 ,室内和野外萌发率分别仅有 4%和 1 % ,经氢氧化钠溶液和赤霉素溶液处理后的种子萌发率分别为 1 %和 2 % ,而剥去种皮后种子萌发率达 5 2 .6 % ,种皮坚硬是造成种子萌发率低的主要原因 ;进入种子库、保留至返青期且具有活性的种子仅占种子总数的 2 4 .3 5 % ,其室内萌发率仅有 3 % ,而在野外理论实生苗仅为 1 1 .0 9个 /m2 ,与此相反小嵩草营养繁殖所形成的新个体数为 6 2 5 6 .2 5个 /m2 ,远远多于种子萌发所形成的实生苗数。此外 ,小嵩草营养繁殖效力也远高于有性繁殖效力 ,营养繁殖效力占总繁殖效力的 90 .92 %。

青藏高原祁连山东段高寒小嵩草草甸植物种群物候学研究(简报)

通过对青藏高原祁连山东段高寒小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小嵩草草甸26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。研究结果对物候资料积累、分析以及放牧管理具有指导意义。

西藏安多草地退化对植物生物量和土壤养分的影响

以西藏安多县原生小嵩草（Kobresia pygmaea）草甸草原与退化小嵩草草甸草原2种类型草地为研究对象,对其草地的地上和地下生物量、土壤的有机碳、全氮、全磷、有效氮和有效磷含量进行研究,了解退化对草地植物生物量和基本养分含量的影响。结果表明,退化小嵩草草甸草原的地上、地下以及总生物量均显著下降,地上0~10、10~20cm土层生物量和总生物量分别相当于小嵩草草甸草的80.9%、22.1%,15.8%和20.0%;2种类型草地土壤的全量和有效碳氮磷含量均较低,退化对土壤全量和有效养分的影响并不一致,退化导致0~10和10~20cm土层的有机碳、全氮和全磷含量均显著升高,而导致0~10和10~20cm土层的有效氮和有效磷含量均显著降低,2种类型草地随着土层的加深,土壤有机碳、全氮、全磷、有效氮和有效磷含量没有明显差异。

牦牛干扰下草原毛虫对小嵩草高寒草甸植物群落特征的影响

采用野外受控放牧试验(放牧和不放牧)和人工控制草原毛虫(Gynaephora qinghaiensis)方法(草原毛虫移除和未移除),研究了牦牛干扰下草原毛虫对高寒草甸小嵩草(Kobresia pygmaea)草地植被群落(植被盖度、群落高度、地上生物量及植物多样性等)的影响。结果表明,在试验期内,草原毛虫种群数量随着时间的推移呈现出先增加后降低的趋势。在牦牛(Bos mutus)放牧区内草原毛虫种群数量及增长趋势均高于无牧区。草原毛虫单独存在时群落的盖度、高度及地上总生物量与对照(牦牛与草原毛虫都不存在,CK)差异不显著(P>0.05),而牦牛与草原毛虫共存时群落盖度、高度及地上总生物量都显著低于CK(P<0.05)。牦牛干扰了草原毛虫对群落中主要植物种的作用,植物重要值发生了显著变化。草原毛虫单独存在时植物多样性指数与CK间无显著差异,单独放牧牦牛和牦牛与草原毛虫共存时的植物多样性指数均显著低于CK(P<0.05)。本研究表明,牦牛显著加剧了草原毛虫对小嵩草高寒草甸植被的影响。

封育三年对三种高寒草地群落土壤种子库的影响

选择青藏高原黄河源区封育三年的灌丛草地、小嵩草退化草地和黑土滩等3个高寒草地群落为研究对象,利用镜检法,对其土壤种子库的规模、物种组成、空间分布及与地上植被的相关性进行研究。结果表明,1)小嵩草退化草地、黑土滩、灌丛草地围栏内外土壤种子库密度分别为(9 938±1 780)粒/m2和(15 330±1 827)粒/m2、(4 074±459)粒/m2和(3 640±486)粒/m2、(9 879±1 453)粒/m2和(12 899±1 695)粒/m2,且只有小嵩草退化草地围栏内外表现出差异显著。2)3种高寒草地群落围栏内外土壤种子库物种数目差异不显著,但禾本科与莎草科种子在土壤种子库中所占的比例表现为围栏内>围栏外,草地围栏能提高原生植被土壤种子库比例。3)各样地的土壤种子库的Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数和Pielou均匀度指数有着相同的变化规律:黑土滩>灌丛草地>小嵩草退化草地;Margalef丰富度规律为:小嵩草退化草地>黑土滩>灌丛草地。3种高寒草地群落土壤种子库与地上植被的Sorensen相似性指数大小范围为0.32～0.64,变化为:黑土滩>小嵩草退化草地>灌丛草地,围栏内>围栏外。4)土壤种子库主要集中在0～5cm土层中,平均占土壤种子库的比例为88.56%。黑土滩群落围栏内外5～10cm层土壤种子库种子数所占的比例要显著大于灌丛草地与小嵩草退化草地。围栏封育能够提高退化高寒草地土壤种子库数量,对退化草地的恢复有重要作用。

青藏高原重要牧草高山嵩草的研究现状

高山嵩草因为自身重要的生态价值和经济价值,对青藏高原地区生态环境的稳定和畜牧业的发展具有重要意义。随着气候环境的变化,以及过度放牧等人类活动的加剧,高山嵩草及其生态系统的生存和发展受到严重破坏,带来了一系列既有的或潜在的影响。这越来越引起了社会的关注,人们努力从各方面研究高山嵩草及其生态系统,以期实现高山嵩草草甸的可持续利用。本文从高山嵩草的种质资源评价、高山嵩草草甸群落特征和动态、环境干扰对高山嵩草及其生态系统的影响和高山嵩草对环境的适应,以及高山嵩草草甸的保护和修复等方面总结和分析了国内对高山嵩草的研究,旨在加深对高山嵩草为代表的高山植物的认知和了解,为今后高山嵩草的研究指明方向,为高寒草甸的保护、利用和恢复提供科学依据。

放牧条件下高山嵩草生长特性及其群落的变化动态

对不同放牧强度下高山嵩草草甸植物群落变化的研究,结果表明,随着放牧强度的增加,高山嵩草总分蘖数、秆分蘖数减少,但均高于对照区,而侵入种的种数趋于增加,在放牧区内9月份达到最高值,不放牧区8月份达到最高值。复合分蘖数8月份达到最高值,芽分蘖数及其叶片数7月份达到最高值。单分蘖数和秆分蘖数均在5月份达到最高值,秆分蘖叶片数5月份达到最高值。