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。

围栏封育对轻牧与重牧金露梅灌丛的影响

连续5年的封育对轻牧与重牧区金露梅灌丛产生了影响。结果表明:封育后轻牧与重牧区的丰富度指数、多样性指数和均匀度指数都有所下降;总盖度、枯草盖度和上下层株高增加,绿草盖度减少,群落内主要植物种群特征发生相应变化,轻牧区金露梅灌丛的莎草类、杂草类和金露梅的地上生物量减少,而枯草、禾草的生物量增加,其中枯草生物量增加显著(P<0.05),优良牧草比例由0.72下降为0.62;在重牧区金露梅灌丛的枯草、禾草及莎草生物量增加显著(P<0.05),金露梅的生物量增加不显著(P>0.05),而杂草生物量减少显著(P<0.05),优良牧草比例由0.48上升为0.59;围栏封育后轻牧区金露梅灌丛的草场质量指数明显下降,重牧区草场质量指数明显上升。

祁连山金露梅灌丛草甸群落结构及主要种群的点格局分析

金露梅灌丛草甸是青藏高原高寒草地生态系统的重要组分之一,采用Ripley的K(t)函数分析方法,对放牧和封育条件下主要种群的分布格局和种间关系及金露梅灌丛群落动态变化进行了研究。结果表明:(1)经过6年的围栏封育,金露梅灌丛草甸主要种群的空间分布格局表现出从均匀或随机分布向随机或聚集分布转变的趋势,聚集强度随围封尺度增大而增加,随放牧的干扰而降低,聚集分布有利于种群发挥功能群整体效应。(2)围栏内不同功能群之间主要呈显著正关联;围栏外的禾草与杂类草、莎草与杂类草之间均呈显著负关联,出现种间资源竞争,且随着尺度的增大负关联逐渐增强,不同物种的生态位差异明显。(3)围栏内外种群点格局分布都具有明显的尺度依赖性,植物间相互作用和外界放牧干扰是影响物种不同尺度下空间格局变化的主要原因,点格局的变化驱动了群落结构的变化。可见,长期夏季放牧抑制了高寒金露梅灌丛草甸禾草和莎草植物的分株和生长,促进了杂类草的生长,金露梅灌丛草甸呈现出退化的趋势,围栏封育有利于草地生态系统的恢复演替。

金露梅灌丛净第一性生产力

甘肃天祝金强河地区金露梅灌丛的植物种类组成随海拔和地形的不同有所差异 ,构成金露梅群落的植物生活型以地面芽 ( 4 6.35% )和地下芽 ( 2 7.94 % )植物为主 ,矮高位芽 ( 14.0 2 % )和一年生植物 ( 11.6% )次之。群落的地上植物量在生长季呈单峰曲线变化 ,放牧较重的灌丛群落植物量峰值较未放牧或较轻放牧的提前 1个月出现 ,正常情况下群落、灌木、草本的地上植物量峰值一般出现于 8月 ;群落地上净第一性生产力和对总辐射的转化率分别为 2 52 .0 4 g/ (m2 ·a)和0 .0 77%。

金露梅灌丛地下生物量形成规律的研究

对金露梅灌丛地下生物量形成规律的研究结果表明 :金露梅灌丛地下生物量具有“V”字形季节变化规律和明显的垂直分布特征 ;金露梅灌丛死根和活根的生物量变化有显著的季节变化规律 ;金露梅灌丛草场地下生物量的周转值为 35 .72 % ,地下净生产量为 12 0 6 .4 g/ m2 ;金露梅灌丛地下生物量与地上生物量、总生物量的比值接近于生长季始末时最大 ;

青藏高原高寒灌丛植被对长期放牧强度试验的响应特征(英文)

在青藏高原中国科学院海北高寒草甸生态系统定位研究站对金露梅高寒灌丛草场植被开展了长期不同放牧强度试验,分别在短期(4年)、中期(11年)和长期(18年)放牧阶段研究不同放牧干扰强度对草地植物物种多样性、群落结构、地上生物量和草场质量的影响。研究表明,在不同放牧阶段,随着放牧强度增加植物群落的高度和盖度都降低。在中期放牧干扰阶段,物种多样性指数和均匀度指数随着放牧强度增加呈现典型的单峰曲线模式;在长期放牧干扰阶段,随着放牧强度增加,占优势地位的灌木和禾草被典型杂类草替代,其中的重度放牧干扰简化了高寒灌丛植被群落结构,减少了地上现存生物量,特别是可食优良牧草生物量。植被对放牧的响应除了与放牧强度和放牧时间阶段密切相关外,还与该地区水热条件的变化有一定的相关性。针对长期放牧干扰的反应特性可将金露梅灌丛草场中植物划分为增加型、敏感型、忍耐型和无反应型4种类型。除了丰富度指数、多样性指数和均匀度指数外,其它一些特征参数并不支持著名的中度干扰假说。本研究发现,长期重度放牧促进了青藏高原高寒草地退化,适度放牧有利于高寒灌丛草场的生物多样性保护和牧草利用;"取半留半"的放牧原则在青藏高原草场放牧管理实践中值得推荐,它将有利于防止草场退化,提高牧草利用率和维持较高的生物多样性。

青海高寒区域金露梅灌丛草甸灌木和草本植物固碳量的比较

以青海海北高寒区域金露梅（PotentillafruticosaLinn.）灌丛草甸为研究对象,分析了6月至9月金露梅灌丛草甸灌木和草本植物不同部位的生物碳量,并据此对灌木及草本植物的年净初级生产碳量进行了比较。结果显示：金露梅灌丛草甸灌木植物地上部和地下部不同层次的生物量和碳含量均有明显差异,根据生物量所占比例确定其地上部和地下部的平均碳含量分别为0.50和0.48。依据不同月份灌丛冠面最大长度、最小宽度和最大高度,采用方程“Wij=e〔aln（A·B·H）＋b〕”计算灌木地上当年新生生物碳量、地上多年累积生物碳量和地下多年累积生物碳量,相关性均极显著（P〈0.01）,表明利用该方程评估金露梅灌丛草甸灌木不同部位的生物碳量是可行的。不同月份金露梅灌丛草甸灌木地上当年新生生物碳量、地上多年累积生物碳量和地下多年累积生物碳量分别为9.36-21.15、78.07-90.12和74.37-101.22g·m-2,差异不明显；其地上部和地下部净初级生产碳量分别为33.20和26.85g·m-2,总计为60.05g·m-2。金露梅灌丛草甸草本植物地上部和地下部净初级生产碳量分别为111.41和445.41g·m-2,总计为556.82g·m-2。如果根据草本和灌木占地面积78%和22%进行加权计算,则金露梅灌丛草甸当年的总净初级生产碳量为447.53g·m-2,其中灌木的净初级生产碳量仅占2.95%,且金露梅灌丛草甸地下部与地上部净初级生产碳量的比值为3.75。研究结果显示：青海高寒区域金露梅灌丛草甸以草本固碳为主,且地下部净初级生产碳量明显高于其地上部。

草甸生态系统水源涵养服务功能的时空异质性

基于土壤水分动态监测数据,研究分析了青海海北高寒草甸生态系统定位研究站矮嵩草草甸、金露梅灌丛的有效水源涵养服务、潜在水源涵养服务和剩余水源涵养服务的时空异质性.矮嵩草草甸0～40 cm土层的平均有效水源涵养量、潜在水源涵养量和剩余水源涵养量分别为108.8mm、204.8mm和566.3mm,而金露梅灌丛则分别为227.7 mm、328.0mm和641.4mm.不同层次的土壤有效水源涵养量、潜在水源涵养量、剩余水源涵养量存在显著的差异性,且具有显著的季节变化特征.线性回归分析结果表明,矮嵩草草甸0～40cm水源涵养量与10～20cm水源涵养量的相关性最为显著,而金露梅灌丛则与30～40 cm土层的水源涵养量相关性最强.

青藏高原金露梅灌丛与矮嵩草草甸枯枝落叶的分解作用

研究青藏高原金露梅灌丛和矮嵩草草甸两种植被类型枯枝落叶分解作用强度及其随着埋放时间延长的变化规律。结果表明 ,两种植被的枯枝落叶在埋放的前 3个月均显示出明显的分解效果。其总分解率分别达到2 0 .31%和 30 .4% ,随后分解率逐渐降低 ,埋放后 5个月的总分解率仅为前 3个月的 37.6 0 %和 39.33%。矮嵩草草甸枯枝落叶的分解率显著高于金露梅灌丛。土壤温度、微生物数量和枯枝落叶本身的化学成分是影响分解率的主要因素。与其相比 。

高寒金露梅灌丛草甸植被反射率特征

根据祁连山海北高寒金露梅灌丛草甸2004年观测的太阳总辐射和反射辐射资料,分析了高寒金露梅灌丛草甸植被反射率(A)的变化特征。结果表明,金露梅灌丛草甸A在日间或一年间均表现出"U"型变化规律,晴天、昙天和阴云天气状况下的早晚略有差异,中午前后的A值三者无明显差异。季节不同下垫面性质不同的影响,A的分布不同。海北高寒金露梅灌丛草甸A的月平均在植物生长季内5～9月为0.15,植物非生长季的10月～翌年4月为0.20,年平均A为0.18。

青藏高原两种植被类型净初级生产力与气候因素的关系及周转值分析

基于2008-2016年青海海北站9年净初级生产力及气候因子监测数据,分析了青藏高原高寒小嵩草草甸和高寒金露梅灌丛两种植被净初级生产力年际动态,并探讨了气候因子对其影响及其不同土层深度根系周转值特征。结果表明:(1)年际尺度上,小嵩草草甸地上净初级生产力表现为显著增加趋势,增幅为7.02 g m^-2 a^-1,而金露梅灌丛地上净初级生产力相对较为稳定;对于其地下净初级生产力和总生产力,小嵩草草甸和金露梅灌丛均表现为增加趋势(P>0.05),9年间小嵩草草甸地上、地下和总净初级生产力平均值分别为(217.55±9.95)、(1882.75±161.33) g m^-2 a^-1和(2100.30±163.38) g m^-2 a^-1,金露梅灌丛地上、地下和总净初级生产力9年间平均值分别为(256.27±11.4)、(1614.31±173.03) g m^-2 a^-1和(1870.58±177.93) g m^-2 a^-1。(2)不同植被类型地上净初级生产力对气候因素响应不同,金露梅灌丛地上净初级生产力主要受温度影响,而温度对小嵩草草甸地上净初级生产力无显著影响。此外,降水不是限制高寒生态系统草地地上净初级生产力主要因子,相比于降水影响,高寒生态系统地上净初级生产力更受温度调控。(3)年均温和年降水对金露梅灌丛和小嵩草草甸地下净初级生产力均无显著影响(P>0.05),表明高寒生态系统,其地下生产力受外界气候条件变化影响微弱,是一个稳定的碳库。(4)两种植被类型其根系周转值均随着土壤深度的增加呈逐渐增加趋势,且高寒灌丛根系周转值明显高于高寒草甸根系周转值。研究表明,在全球气候变暖背景下将会增加金露梅灌丛地上净初级生产力,而对小嵩草草甸地上净初级生产力无显著影响。

放牧影响下不同盖度金露梅灌丛草本植物叶功能性状与土壤因子的关系

植物功能性状与环境因子的研究对认识不同环境梯度下植物群落的形成及对环境的适应机制具有重要意义。该研究以高寒金露梅(Potentilla fruticosa)灌丛草甸为研究对象,分析放牧影响下金露梅灌丛不同盖度梯度(金露梅灌丛盖度为0%、30%、60%和90%的灌草斑块)灌草斑块中草本植物叶功能性状与土壤因子的变化趋势及其相互关系。结果表明:(1)土壤容重(BD)、土壤pH和土壤养分在金露梅灌丛盖度梯度下差异显著,干柴滩金露梅灌丛具有明显的“沃岛效应”;随着金露梅灌丛盖度的递增,土壤理化性质变化趋势各有分异。(2)随着金露梅灌丛盖度的增加,比叶面积(SLA)显著上升,叶片厚度(LT)和叶片磷含量(LPC)呈显著下降趋势(P<0.05)。(3)比叶面积与叶片厚度呈负相关关系,与叶片氮磷含量(LNC、LPC)呈极显著负相关关系(P<0.01),与叶片碳含量(LCC)呈极显著正相关关系(P<0.01)。(4)RDA冗余分析表明,土壤因子对叶功能性状变异的平均解释变量达72.25%,影响植物功能性状的主导因子有土壤有机质(SOM)、土壤全氮(TN)、土壤有效氮(AN)、土壤有效钾(AK)和土壤容重(BD),但不同盖度金露梅灌丛群落中影响叶性状的主导因子存在差异。金露梅灌丛盖度较小(<30%)时受SOM和TN、AN的影响较大,而金露梅灌丛盖度较大时(>60%)时主要受AK和BD的影响。

东祁连山北坡高寒灌丛草地围栏与放牧干扰下CO_2释放速率的比较研究

采用原位静态密闭暗箱＋便携式红外气体分析仪法对东祁连山高寒灌丛草地围栏与放牧干扰下金露梅（Potentilla fruticosa）灌丛CO2释放速率进行了监测.结果表明：围栏与放牧样地,土壤-植被系统CO2释放速率均呈单峰型曲线,高峰值均出现在下午13∶00-16∶00,最小释放速率在凌晨4∶00-6∶00;白天CO2释放速率大于夜间.围栏灌丛CO2释放速率日最大值为368.64μmol.m-2.min-1,最小值为36.28μmol.m-2.min-1;放牧灌丛CO2释放速率日最大值为296.21μmol.m-2.min-1,最小值为18.43μmol.m-2.min-1;在植物生产高峰季节（7、8月）CO2释放速率亦达到高峰状态,最大月（8月）围栏内灌丛平均释放速率为288.25μmol.m-2.min-1,放牧灌丛平均释放速率为219.81μmol.m-2.min-1;9至11月份,灌丛CO2释放速率逐渐回落.围栏内灌丛CO2释放速率高于放牧灌丛,围栏与放牧干扰在7至10月份差异极显著（P〈0.01）,11月差异不显著（P〉0.05）.围栏灌丛与放牧灌丛CO2释放速率的日变化与月动态与5cm土壤温度均呈正相关.

青藏高原金露梅灌丛草甸土壤质量的微生物学特征

通过对青藏高原金露梅(Potentilla fruticosa)灌丛草甸土壤理化性质、微生物及土壤酶活性的研究,探讨土壤环境因子与微生物、酶活性之间的相互关系,从诸多因子中遴选出表征金露梅灌丛草甸土壤质量的生物学指标。结果表明:土壤细菌数量、放线菌数量、真菌数量、微生物量碳、过氧化氢酶、脲酶、碱性磷酸酶、多酚氧化酶及蛋白酶与土壤理化性状间存在密切的相关性;PCA分析筛选出微生物数量、微生物量碳、过氧化氢酶、脲酶、碱性磷酸酶、多酚氧化酶及蛋白酶可以作为表征金露梅灌丛土壤质量的生物学指标。

长期放牧对青藏高原高寒灌丛植被的影响

通过在青藏高原对放牧第18年的植物种多样性、群落结构、地上现存生物量和草场质量的研究结果表明:随放牧率增加,植物种多样性指数的变化是一个典型的单峰曲线模式。长期重度放牧使高寒灌丛群落结构简化,地上现存生物量特别是优良牧草的现存量减少。植物群落的高度、总盖度和枯草盖度随着放牧强度的降低而增加,绿色植物的盖度在中度放牧样地最高。从轻牧到重牧,灌木和禾草的优势地位被典型杂类草替代。长期重度放牧在青藏高原草场退化过程中起重要作用,在青藏高原实施"取半留半"的放牧原则,对于防止草场退化,提高牧草利用率,维持较高的生物多样性都有益处。

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.