青藏高原北麓河流域不同退化程度高寒草甸生产力和群落结构特征

近年来,青藏高原高寒草甸部分地区退化严重,对生态环境及牧民畜牧业生产造成了不利的影响。在草地不同退化阶段中存在着关键阶段,超过了这个阶段,极难恢复。因此,确定草地退化的关键阶段是草地可持续恢复的基础。研究样地设在青藏高原北麓河流域多年冻土区,根据植被和土壤特征选取了未退化到极度退化的5个退化梯度,探讨不同退化程度对植被地上、地下生物量以及群落中各功能群相对盖度的影响,为揭示多年冻土区高寒草甸植被退化关键阶段提供依据。结果表明:1)随着退化程度加剧,禾本科和杂草类植物相对盖度显著增加(P 0.05),而莎草科植物相对盖度则显著降低(P 0.05);2)地上生物量在轻度退化阶段无显著变化(P 0.05),中度退化阶段开始显著降低(P 0.05);3)地下生物量和地下净初级生产力均在中度退化阶段后显著降低(P 0.05),地下净初级生产力在各土壤深度比例有向深处增加的趋势;4)不同退化程度莎草科植物相对盖度和地下净初级生产力在0–10 cm土壤深度所占比例极显著正相关(P 0.01),但与10–20 cm土壤深度地下净初级生产力所占比例无显著相关(P 0.05),与20–30 cm和30–50 cm土壤深度地下净初级生产力所占比例均显著负相关(P 0.05),而杂草相对盖度和地下净初级生产力在各土壤深度所占比例则表现出与莎草科植物相反的趋势。中度退化是草地退化的关键阶段。     

划破草皮对祁连山不同地形高寒矮嵩草草甸土壤呼吸特征的影响

以青藏高原东北缘祁连山高寒矮嵩草草甸为对象,用土壤呼吸测量仪分别进行了平地和缓坡地两种地形草甸经划破改良后的土壤呼吸排放速率测定。结果表明:经划破处理的高寒草甸土壤呼吸排放速率呈明显的季节动态,最大值出现在7月。土壤呼吸排放速率与地表温度、5 cm处土壤温度均呈指数正相关关系,与土壤含水量具有拟合度较高的二次多项式相关性,与地上、地下生物量存在正相关关系。土壤呼吸温度敏感性指数Q_(10)显示,划破干扰均增加了两种地形地表温度的Q_(10)值,而5 cm土壤温度仅增加了缓坡地的Q_(10)值。通过随机森林变量重要性评估可知,影响该区域平地土壤呼吸的主导因素为土壤含水量,影响缓坡地土壤呼吸的主导因素为5 cm处土壤温度。因此,在应用划破草皮改良技术时应充分考虑制约条件,因地制宜,才能真正达到改良草地的目的。     

三江源区高寒草甸退化对土壤呼吸的影响

为了探讨退化对高寒草甸土壤呼吸的影响及不同退化程度高寒草甸土壤呼吸基本特征,在具有典型高寒草甸退化特征的样地采用动态密闭气室分析法测定了不同退化程度高寒草甸土壤呼吸速率。结果表明:不同退化程度高寒草甸间土壤CO2释放速率差异极显著(P0.01),变化范围为4.42~7.67 g/(m2·d)。说明随着高寒草甸退化程度的加剧,土壤CO2释放速率呈下降趋势。不同退化程度高寒草甸土壤CO2释放速率呈明显的日变化特征,土壤CO2释放速率在14:00最高,在凌晨4:00最低,土壤CO2释放速率白天大于夜晚。不同退化程度下土壤CO2释放速率在一天中各时刻均表现为未退化轻度退化中度退化重度退化极度退化,土壤CO2释放速率日动态与5 cm土壤温度的日动态趋势一致;土壤温度和土壤湿度是影响高寒草甸土壤呼吸速率的重要因子,土壤呼吸双因素关系模型中b值变化范围为0.112~0.168,c值变化范围为1.166~3.119,拟合模型R2值变化为0.832~0.907,且呈极度退化重度退化中度退化轻度退化未退化的变化趋势,不同退化程度高寒草甸Q10值变化范围为2.775~3.424。     

不同休牧模式对高寒草甸草原土壤特征及地下生物量的影响

以土壤特征及地下生物量为主要指标研究了东祁连山高寒草甸草原对全生长季休牧、传统夏季休牧和禁牧的响应,以期为该区草地恢复、保护和管理提供支撑.结果表明:与传统夏季休牧相比,禁牧和全生长季休牧改良了高寒草甸草原0~20 cm土壤物理结构,降低了土壤的紧实度,但对深层土壤影响较小;禁牧和全生长季休牧不同程度地改善了高寒草甸草原土壤的持水能力;禁牧显著增加了0~30 cm土壤有机碳含量,全生长季休牧增加了高寒草甸草原表层土壤有机碳含量;禁牧极显著增加了0~10 cm土层根系生物量,而传统夏季休牧草地10~20 cm土层的根系生物量显著高于禁牧与全生长季休牧.说明短期禁牧和全生长季休牧是提升青藏高原高寒草甸草原生产力与生态恢复的重要措施之一.     

高寒湿地旱化过程及其对CO2交换的影响

为研究青藏高原高寒湿地旱化对碳通量的影响,探讨高寒湿地旱化碳通量变化规律,本研究于7-8月生长高峰期以高寒湿地、沼泽化草甸和高寒草甸为研究对象,利用TARGAS-1静态箱法,比较高寒湿地不同退化阶段碳交换的动态差异。结果表明：与高寒湿地相比,沼泽化草甸与高寒草甸植被群落光合速率、生态系统呼吸速率、净生态系统碳交换显著提高（P<0.05）;不同退化阶段土壤温湿度及植被群落生物量存在显著差异（P<0.05）,土壤电导率差异不显著;相比于土壤湿度和土壤电导率,土壤温度对CO₂交换的影响更大,其与净生态系统碳交换呈显著负相关（P<0.05）,高寒草甸的碳交换对土壤温度的敏感性要大于高寒湿地和沼泽化草甸的碳交换对土壤温度的敏感性;在植物生长高峰期,高寒湿地旱化过程土壤温度显著上升,土壤湿度和植物群落生物量显著下降,导致其碳汇功能呈下降趋势。     

增温和氮添加对长江源区高寒沼泽草甸生态系统呼吸的影响

为探究高寒湿地生态系统对气候变化的响应,本研究对模拟增温（2.64℃）、氮添加（40 kg N·ha^-2·yr^-1）及其交互处理下的高寒沼泽草甸生态系统呼吸进行了2个生长季的监测。结果表明：增温显著提高了高寒沼泽草甸生态系统呼吸（约25%）,而氮添加对高寒沼泽草甸生态系统呼吸无显著影响;增温降低了高寒沼泽草甸生态系统呼吸对土壤温度变化的敏感性。在相对温暖的2015年生长季,增温和氮添加对生态系统呼吸起到协同促进作用。分析发现高寒沼泽草甸生态系统呼吸主要受表层土壤温度、植物生物量和土壤可溶性有机碳的影响;增温显著提高了植物地上和地下生物量,增强了自养呼吸,是增温提高生态系统呼吸的主要原因。本研究结果表明相比于大气氮沉降增加,高寒沼泽草甸生态系统呼吸对气候变暖的响应更加敏感。     

青藏高原高寒草甸的植被退化与土壤退化特征研究

对青藏高原典型高寒草甸在不同退化程度下植物群落、生物量和土壤特征的研究结果表明,随着高寒草甸退化程度加大,植被盖度、草地质量指数和优良牧草地上生物量比例逐渐下降,草地间的相似性指数减小,而植物群落多样性指数和均匀度指数在中度退化阶段最高,随着退化程度加大,呈单峰式曲线变化规律.地上总生物量在轻度退化阶段最高,在极度退化阶段最低,随着退化加剧,杂草生物量显著增加,而莎草和禾草生物量显著减少.地下总生物量(0～40 cm)、莎草和禾草地下生物量随着草地退化程度的加重而递减,杂类草地下生物量的变化则是逐渐上升,至极度退化阶段有所降低.随着退化程度加剧,分布在各层的植物根系量越来越少,地下根系具有浅层化特点.各类群地上、地下生物量之间均为正相关,达到显著水平.随着草地退化程度的加大,土壤有机质、速效磷、速效钾和交换性锰的含量以及土壤坚实度、湿度都减小,土壤容重增加.土壤速效氮含量在极度退化阶段不能满足植物生长的需要.随高寒草甸退化程度加大,有机质含量在表层土壤中流失严重.在各个退化阶段,有效锌和交换性锰的含量均能满足植物生长的需求,而有效铜含量偏低,对牧草生长不利.随着植被的退化演替,土壤退化越来越严重,土壤越来越贫瘠化.     

青海湖北岸高寒草甸草原非生长季土壤呼吸对温度和湿度的响应

非生长季土壤呼吸是生态系统碳循环的重要组成部分,显著地影响着碳收支。本研究利用Li-8100开路式碳通量测定系统,研究了青海湖北岸高寒草甸草原非生长季土壤呼吸对短期围栏封育(自由放牧,3年围栏封育和5年围栏封育样地)的响应,并讨论了温度和湿度对非生长季土壤呼吸的影响。结果表明,1)自由放牧、3年围栏封育和5年围栏封育样地非生长季土壤呼吸平均速率分别是全年土壤呼吸平均速率的0.21,0.22和0.19倍;2)自由放牧、3年围栏封育和5年围栏封育样地非生长季土壤呼吸所排放的碳量分别为117.2,109.2和100.7 g C/m²,占全年土壤呼吸所排放的碳量的21.2%,22.3%和23.2%;3)相比于生长季和全年土壤呼吸的温度敏感性,非生长季具有更低的土壤呼吸温度敏感性;4)非生长季土壤温度和土壤湿度对土壤呼吸的解释率相当,一定的土壤湿度是保证土壤呼吸对温度响应的必要条件。因此,当考虑到碳收支和生态系统碳循环时不能忽略掉非生长季土壤呼吸的作用,而且水分在调节非生长季土壤呼吸中起着重要的作用。     

青藏高原高寒灌丛草甸生态系统碳平衡研究

利用静态密闭箱—气相色谱法观测的高寒金露梅Dasiphora fruticosa灌丛、丛间草甸土壤微生物呼吸CO2通量结果,结合研究区群落生物量及样方调查,对高寒灌丛草甸生态系统的碳平衡状况作了初步估测。结果表明:植物生长季高寒灌丛草甸生态系统初级生产力年净固定碳量461.83g/(m2·a),土壤通过微生物呼吸年碳净排放量376.78g/(m2·a)。碳素输入大于输出,系统存在较强的CO2吸收潜力,是大气CO2的汇,其年净交换吸收碳量85.05g/(m2·a)。     

短花针茅荒漠草原不同载畜率的土壤呼吸与植物地下生物量的关系

本文运用开路式土壤碳通量测量系统-LI-8100在短花针茅(Stipa breviflora Griseb)荒漠草原测定4组不同载畜率的土壤呼吸速率动态,并用土钻法测定了植物地下累积生物量,埋根袋法测定了根系净生长量。目的是比较不同载畜率对土壤呼吸、植物地下累积生物量和根系净生长量的影响,并探讨生长季土壤呼吸、8月份土壤呼吸对植物地下累积生物量、根系净生长量的响应。结果表明:随着载畜率增加,植物地下累积生物量减少,根系生长减缓,但对土壤呼吸无显著影响;生长季土壤呼吸与植物地下累积生物量呈线性正相关,8月份土壤呼吸值随根系净生长量增大而增大。土壤呼吸受植物地下生物量影响显著,生长季初期,新根刚开始生长,土壤呼吸大部分来自老根,到了生长旺季,新根生物量增多,土壤呼吸速率加快,新根主导了土壤呼吸。     

退化高寒草甸植物群落和土壤特征及其相互关系研究

为了探究不同退化阶段高寒草甸的植被特征和土壤特征变化及其相互关系,通过野外样方调查和室内分析方法相结合测定了植物生物量、物种多样性指数、土壤养分和土壤理化性质,并分析了不同退化阶段下的特征差异与内在关系。结果表明：从轻度到极度退化过程中植被盖度、地上与地下生物量均呈现降低趋势,植被群落物种多样性指数、香农维纳多样性指数、均匀度指数和辛普森指数均呈下降趋势,土壤养分与理化性质趋于恶化,土壤水分下降和土壤容重的增加导致生物量下降。生物量与土壤性质之间相互作用、相互影响,在中度退化阶段改变植物群落组成和土壤性质,减少土壤养分流失,提高植物群落结构稳定性以及增加植物群落多样性将有利于退化高寒草甸的恢复。本研究有助于理清不同退化阶段高寒草甸的退化规律,并为恢复退化高寒草甸提供科学依据和理论基础。     

拉脊山亚高寒草甸退化程度对土壤养分影响的研究

对亚高寒草甸土壤因素的调查分析,结果表明:全氮和全钾含量随退化程度的加深而减小,依次是轻度退化、中度退化和极度退化。随着草地退化程度的加剧,地上、地下生物量以及土壤全氮、全钾的含量也随之下降。不同退化程度间土壤全磷含量变化不明显,各层次之间虽然有上升趋势,但变化较小。全磷在土壤剖面中分布较均匀,说明退化强度对高山草甸草原土土壤全磷的影响相对较小。高寒草甸生态系统的恶化,不仅使群落物种组成发生了巨大变化,而且导致物种多样性发生改变,这与过度放牧和环境因子的影响程度有着密切的关系。     

高寒草甸退化对优势物种根际土壤微生物量及酶活性的影响

以祁连山东缘的4个不同退化程度(未退化、轻度退化、中度退化、重度退化)高寒草甸为研究对象,测定分析了高寒草甸退化对优势物种和土壤理化性质的影响,以及不同退化程度优势物种对根际土壤和非根际土壤中3大类微生物的数量、微生物生物量(碳、氮、磷)的含量以及酶活性的影响。结果表明:(1)随高寒草甸退化程度的加剧,植物群落多样性呈下降趋势,土壤中有机碳、全氮、全磷和速效磷的含量呈逐渐降低的趋势;(2)随退化程度的加剧,根际和非根际土壤中3大类微生物的数量呈逐渐降低的趋势,并且不同退化程度下根际和非根际土壤中微生物的数量均表现为,细菌>放线菌>真菌;(3)随退化程度的加剧,根际和非根际土壤中微生物生物MBC,MBN和MNP的含量和土壤蔗糖酶、蛋白酶、脲酶、过氧化氢酶的活性均呈逐渐降低的趋势,并且土壤中微生物生物量的含量和土壤酶的活性均表现为根际土壤高于非根际土壤。     

放牧强度对高寒草甸物种多样性和生产力关系的影响

放牧对草地植物群落结构和功能的影响深远而复杂,为了探讨高寒草甸植物物种多样性和生产力受长期不同放牧强度的影响,在高寒草甸草地群落设置不同放牧强度试验,分析不同放牧强度下植物群落物种多样性和生产力及其关系的变化,以期为高寒草甸生态系统的可持续利用和管理提供理论依据。结果表明,随着放牧强度的增大,草地植物群落的Shannon-Wiener指数和Margalef丰富度指数先增大后减小,高寒草甸植物群落的优势物种由禾本科向莎草科和杂类草转变,其中禾本科植物的优势度从70%降到12%,杂类草植物的优势度由13%增大到82%,植物群落的地上净初级生产力(ANPP)逐渐减小,轻度放牧处理减少了61.56%,中度放牧处理减少了76.75%,重度放牧处理减少了78.72%,重度放牧处理地下净初级生产力(BNPP)比禁牧处理降低了90.06%,轻度放牧、中度放牧处理地下净初级生产力与禁牧处理无明显差异,3个处理下的地下净初级生产力(NPP)总体保持稳定。放牧强度增大会导致植物群落高度下降,中度放牧处理会增加植物群落中莎草科植物的分蘖数。高寒草甸上植物群落的Pielou指数和NPP负相关,Margalef指...     

拉脊山亚高寒草甸退化程度对土壤养分影响的研究

对亚高寒草甸土壤因素的调查分析，结果表明：全氮和全钾含量随退化程度的加深而减小。依次是轻度退化、中度退化和极度退化。随着草地退化程度的加剧，地上、地下生物量以及土壤全氮、全钾的含量也随之下降。不同退化程度间土壤全磷含量变化不明显，各层次之间虽然有上升趋势，但变化较小。全磷在土壤剖面中分布较均匀，说明退化强度对高山草甸草原土土壤全磷的影响相对较小。高寒草甸生态系统的恶化，不仅使群落物种组成发生了巨大变化，而且导致物种多样性发生改变，这与过度放牧和环境因子的影响程度有着密切的关系。     

黄河源区不同退化阶段高寒草甸植被特征

研究不同退化阶段高寒草甸植被演替以及草地生产力特征,对进一步探究高寒草甸退化机制,科学评估草地状况和退化草地恢复重建具有重要意义。采用野外植被调查,对黄河源区高寒草甸未退化、轻度退化、中度退化、重度退化和极度("黑土型")退化草地的植被群落结构、物种组成及生物量等植被特征进行了研究。结果表明:黄河源区高寒草甸共有植物48种;随着高寒草地退化程度的加剧,线叶嵩草、垂穗披碱草、高原早熟禾等优势植物种呈下降趋势,黄帚橐吾、青海刺参和臭蒿等则呈上升趋势。随着高寒草地退化程度的加剧,植被群落物种优势度指数、多样性指数和丰富度指数均呈下降趋势,均匀度指数则无明显变化。将高寒草地植被划分为禾本科、莎草科、龙胆科、菊科、杂类草和毒害草六类,随着草地退化程度的加剧,禾本科、莎草科和龙胆科牧草比例显著降低,菊科和毒害草比例则显著升高。高寒草甸不同退化阶段地上生物量呈"V"形变化,轻度退化草地地上生物量最高,显著高于其他阶段。中度退化草地最低,与未退化、轻度退化和重度退化草地之间差异显著。高寒草甸地下生物量80%以上集中于表层土壤,随着高寒草地退化程度的不断加剧,地下生物量显著降低。     

三江源区土地利用方式对草地植物生物量及土壤特性的影响

以三江源区高寒草甸草原、退化高寒草甸草原、退化高寒草原和人工草地4种土地利用方式为研究对象,研究了不同土地利用方式的地上、地下生物量,土壤容重和土壤主要养分有机碳、全氮、全磷、有效氮和有效磷含量,结果表明总生物量的排序为高寒草甸草原 >退化高寒草原 >退化高寒草甸草原 >人工草地,退化草地和人工草地的生物量明显降低,尤其是地下生物量,退化高寒草甸草原、退化高寒草原和人工草地的地下生物量分别为高寒草甸草原的31.9%,54.8%和13.9%,总生物量分别仅为高寒草甸草原的32.8%,49.4%和29.5%。人工草地的表层土壤容重显著降低,而退化对土壤容重没有明显影响,3种天然土地利用方式土壤容重在土壤剖面的变异也不明显。4种类型草地土壤碳氮磷养分含量均处于很低的水平,退化主要造成表层土壤碳氮的严重损失,平均分别损失了53.0%和52.4%,4种利用方式土壤有效氮和有效磷含量极低,而退化对土壤的全磷和有效磷影响不大。     

高寒草甸不同海拔梯度土壤有机质氮磷的分布和生产力变化及其与环境因子的关系

以高寒草甸6个不同海拔(从低到高依次为3 840,3 856,3 927,3 988,4 232,4 435 m)梯度内的野外观测和土壤实测数据,分析了土壤有机质、氮、磷的分布特征及其与土壤含水量和土壤温度之间的关系.结果表明,土壤有机质、土壤全氮、土壤速效氮、土壤全磷含量均在第一梯度(3 840 m)和第六梯度(4 435 m)较高,中间梯度较低,但土壤速效磷变化有波动;土壤含水量对土壤有机质、氮、磷作用强度依次为土壤全氮、土壤有机质、土壤全磷、土壤速效氮、土壤速效磷;土壤温度对土壤有机质、氮、磷作用强度依次为土壤速效氮、土壤有机质、土壤全氮、土壤全磷、土壤速效磷;温度对高寒草甸植物群落初级生产力(地上生物量)的作用最大,是决定不同海拔梯度植物群落初级生产力的主要环境因子,其回归方程为:Ya＝-92.982 13.832X3(F＝13.355,P<0.05).     

高寒嵩草草甸不同退化梯度下生态系统光合和呼吸响应特征

青藏高原高寒草甸生态地位突出但退化严重,其植被光合和系统呼吸特征如何响应仍不清楚。于植被生长的旺盛期(7月中旬~8月中旬)在青藏高原祁连山南麓分别选取原生草地、中度退化和重度退化3类高寒草甸,使用自制同化箱和LI-6400便携式光合仪测定生态系统CO2净交换(NEE)、生态系统暗呼吸(RES)和生态系统初级光合(GEP),研究退化程度对高寒嵩草草甸生态系统CO2通量的影响特征。结果表明不同退化程度的NEE、RES和GEP的单峰日变化格局没有明显差异,日极值出现时间相近。日均NEE和日均RES随着退化加剧逐渐升高,重度退化较原生草地分别显著(P0.05)升高了41.8%和12.2%。日均GEP略有下降。退化降低了RES的温度敏感度(Q10),提高了群落表观光量子产额(a),但对系统潜在CO2最大同化速率(Pmax)无明显影响。在植被生长旺盛期,高寒草甸生态系统碳收支对退化的响应主要表现在系统的呼吸强度而非群落光合速率。     

不同退化程度高寒嵩草草甸基况的初步研究

以高寒嵩草草甸退化群落指标为依据,研究了青海省未退化、轻度退化、中度退化和重度退化阶段,高寒嵩草草甸植物群落的结构特征及土壤特性的差异性。结果表明:不同退化程度的高寒嵩草草甸,其地上、地下生物量,牧草高度,生草层厚度,裸斑面积,物种数,土壤含水量等呈显著差异。同未退化阶段相比,重度退化阶段的优良牧草生物量和地下生物量分别降低了43.2和10.1 g/m2。而重度退化阶段时,裸斑面积则达到最大值65 m2,土壤含水量则为最小值22.83%,鼠洞密度则随着高寒嵩草草甸退化程度的加剧,呈倒"V"变化趋势。分析表明,高寒嵩草草甸退化的结果是,由莎草科和禾本科为主的植物演替为杂类草地。