高山草地植被盖度对气候变暖和人类活动的响应

高寒草地对气候变化和人类活动的干扰响应敏感,高寒草地植被盖度估算是了解高寒草地植被状况和评估退化草地修复效果的一个重要方法。目前,地面盖度估算的主要方法是数码照相法,其中基于多光谱照片的盖度提取是比较准确和高效的方法。本研究采用多光谱相机对疏勒河上游不同演替阶段高寒草地、围栏封育和翻耕补播草甸生长季内的植被盖度进行了观测,研究了气候变暖和人类活动干扰下高寒草地植被盖度的变化,同时对估算多光谱照片盖度的阈值法做了改进。结果表明,1）新阈值法的估算结果与真实值之间无显著差异（P=0.219）,而旧阈值法与真实值之间差异极显著（P=0.001）;2）处于不同演替阶段的草地类型具有不同的植被盖度,沼泽草甸最高,各草地类型盖度均在7月达到最大;3）在生产力较低的多年冻土区,围栏封育对高寒草地修复效果在短期内不明显,翻耕补播甚至会导致植被盖度进一步降低。     

基于无人机的高寒草甸地表温度监测及影响因素研究

地表温度直接影响地表感热、潜热及辐射能量传输过程，是研究寒区植被生态水文过程的重要参数。以疏勒河源区高寒草甸为研究对象，利用无人机搭载普通及热红外相机获取6块样地植被盖度及地表温度数据，用以评估热红外相机在高寒草甸地表温度监测中的应用精度，分析高寒草甸地表温度变化特征，并结合气象因子及植被盖度数据，探究地表温度的影响因素。结果表明：热红外影像地表温度与地面实测值具有较高一致性（R² ≈ 0.75），平均误差5 ℃以内；高寒草甸地表温度在9： 00-18： 00时段内表现为快速升温达到峰值继而波动下降的趋势，观测期内（7月4日-8月17日）未表现出显著日际变化趋势；气象因子中，太阳辐射和空气温度与地表温度呈显著正相关，起到增温作用，而空气湿度抑制地表增温，表现为显著负相关；连续降水降低裸土温度，植被覆盖度与地表温度呈现出正相关变化趋势。无人机热红外遥感技术可以快速、精准获取高分辨率地表温度数据，为高寒草甸干旱监测、土壤水分及蒸散发等反演提供数据支持。     

封育后补播“高寒1号”生态草对玛曲退化高寒草甸生产力的影响

为了研究退牧还草项目中围栏封育和种子补播对退化高寒草甸（亚高山草甸和沼泽化草甸）的改良效果,选取“高寒1号”生态组合草种,在青藏高原东部的退化高寒草甸进行了封育和补播试验。对封育和补播后3年的草甸植被高度、盖度和地上生产力进行研究。与对照相比,封育3年的退化亚高山草甸和退化沼泽化草甸的平均植被高度提高49.57%和53.38%,盖度提高24.73%和25.25%,地上生产力提高16.40%和22.17%,物种数没有显著变化。封育后补播“高寒1号”生态组合草种,比封育具有更好的效果。在封育的基础上,补播进一步使两类退化草甸的植被高度分别提高17.64%和15.78%,盖度提高48.38%和50.50%,地上生产力提高3.24%和9.39%,且物种数有一定的增加。围栏封育和草种补播是改良退化高寒草甸的有效途径,封育后补播比只封育更能提高其改良效果。“高寒1号”生态组合草种在退化高寒草甸的补播改良中表现了良好的适应性和显著的效果。     

高寒草甸地区冷季水分资源及对牧草产量的可能影响

分析了高寒草甸地区冷季降水和土壤水分资源分布特征及其对牧草产量的可能影响.结果表明:祁连山海北高寒草甸地区冷季降水资源贫乏,但9～10月较高的降水受枯黄植被蒸散量小、植被盖度大的影响,易贮存于土壤.加之地处高寒,气温低,土壤封冻早,冻结期长,使土壤水分在冬季可以冰晶水的形式留存于土体,从而给来年牧草进入正常营养生长发育阶段提供了水分条件的需求.牧草产量的高低与冷季降水及土壤水分条件有一定的联系性.建立冷季降水与牧草产量间的预报方程,其拟合率高.     

高寒草甸地区冷季水分资源及对牧草产量的可能影响

分析了高寒草甸地区冷季降水和土壤水分资源分布特征及其对牧草产量的可能影响，结果表明，祁连山海北高寒草甸地区冷季降水资源贫乏，但9－10月较高的降水受枯黄植被蒸散量小，植被盖度大的影响，易贮存于土壤，加之地处高寒， 气温低，土壤封冻早，冻结期长，使土壤水分在冬季可以冰晶水的形式留存于土体，从而给来年牧草进入正常营养生长发育阶段提供了水分条件的需求，牧草产量的高代与冷季降水及土壤水分条件有一定的联系性，建立冷季降水与牧草产量间的预报方程，其拟合率高。     

高寒草甸不同植被功能群盖度对模拟气候变化的初期响应

为进一步研究高寒生态系统植被群落对气候变化响应方式和适应机理,我们在青藏高原东北祁连山南坡,沿海拔梯度对嵩草(Kobresia bellardii)草甸、灌丛草甸、杂草草甸和稀疏植被4种植被类型进行双向移栽实验,以期获得高寒草甸植被群落较为详尽而真实的响应特征。4个功能群(莎草类、禾本类、豆科类和杂草类)绝对盖度的方差分析结果表明:高寒草甸生态系统植被群落对气候变化较为敏感。莎草类植被盖度与土壤含水量线性负相关,在3600 m处最大。禾本类和豆科类分别与土壤含水量和气温线性正相关,两者在3200 m处最为适宜。海拔与杂草类盖度的二次方程可解释其63%的变异。莎草类与禾本类、豆科类植被盖度存在较弱的补偿作用,而禾本类与豆科类之间具有显著的补充作用。对比80年代的植被盖度,嵩草草甸优势种对模拟降温的响应暗示其稳定性较高。     

高寒草甸不同功能群植被盖度对模拟气候变化的短期响应

 为研究高寒生态系统植被群落对气候变化的响应,于２００７年５月沿青藏高原东北祁连山南坡对海拔３２００ｍ 的嵩草草甸、３４００ｍ 的灌丛草甸、３６００ｍ 的杂草草甸和３８００ｍ 的稀疏植被进行双向移栽试验。功能群（莎草类、禾本类、豆科类和杂类草）植被绝对盖度的方差分析表明高寒草甸植被群落对气候变化较为敏感。莎草类盖度与土壤含水量呈负线性相关,禾本类和豆科类分别与土壤含水量和气温呈正线性相关。海拔与杂类草盖度的二次方程可解释其６１％的变异。非度量多维排序（ｎｏｎ ｍｅｔｒｉｃｍｕｌｔｉ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｃａｌｉｎｇ,ＮＭＤＳ）暗示功能群对气候变化的响应具有特殊性。豆科类和杂类草、莎草类和禾本类存在较弱的盖度补偿效应。对比早期和模拟降温下的嵩草草甸群落组成,印证其具有较高的稳定性。     

退化高寒草甸暖季休牧恢复过程中植被和土壤特性

为探讨暖季休牧恢复过程中退化高寒草甸植被和土壤恢复特性,本研究对泽库县退化高山嵩草草甸暖季休牧样地不同恢复阶段植被和土壤特性进行调查,结果显示植被高度、地上生物量、土壤含水量、土壤有机碳含量等生态功能属性随自然恢复时间的延长不断得到改善(P<0.05),在恢复末期(9—10年)恢复最好;植被盖度、地下生物量、多样性、土...     

祁连山国家公园不同退化高寒草甸植物与土壤特性研究

本研究以祁连山国家公园内不同退化程度高寒草甸为研究对象，通过测定植被特征及土壤养分指标，结合相关性分析和冗余分析(Redundance analysis, RDA)探究植物群落和土壤理化性质及其内在关系。结果表明：未退化草甸植被以莎草科、禾本科为主，随退化程度的加重，禾本科植物逐渐被豆科、杂类草(如菊科)所取代，植物群落的高度、盖度、地上生物量和植物群落的多样性指数均呈下降趋势，土壤含水量、总孔隙度、速效氮含量、速效磷含量、速效钾含量、全氮含量、全磷含量、全钾含量和有机质含量逐渐降低，而土壤容重、pH值逐渐增加，与未退化高寒草甸相比，重度退化高寒草甸土壤含水量和有机质含量分别下降了61.3%,43.8%,土壤容重上升了37.8%;相关性分析表明，植物特征与土壤因子之间存在显著相关性，其中植被盖度和地上生物量受到土壤容重、含水量、总孔隙度、速效磷含量的影响较大。本研究可为全面了解高寒草甸的退化机制以及退化预测、管理和恢复研究提供一定理论依据。     

植物沙障不同种植模式对川西北沙地的恢复效应

生物沙障被广泛地应用于沙化治理中,但是生物沙障不同种植模式下对沙化治理的相关研究较少,尤其是复合草本在高寒地区不同种植模式下的研究较为缺乏。为了明确混合草本沙障不同种植模式对高寒沙地治理效应,选择川西北沙地作为典型高寒半湿润沙地,利用燕麦、垂穗披碱草、中华羊茅作为混合草本沙障,自2014年利用行播、带播、撒播种植模式恢复高寒半湿润沙地4年,于2014年测定一年生燕麦生长状况,调查4年后地表植物群落盖度和多样性特征,并且测定土壤水分、容重、含水量、pH值、有机碳、全氮、全磷等指标,分析复合草本不同种植模式对高寒沙地恢复效应。研究结果表明:复合草本带播和撒播模式对高寒沙地恢复效果明显。一年生燕麦后期从生态系统中消失,多年生草本适应性良好。带播和撒播种植模式显著增加了地上植物盖度、物种多样性、生态优势度。带播和撒播模式也显著减小了土壤容重,增加了土壤含水量、有机碳、全氮、全磷等含量。在高寒沙化复合草本种植恢复过程中,建议将土壤容重、有机质、全氮作为衡量土壤性质变化的指标。综合地表植被和土壤理化性质变化,建议以混合草本带播和撒播种植模式作为高寒沙化治理的主要种植模式。     

祁连山高寒草原土壤水分与植被盖度的关系

为了揭示高寒草原土壤水分与植被盖度的关系,提高植被盖度与土壤水分快测的精度,本研究在祁连山北麓中段高寒草原—甘肃马鹿冬季牧场,设置放牧率分别为1.00、1.45、2.45、3.45、4.85、6.90 AUM·hm^-2的6个样地,通过逐月测定生长季植被盖度和土壤水分,结合Landsat5多光谱影像与SPOT2全色影像融合而成的SPOT-TM影像,分析土壤水分与植被盖度、归一化植被指数(NDVI)的关系,并在此基础上,确定植被盖度随土壤水分的变化阶段。除醉马草、银灰旋花、乳白黄耆外,其他种群盖度对表层土壤水分均响应敏感,在3%~7%至17%~26%的土壤水分范围内,种群盖度随土壤水分的增加呈反比例函数递增趋势,且增幅逐渐缩小;群落盖度对表层土壤水分的响应敏感,在1.1%~10.0%的土壤水分范围内,群落盖度随土壤水分的增加亦呈反比例函数递增趋势,并逐渐趋于饱和。研究结果对探讨干旱半干旱草原植被物种、种群、群落的抗旱性、水分利用效率具有一定意义,为草原植被和土壤水分管理提供科学依据。     

西藏典型草地地上生物量季节变化特征

采用高寒草甸、高寒草原、高寒沼泽化草甸和温性草原4种西藏高原典型草地类型地上生物量定点观测数据,分析其地上生物量季节动态变化特征和生长规律。结果表明,高寒沼泽化草甸地上生物量最高,其中围网草地年均地上生物量达384.45 g·m-2,比无围网草地地上生物量高73%,且是温性草原类草地生物量的6倍,是高寒草甸和高寒草原类草地的12~14倍,与自由放牧相比,围栏禁牧措施可以明显提高草原地上生物量,是改良退化草地最有效的措施之一;温性草原草地生产力大于高寒草甸和高寒草原,城市附近山地草地生物量明显大于远离城市的地区,表明城市化进程降低了天然草地放牧强度,是恢复退化草地生产力的有效途径之一;属半干旱气候类型的西藏高原中部,降水是制约草地植被生长的主要因子;草地地上生物量的绝对增长速率和相对增长速率季节动态均在生物量达到高峰期前为正增长,之后为负增长。区域水热条件差异及其季节性变化导致了不同草地类型或同一类型不同区域的草地最快生长期出现的时间存在一定差别。     

长江源区草地覆盖变化对土壤团聚体分布及稳定性的影响

为了明确长江源区草地覆盖变化对土壤结构的影响,本研究以高寒草甸和沼泽草甸2种草地为研究对象,分析了不同植被覆盖度下土壤团聚体分布和稳定性特征。结果显示：高寒草甸土壤团聚体主要分布在2~0.25 mm和0.25~0.053 mm粒径范围内,沼泽草甸土壤团聚体在不同粒径范围内分布相对均匀;高寒草甸土壤大于0.25 mm团聚体含量（WR_0.25）表现为高覆盖度草地高于中覆盖度草地,随土层加深,低覆盖度草地WR_0.25显著高于高覆盖度草地和中覆盖度草地,除表层0~10 cm土壤外,高覆盖度沼泽草甸土壤WR_0.25显著高于中覆盖度和低覆盖度土壤;不同植被覆盖度下高寒草甸表层0~10 cm土壤团聚体平均重量直径（Mean weight diameter,MWD）和几何平均直径（Geometric mean diameter,GMD）无显著差异,在10~20 cm和20~40 cm土层差异显著,表现为低覆盖度 > 高覆盖度 > 中覆盖度,沼泽草甸土壤团聚体MWD和GMD则随草地植被覆盖度降低和土层加深而逐渐减小;中覆盖度草地土壤团聚体破坏率（Aggregate destruction rate,PAD）最大,其稳定性最差;高覆盖度草地土壤团聚体稳定性最好;在不同土层深度上,高寒草甸土壤团聚体稳定性无显著差异,沼泽草甸土壤随土层加深团聚体稳定性变差。本研究结果表明WR_0.25和PAD能够更好地评价土壤团聚体稳定性,而沼泽草甸土壤团聚体对植被覆盖变化的响应更为敏感。本研究结果有利于加强植被覆盖变化背景下对长江源区土壤保护机制的认识。     

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。     

江河源区退化高寒草地土壤微生物与地上植被及土壤环境的关系

对青藏高原江河源区退化高寒草地土壤微生物与地上植被、土壤环境的相关性进行分析。结果表明,退化高寒草地植物多样性、物种组成、地上植被盖度、草地生产力的变化引起土壤微生物数量发生变化,土壤微生物特别是细菌生理类群受土壤环境因子影响较大。江河源区退化高寒草地土壤中非有益性微生物功能群处于增加趋势,限制了土壤养分供给和转化能力,不利于草地土壤肥力维持和提高,给受损高寒草地,特别是“黑土滩”退化草地的生态恢复带来困难。因此,在修复受损高寒草地生态系统时,不仅要恢复地上部分的植被,而且要恢复地下部分的土壤微生物群落,重建土壤微生物生态系统。     

高寒草甸植物群落退化与土壤环境特征的关系研究

为了阐明高寒草甸群落特征和物种多样性的变化特征及其与土壤环境因子的关系,本文研究了未退化、轻度、中度、重度和极度退化程度高寒草甸群落特征和物种多样性,以及各退化等级的土壤温湿度及其化学性质。结果表明,随着退化程度的加剧,高寒草甸群落高度、盖度、生物量和演替度均逐渐降低,而鼠类活动先加剧后减缓;物种多样性指数逐渐降低,丰富度指数和均匀度指数均先升高后降低;土壤温度逐渐升高而湿度逐渐降低;土壤有机碳含量和全氮含量均逐渐降低,而土壤pH值则逐渐升高。群落演替度、土壤湿度、土壤有机碳和全氮含量与物种多样性表现出正相关,而有效鼠洞数、土壤温度和土壤pH值则与物种多样性表现出显著的负相关。     

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。     

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。     

青藏高原高寒湿地退化过程中土壤微生物群落功能多样性特征

为给高寒湿地的退化监测和恢复治理提供科学理论依据，本试验在三江源黄河源区选取退化高寒湿地，采用空间代替时间的方法，选取不同退化阶段并利用常规实验室分析法和Biolog-Eco微平板法研究其土壤微生物群落结构及功能的变化特征。结果表明，高寒湿地、沼泽化草甸和退化草甸样地微生物群系相似性更高。不同退化程度的土壤微生物活性从高到低排序依次为：沼泽化草甸 > 退化草甸 > 湿地 > 重度退化草甸 > 退化草原。整个退化过程土壤微生物对酯类碳源代谢能力均为最强，在退化早期土壤微生物对酸类碳源的利用率较低。土壤微生物平均颜色变化率（Average well color development，AWCD）主要受到土壤全氮含量、土壤有机碳含量、全氮/全磷、植物盖度、土壤含水量和地下生物量的影响。