藏北典型高寒草甸地上生物量的遥感估算模型

本研究利用2010和2011年6-9月高寒嵩草草甸群落地上生物量数据和同期的中分辨率成像光谱仪(moderate resolution imaging spectroradiometer,MODIS)影像数据,建立了西藏自治区拉萨当雄高寒草甸的地上生物量遥感估算模型。在探讨群落地上生物量与归一化植被指数(normalized difference vegetation indices,NDVI)、增强型植被指数(enhanced vegetation indices,EVI)以及地表水分指数(land surface water indices, LSWI)相关关系的基础上,构建了群落地上生物量与各指数的线性或非线性(包括对数函数、二次多项式、三次多项式、幂函数、增长曲线、指数函数)估算模型,并进行了模型验证。结果表明, 1)3个指数中EVI的模拟效果最好,NDVI次之,LSWI最差;2)所有模型中线性模型的模拟效果最好,EVI的线性模型为:y=174.225x,R²=0.975, P<0.001,NDVI的线性模型为:y=115.478x,R²=0.956, P<0.001;3)在预测效果方面,幂函数模型最好,线性模型次之,其平均误差分别仅为9.76%和10.8%,因此,两者都可以用于高寒草甸群落地上生物量的模拟。     

黑土滩恢复演替过程中植物功能群及牧草品质变化

应用空间序列代替时间序列的方法,对高寒草甸不同恢复演替阶段黑土滩植物群落结构、植物功能群及牧草品质的变化进行了研究。结果表明:物种数与演替梯度间呈显著正相关关系:y=5.594x+0.643,(R²=0.8811);Shannon指数与演替梯度间呈非线性单峰曲线关系:y=-0.0528x²+0.6584x+0.3874(R²=0.7531);生物量与演替梯度间亦呈单峰曲线关系:y=-8.7647x²+86.696x+67.14(R²=0.6164)。一年生植物在群落中的数量呈下降趋势;禾本科植物在群落中的数量呈上升趋势;莎草类及杂类草植物在群落中的数量均呈增加趋势,但莎草类植物增幅不大,而杂类草植物则急剧增加。牧草品质随演替时间的延长而发生不同的变化:劣等牧草生物量在群落中呈下降趋势;中等和优等牧草生物量的变化趋势相同:随着演替时间的增加,均呈现幅度较大的增加趋势;而良等牧草生物量的变化则与之不同,生物量的峰值出现在演替的4-5年间。随着黑土滩的恢复演替,植物群落结构、功能群类型及草地生产性能均发生了重要变化。     

乌鲁木齐周边典型荒漠草地群落物种多样性及生物量关系研究

为探讨荒漠草地群落物种多样性及生物量分配，本研究采用样方法对乌鲁木齐市周边典型荒漠草地群落物种多样性与生物量的关系进行研究。结果表明：乌鲁木齐周边典型荒漠草地群落物种组成单一，群落平均高度、盖度、密度、生物量呈现显著性差异(P<0.05)；0～50cm土层中，群落地下生物量除梭梭群落均随着土层深度增加而逐渐减小，梭梭群落则呈先增加后降低的趋势；植物群落呈异速生长模式，拟合方程为：y=231.375×e^{0.003 3x}(R²=0.714 8)；凋落物生物量与地下生物量之间呈线性关系，拟合方程为：y=13.818x+259.812(R²=0.616 1)；地上生物量与物种多样性之间呈单峰变化曲线，对应方程为：y=-5.210 4x²+0.004 5x+0.369 9(R²=0.307 1，P<0.01)，群落地下生物量与物种多样性之间关系表现出极显著的线性相关，对应方程为：y=3.073 5x+0.678 2(R²=0.543 4，P<0.05)。本研究结果可为退化荒漠草地的恢复及生物多样性保护、生态系统功能维持与恢复提供基础数据。     

青藏高原东缘海拔对植物种子大小的影响

以青藏高原东缘600种植物种子为对象,就海拔对种子大小的影响展开系统性地研究。结果表明,1)整个区系内,植物种子大小与海拔呈极显著的负相关关系(n=600, R²=0.029, P<0.001),并且在2 000～3 000 m海拔梯度中,种子大小有先增大后减小的趋势; 2)草本植物种子大小与海拔呈极显著的负相关关系(n=512,R²=0.026,P<0.001),但是灌木(n=72, R²=0.004, P=0.616)和乔木种子大小(n=16, R²=0.005, P=0.795)随海拔虽有减小的趋势但无显著相关性;3)海拔较高地区的草本植物种子大小比同属的海拔较低的植物种子大11.5％(df=131, t=2.724, P=0.007),小于阈值±30%,草本植物属内种子大小与海拔无关。在132个草本植物种对中,与同属的低海拔物种相比,40.9％(54种)高海拔物种种子大,另外19.7%(26种)小,39.4％(52种)没有变化,由此,认为在青藏高原东缘强烈的选择压力下,海拔和系统发育综合因子对植物种子大小的影响由具体的某个属本身的特性所决定,不存在单一的海拔与属的种子大小变异模式。     

青海扁茎早熟禾种群地上生物量积累动态

在青海高寒地区对生长2年青海扁茎早熟禾地上生物量积累动态进行了研究,以探讨其地上生物量形成规律。研究结果表明,青海扁茎早熟禾茎(S)、叶(L)、穗(E)及地上总生物量(Ba)的积累均符合一元三次“S”型曲线变化,分别可用S∧=21.04-2.12 d+0.10 d²-0.000 62 d³,L∧=2.71+0.55 d+0.031 d²-0.000 22 d³,E∧=3.17-1.27 d+0.070 d²-0.000 51 d³,B∧a=26.92-2.84 d+0.20 d²-0.014 d³表示。青海扁茎早熟禾自返青至5月中旬进行营养生长,其地上分蘖数、叶面积、叶片数在此阶段迅速增加。5月中旬-6月中旬青海扁茎早熟禾生物量进入快速积累时期,茎、叶、穗及地上总生物量平均日增速分别可达6.836,2.611,2.409和11.876 g/(m²·d),同时茎叶比达到最大值(1∶1.61)。青海扁茎早熟禾茎、叶及地上总生物量在7月中旬达最大值,分别为220.3,151.7和406.1 g/m²;穗生物量在6月中旬达最大生物量92.3 g/m²。青海扁茎早熟禾在1个生长季中株高(H)、叶面积(LA)、枝条数(N_T)和叶片数(N_L)与地上总生物量(Ba)间的关系可用B∧a=-4.44+6.44 H-58.88 LA-0.065 N_T+0.029 N_L表示,株高对青海扁茎早熟禾地上生物量积累直接效应最大,叶面积、枝条数和叶片数通过影响株高间接影响地上生物量的积累。     

甘肃省高寒草甸植被覆盖度反演及其时空变化研究

本研究以甘肃省高寒草甸为研究区,基于2000—2019年遥感数据和2014年实测数据,采用经验回归模型法构建植被覆盖度(fractional vegetation cover,FVC)估算模型,并研究了过去20年高寒草甸FVC时空变化规律、稳定性及变化原因,以期为FVC动态监测提供科学依据。结果表明：在6种植被指数(vegetation index,VI)中除比值植被指数(ratio vegetation index,RVI)外,其余VI与FVC相关系数均大于0.65(P<0.01);模型精度检验发现高寒草甸FVC最佳反演模型为归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)二项式模型：y=-0.65x²+1.97x—0.23(R²=0.81,RMSE=7.33);甘肃省高寒草甸FVC呈现南高北低的格局,20年FVC均值处于较高水平,年均FVC呈现波动上升趋势,平均增速0.15%·a^-1,其中FVC增加的面积占52.76%,稳定的面积占27.58%,下降的面积占19.66%,FVC变异系数小于0.15的面积占86.57%。综上所述,2000—2019年甘肃省高寒草甸FVC整体上呈现增加趋势,并且稳定性较高。     

基于MODIS影像的藏北高寒草甸的蒸散模拟

在高寒草甸生态系统中,蒸散(evapotranspiration,ET)是水循环中一个非常重要的组成部分。为了更好的模拟蒸散,本研究计算了生态系统尺度的水分利用效率(WUE_EC)。相关分析和多重逐步线性回归分析结果表明,影响WUE_EC的主要因子为归一化植被指数(NDVI)、空气相对湿度(Ha)和显热通量(H)。在此基础上,分别建立了WUE_EC与NDVI、Ha和H的线性回归方程(其中,H的模拟值WUE_H和WUE_EC差异显著),利用建立的WUE_EC的回归方程和植被光合模型(VPM)估计的总初级生产力(GPP_VPM)模拟了生态系统尺度的蒸散。模拟的蒸散(NDVI的模拟值ET_NDVI,Ha的模拟值ET_Ha)和通量观测的蒸散(ET_EC)的简单线性方程分别为ET_NDVI=1.2985ET_EC(R²=0.8029,n=46,P<0.0001)和ET_Ha=1.3118ET_EC(R²=0.7487,n=46,P<0.0001),这表明ET_NDVI和ET_Ha都能够比较准确地反应ET_EC,但仍然存在较大的差异,本研究采用多重逐步线性回归的方法定量分析了造成该差异的原因:ET_EC和ET_NDVI的差异(ET_EC－ET_NDVI)主要受光合有效辐射(PAR)和GPP_VPM的影响;而ET_EC和ET_Ha的差异(ET_EC－ET_Ha)主要受PAR、GPP_VPM和增强型植被指数(EVI)的影响。     

克鲁伦河流域生长季有效温水组合对草原群落生物量的影响

利用克鲁伦河流域1958-2005年近半个世纪的逐日气温与降水量观测资料及23年(1983-2005)草原群落干物质产量资料,探讨了“有效积温”和“有效降水量”的变化规律及温水组合与草原群落生物量的相关性,得出近50年间>10℃的有效积温呈明显的上升趋势,其距平值年际间变化差异显著,具有明显的波动性。生长季降水量的增减虽无明显规律,但其距平值的变化呈上升趋势,时间尺度上波动性较大。1983-2005年期间,>10℃有效积温与有效降水量之间呈正相关关系(R=0.620 5),群落生物量与观测年>10℃的有效积温呈正相关性但不明显,与有效降水量之间呈显著的正相关关系(R=0.704 8,P<0.001)。群落生物量(Y)与有效降水量(X₁)和>10℃有效积温(X₂)之间的二元线性回归方程为Y=71.409+0.334X₁ -0.020X₂ ,R=0.717 (P<0.001)。合理的水热配置最有利于植被的生长,有效温水组合共同影响着半干旱区草原群落的生产力。     

青藏高原3种主要植被类型的表观量子效率和最大光合速率的比较

以海北高寒草甸生态系统定位站的涡度相关系统连续观测的CO₂通量数据为基础,分析了青藏高原的高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸、高寒金露梅(Potentilla fruticosa)灌丛草甸和高寒藏嵩草(Kobresia tibetica)沼泽化草甸等3种主要植被类型在2005年植物生长季(6-9月)的表观量子产额(a)、最大光合速率(P_max)和呼吸速率(R_eco)的变化特征。结果表明:3种植被类型白天的净生态系统CO₂交换量(NEE)和光量子通量密度(PPFD)存在明显的直角双曲线关系(P<0.05),其a、P_max和R_eco呈现出相似的季节变化趋势,在生长季初期(6月)最小,在7月或8月份达到最大;高寒矮嵩草草甸的a、P_max和R_eco大于灌丛草甸和沼泽化草甸,而后两者差别不大。     

祁连山北坡天然草地地上生物量及其与土壤水分关系的比较研究

祁连山北坡天然草地植被以高寒草原、山地草甸、山地草甸草原、山地草原和山地荒漠草原等类型为主,对这5种天然草地地上生物量观测结果显示,地上生物量在5类草地植物群落间差异显著(P＜0.05),其季节动态规律均表现为单峰型,在8月下旬达生物量峰值。5种草地类型地上生物量以山地草甸(100.24 g/m²)最高,其他依次为山地草甸草原(71.24 g/m²)、山地草原(70.20 g/m²)、高寒草原(52.40 g/m²)和山地荒漠草原(20.44 g/m²);用Logistic方程模拟的地上生物量增长曲线表明5类草地群落地上生物量均未达到其环境最大容纳量。不同草地类型地上生物量与降水量、土壤平均含水量的累加值均呈正相关关系。在各种类型草地中,不同土层含水量对地上生物量的影响均不同,根系主要分布层内的含水量与地上生物量显著相关(P＜0.05)。     

施氮对晋北燕麦饲草主要农艺性状及干物质产量的影响

为探究晋北农牧交错带燕麦（Avena sativa）生产的最佳施氮量,以饲用燕麦‘牧王’为研究材料,采用完全随机区组设计,测定不同施氮量（0,30,60,90,120,150,180 kg·hm^-2）对燕麦农艺性状和干物质产量的影响,同时对施氮量与干物质产量进行回归分析,对干物质产量与农艺性状进行相关性分析和通径分析。结果表明,施氮对燕麦株高、茎粗、旗叶叶面积有显著影响（P<0.05）,施氮量与干物质产量成极显著的二次曲线关系,干物质产量的理论最大值为9.89 t·hm^-2,施氮量为93.75 kg·hm^-2。相关性和通径分析表明,干物质产量（y）与各农艺性状的相关关系大小顺序依次为：株高（x₁） > 叶面积（x₄） > 鲜干比（x₆） > 穗长（x₃） > 茎粗（x₂） > 叶茎比（x₅）,其中除了与鲜干比呈极显著负相关以外,与其他性状均成极显著的正相关关系。干物质产量与株高和茎粗的最优回归方程为y=-9.583+0.123x₁+0.803x₂（R²=0.611,F=14.149^**）。综合结果分析,该地区燕麦的适宜施氮量为90~120 kg·hm^-2。     

不同粒度猫尾草对羔羊体外发酵特性和微生物数量的影响

通过Rusitec-s体外发酵系统研究不同粒度猫尾草对羔羊体外发酵参数与微生物数量的影响,选取6种不同粒度(1.00、2.36、3.35、4.75、8.00和12.50 mm)的猫尾草作为试验饲粮的纤维来源,按照猫尾草的粒度将试验分为6个处理组,每个处理4个重复,利用Rusitec-s型人工瘤胃模拟装置进行48 h体外发酵,测定养分降解率、发酵参数及发酵液中6种微生物菌群的拷贝数。结果表明：与其他处理组相比,2.36 mm组显著提高了体外中性洗涤纤维降解率(IVNDFD)、丁酸、异丁酸、戊酸、异戊酸摩尔比和溶纤维丁酸弧菌(B. f)数量(P<0.05),且显著降低总产甲烷菌(TMe)数量(P<0.05)。总菌(TB)与氨态氮(NH3-N)浓度、乙酸摩尔比呈正相关(R²=0.84,P=0.038;R²=0.88,P=0.021);B. f数量与丙酸摩尔比呈正相关(R²=0.82,P=0.045),且与pH呈负相关(R²=-0.98,P=0.001);TMe数量与体外粗蛋白质降解率(IVCP...     

不同养分添加对高寒植物功能性状的影响

为研究不同养分添加下高寒植物功能性状的变化情况,预测大气氮、磷沉降加剧背景下植物功能性状的演变趋势,本试验分析了高低浓度梯度氮、磷养分添加对青海省门源县典型高寒草甸10种常见物种功能性状的影响。结果表明:氮单独添加和氮、磷交互作用对所测6种功能性状均无显著影响;磷单独添加和高磷单独添加分别对比叶面积、叶干物质含量影响显著(P<0.05),对其余功能性状无显著影响;氮、磷混合添加显著影响了除地上生物量外5种功能性状(P<0.05);大部分物种对氮、磷单独添加不敏感,氮、磷混合添加对除甘肃棘豆(Oxytropis kansuensis)和美丽风毛菊(Saussurea pulchra)外的8种植物多种功能性状影响显著(P<0.05)。本研究表明大气氮、磷沉降持续加剧可能会使高寒植物高度增加、叶片变大变薄,茎密度减小,地上生物量变化不明显或仅略微增加。     

象草若干生物学性状与产量的关系分析

为研究不同类型象草(Pennisetum purpureum Schum.)产量与形态特征之间的关系,以杂交狼尾草(Pennis-etum americanum×P.purpureum)为对照,于2007年对16个象草实生苗株系以及紫象草(114)进行研究,对产量、叶/茎比、株高、分蘖数、叶长、叶宽以及茎粗等生物学性状进行了分析。结果表明:所有调查性状品系间存在显著差异(P<0.05);株高、分蘖数与产量成极显著正相关(P<0.01);叶长、叶/茎比与产量成极显著负相关(P<0.01);通径分析认为株高、叶/茎比对产量的直接作用最大;根据产量、株高以及叶/茎比等生物学性状可将参试材料分为矮生多蘖、较高中蘖、较高少蘖以及高大少蘖共4种类型。     

短期增温对川西北高寒草甸植物群落结构和叶片性状的影响

为探究高寒草甸群落和常见植物对气候变暖的响应,本研究以川西北高寒草甸植物群落及垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)、四川嵩草(Kobresia setschwanensis Hand.-Mazz.)、无脉薹草(Carex enervis C. A. Mey.)、蒲公英(Taraxacum mongolicum Hand.-Mazz.)、蓝玉簪龙胆(Gentiana veitchiorum Hemsl.)、小花草玉梅(Anemone rivularis Buch.-Ham. var. flore-minore Maxim.)和鹅绒委陵菜(Potentilla anserina L.)7个常见物种为研究对象,研究短期增温对高寒草甸群落结构和常见植物的叶片性状的影响。结果表明：增温降低了植被群落丰富度指数(P<0.05),但未显著改变其群落高度、盖度、多样性指数和均匀度指数。增温显著增加了禾本科植物的盖度和重要值。增温后植物的叶宽、叶长、叶周长和比叶面积总体呈增加趋势,叶磷含量呈降低趋势,叶氮含量和氮磷比对增温的响应则因物种而异,表明高寒草甸植物对短期增温表现出了不同的适应策略。     

高寒灌丛草甸生态系统CO2释放的初步研究

以金露梅(Potentilla fruticosa)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)。