人类活动对高寒矮嵩草草甸的碳容管理分析

应用空间尺度代替时间尺度的方法研究青藏高原高寒矮嵩草草甸退化演替系列与人工草地恢复演替系列植物、土壤及植物-土壤系统有机碳分布及储量特征,以探讨该类型草地的适宜碳容管理方式。结果表明,随着草地退化程度的加剧,草地载畜能力逐渐下降;地上植物有机碳储量逐渐降低,最高值出现在禾草-矮嵩草草甸,为(145.9±6.7) g/m²;土壤有机碳储量和土壤-植物系统有机碳储量均先增高后降低,最高值均出现在矮嵩草草甸,其土壤及植物-土壤系统有机碳储量分别为(14 023.1±289.5) g/m²和(18 555.7±879.7) g/m²。对极度退化的高寒矮嵩草草甸(黑土滩-杂类草次生裸地)进行人工草地建植,随着建植年限的增加,地上植物、土壤及植物-土壤系统有机碳储量较建植前有不同程度提高。说明矮嵩草草甸是该退化演替系列中碳储能力、经济生产服务能力及生态系统稳定性配比最合理的阶段,是该退化演替系列的适宜碳容管理阶段;对黑土滩-杂类草次生裸地建植人工草地后围栏禁牧,可以明显提高草地的生态及生产服务能力,是该类草地的适宜碳容管理方式。     

草毡表层演化对高寒草甸水源涵养功能的影响

高寒草甸占青藏高原面积的60%,是高原水源涵养功能发挥的主体基质。近几十年来高寒草甸呈现多模式、多途径、重危害的退化特征,已对我国水资源安全造成威胁。因此,在青海省果洛州和海北州,以典型高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸为研究对象,采取时空互代的方法,对其草毡表层厚度对土壤持水功能的影响进行研究,并分析影响水源涵养功能发挥的土壤因子,明晰人类活动干扰对高寒草甸水源涵养功能的作用。结果表明:随着高寒矮嵩草草甸由禾草-嵩草群落向矮嵩草群落、小嵩草(Kobresia pygmaea)群落和杂类草-"黑土型"次生裸地的演替,其土壤饱和持水量和田间持水量均呈单峰变化曲线,最高值出现于小嵩草群落时期(草毡表层开裂期),分别为117.08%和105.75%,最低值出现于杂类草-"黑土型"退化草地时期,分别为70.00%和60.92%;在自然条件下,草地自然含水量表现出随退化演替持续降低的趋势,土壤持水能力和草地自然含水量呈现出不同的行为分异特征。土壤容重、孔隙度、活根/土体积比、草毡表层厚度和地表生物结皮发育程度均是影响高寒矮嵩草草甸土壤持水能力发挥的主要因子,持水量与土壤孔隙度和活根/土体积比成正比,与土壤容重成反比,土壤中牧草活根对水分的吸附是高寒矮嵩草草甸水源涵养的主要机制。土壤降水入渗速率与土壤持水量无关,但却与草地自然含水量成显著相关关系。草毡表层的加厚,有利于土壤持水能力的提高,但伴随着生物结皮扩张与老化,会导致降水入渗速率的降低。保持适度厚度的草毡表层是保障高寒矮嵩草草甸水源涵养生态功能发挥的关键。     

高寒矮嵩草草甸退化过程土壤碳氮储量及C/N化学计量学特征

以空间尺度代替时间尺度对青藏高原高寒矮嵩草草甸退化演替系列土壤表层有机碳和全氮储量及碳/氮比化学计量学特征进行了分析。结果表明:随退化程度的加深,高寒矮嵩草草甸退化演替系列0～10cm、10～20cm和0～20cm土壤有机碳储量变化趋势呈倒"V"字型,最高值出现在小嵩草草甸草毡表层开裂期,最低值出现在小嵩草草甸草毡表层剥蚀期;0～10cm、0～20cm土壤全氮储量变化特征与对应层次有机碳储量特征变化相同,而10～20cm土壤全氮储量变化趋势较有机碳滞后,最高值出现在小嵩草草甸草毡表层加厚期,最低值出现在黑土滩-杂类草次生裸地。土壤碳/氮比化学计量学变化趋势亦呈倒"V"字型,其中0～10cm、10～20cm最高值出现在正常小嵩草草甸,0～20cm最高值出现在矮嵩草草甸,各土壤层次碳/氮比最低值均出现在小嵩草草甸草毡表层开裂期。高寒矮嵩草草甸退化演替系列有机碳、全氮储量同碳/氮比分异特征表明,土壤碳/氮比化学计量学特征对草地退化的响应较储量特征敏感,其拐点正常小嵩草草甸是草地碳积累速率最高点,小嵩草草甸草毡表层开裂期是碳源汇转换拐点。     

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0～5 cm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5～10 cm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。     

嵩草草甸退化和恢复过程中主要牧草演替和地表特征变化

以青藏高原高寒草甸禾草、矮嵩草和小嵩草的重要值及斑块变化为对象,研究其在嵩草草甸退化和恢复过程中的变化规律。结果表明,退化中的嵩草草甸小嵩草重要值显著高于矮嵩草和禾草,样带调查显示在小嵩草样带矮嵩草盖度急剧降低,黑斑盖度增加近一倍,小嵩草斑块分布普遍;重牧小嵩草草甸小嵩草成为优势种,重要值显著高于矮嵩草和禾草(P＜0.05),黑斑面积增大,塌陷增多,矮嵩草斑块出现几率小;恢复中的小嵩草草甸禾草重要值增大,矮嵩草恢复慢,恢复斑块上禾草成为优势种,小嵩草斑块接近消失,黑斑和秃斑面积急剧缩小,植被盖度增加;恢复较好的草甸禾草成为样地的优势种,矮嵩草和小嵩草的重要值低(零星斑块分布),没有黑斑和秃斑出现。高寒草甸退化引起优势植物更替,地表黑斑和秃斑严重,封育和减牧措施能够有效恢复退化的草甸。     

放牧强度对嵩草草甸草毡表层及草地营养和水分利用的影响(简报)

在中国科学院海北高寒草甸生态系统研究站地区,选择了5个自然放牧梯度、处于4种典型退化阶段的高寒嵩草草甸为研究对象,进行了土壤草毡表层加厚引起的系统氮、磷分配和水分利用的变化过程研究。结果表明,随着放牧强度的增加,草地禾本科植物逐渐减少,莎草科植物成为优势种群,在莎草属牧草特殊的生物学特性(高地下/地上)的驱动下,土壤草毡表层逐渐加厚,从异针茅 羊茅-嵩草草甸群落的4.03±0.49 cm发育到小嵩草群落阶段的10.1±0.38 cm;矮生嵩草群落时系统生长需要的氮、磷养分数量急剧增加,分别从11.26到22.94 g/m2、0.81到1.63 g/m2,成为生物固定累积于土壤;同时致密加厚的、特别是老化死亡的草毡表层的存在,使土壤水分的渗透速率从异针茅 羊茅-嵩草草甸群落的2.18 mm/min降低到小嵩草群落的0.37 mm/min,使系统接受自然降水的能力大大减弱,水分的利用效率极低,而根系数量的急剧增长导致需水量的增加,土壤湿度逐渐降低,降幅最大达到44.90%。草毡表层加厚导致的营养供求失调、干旱胁迫是引起高寒嵩草草地退化的内在原因之一。     

川西北亚高山草甸放牧退化演替研究

研究不放牧、轻牧、中牧和重牧对四川嵩草群落特征和草地土壤养分的影响.结果表明:亚高山草甸在放牧干扰下的演替序列为:四川嵩草 小嵩草(包括多年生禾草)-多年生杂类草→小嵩草 四川嵩草-多年生杂类草→多年生杂类草→鹅绒委陵菜-高原毛茛十一、二年生杂类草;群落由高大丛生的嵩草群落向低矮耐牧的匍匐型、莲座状植物组成的杂类草群落演变,其间以直立多年生杂类草群落为过渡.     

高寒矮嵩草草甸不同退化演替阶段植物群落地上生物量分析

通过对高寒矮嵩草草甸不同退化演替阶段植物群落的研究显示,随着退化程度的加重,群落的组成和优势种等发生了很大的变化,植物群落从以禾本科为主,向以杂类草为主的群落演替.中度和重度退化样地与原生植被样地的禾草类、莎草类以及群落总生物量差异极显著(P<0.01).随退化程度的加深,禾草类、莎草类等优质牧草比例下降,取而代之的是杂类草,其比例明显升高,在群落中占据优势地位.     

不同牧压梯度下高寒草甸演替及植物物种多样性分异特征

通过对不同牧压梯度导致的4个相邻高寒草甸植物群落物种多样性的调查,探讨了放牧驱动下高寒草甸演替及植物物种多样性分异特征,以期为高寒草甸合理利用提供依据。结果表明:矮嵩草时期与小嵩草草毡表层开裂期的多样性指数D差异不显著,其他3个阶段间差异显著(P0.05);多样性指数H除禾草矮嵩草时期与小嵩草草毡表层开裂期,矮嵩草时期与小嵩草草毡表层加厚期差异不显著外,其他均差异显著(P0.05);均匀度指数除矮嵩草时期与小嵩草草毡表层加厚期差异不显著,其他3个时期差异均达到显著水平(P0.05);放牧明显改变了高寒草甸的主要建群种和优势种,伴随牧压强度增大,植物群落发生更替,莎草科重要值增大,禾本科重要值减小,草甸植物群落由禾草矮嵩草时期向矮嵩草时期、小嵩草草毡表层加厚期、小嵩草草毡表层开裂期演替。     

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。     

高寒草甸不同斑块草地土壤微生物多样性特征研究

本文以矮嵩草（Kobresia humilis）高寒草甸及退化后形成的不同退化斑块群落类型草地土壤为研究对象,利用Illumina MiSeq高通量测序技术分析了不同斑块草地土壤中微生物群落结构组成和多样性变化特点,并分析了土壤微生物与土壤养分之间的相关性。结果表明：以矮嵩草为优势植物的高寒草甸群落变为以细叶亚菊（Ajania tenuifolia）、黄帚橐吾（Ligularia virgaurea）和甘肃马先蒿（Pedicularis kansuensis）为优势的群落或斑块后,土壤真菌群落丰富度和多样性未呈现出显著差异,但土壤细菌群落表现出了差别,表现为细叶亚菊和黄帚橐吾斑块土壤细菌丰富度指数显著高于矮嵩草草甸,而甘肃马先蒿斑块的低于矮嵩草高寒草甸。优势植物种类变化和土壤养分含量显著下降引起土壤真菌营养类型的分化,草地退化降低了腐生营养型真菌丰度,增加了共生营养型真菌丰度。土壤养分、pH和水分含量对真菌群落影响相对较小,对细菌群落影响相对较大。     

藏北不同退化阶段高寒草甸植物群落特征与土壤养分特性

为探究藏北不同退化阶段高寒草甸的植物群落特征、土壤养分特性及其相关性,以那曲县那玛切村的轻度退化（lightly degraded,LD）、中度退化（moderately degraded,MD）和重度退化（severely degraded,SD）高寒草甸为研究对象,采用冗余分析（RDA）试图揭示不同退化阶段高寒草甸土壤环境因子与植被因子之间的关系。结果表明：1）研究区植物共有9科20属25种,莎草科、禾本科、菊科和蔷薇科植物适应性较强,不同退化草甸植被类型分别为高山嵩草+斑唇马先蒿,弱小火绒草+高山嵩草,二裂委陵菜+白苞筋骨草,其中高山嵩草是轻、中度退化草甸的优势种,不同退化阶段高寒草甸杂类草均占据重要地位,生活型以多年生草本为主。2）从轻度退化草甸到重度退化草甸,植物群落特征（地上生物量、高度、密度、频度、总盖度）整体呈递减趋势,且差异显著（P<0.05）,Shannon-Wiener多样性指数、Margalef物种丰富度指数、Simpson优势度指数、Pielou均匀度指数随着退化加重呈降低的趋势。3）随退化程度加重,土壤有机质、速效氮、全氮、全磷、速效磷、速效钾、全钾均呈降低的趋势,土壤pH值逐步增加。4）不同退化草甸速效磷、全磷与物种多样性指数呈正相关关系,群落植被地上生物量与土壤全氮密切相关,且土壤环境因子含量对植被生长贡献率最高的分别为速效氮、有机质和pH。说明退化草甸的植被群落特征与土壤养分具有协同性,因此研究和治理西藏高寒草地退化必须重视土壤中氮磷元素的含量。     

藏东南高寒草甸两种嵩草根系导管解剖结构对生境干旱化的响应北大核心CSCD

导管是植物输导水分的通道,其结构的可塑性是植物适应生境的重要机制,也将决定水分输导的效率和安全性。矮生嵩草和大花嵩草是对水分依赖程度不同的生态类型,两者输导水分的效率和安全性是否存在差异?在藏东南高寒草甸沿土壤水分梯度设置6个样方,采集矮生嵩草和大花嵩草根系若干,采用石蜡切片和显微照相测量法,测量两种嵩草导管直径、管腔面积、管壁厚度等指标,利用相关性分析、单因素方差分析、主成分分析等方法,分析两种嵩草根系导管结构的动态变化及其对土壤水分的响应。结果表明:矮生嵩草管壁厚度与土壤含水率呈显著负相关,导管密度与土壤含水率呈显著正相关(P<0.01);大花嵩草管壁厚度和加固系数与土壤含水率呈显著负相关,管腔面积和导管平均直径与土壤含水率呈显著正相关(P<0.01)。矮生嵩草导管密度和加固系数显著高于大花嵩草,水分输导安全性得到很好的保护;大花嵩草管腔面积、导管平均直径、水力直径显著高于矮生嵩草(P<0.01),水分输导效率优势明显。矮生嵩草窄导管和中型导管比例相当,对水分输导效率和输导安全性的调节能力强;大花嵩草始终以中型导管占比最高,对水分输导效率和输导安全性的调节能力弱。不同生态类型植物对生境干旱化的适应策略不同,矮生嵩草属于耐旱型植物,对水分输导效率和输导安全性的调节能力强,对干旱生境适应能力强;大花嵩草属于湿润型植物,水分输导效率高,但输导安全性低,对干旱生境的适应能力弱。     

黄河源区六种草本植物根系抗拔力特征及其影响因素研究

为探讨黄河源区高寒草地植物根系抗拔力特性,本研究选取青海河南县高寒草地6种优势草本为研究对象,通过原位拉拔、单根拉伸、根-土复合体直接剪切等试验,分析6种植物根系抗拔力特性,探讨植物根径、根数、根长和土体密度、含水率、紧实度、含根量及单根抗拉强度、根-土复合体黏聚力等9种因素对植物根系抗拔力的综合影响。结果表明：6种草本根系抗拔力以矮嵩草(Kobresia humilis K.)最大(46.50 N),高山嵩草(Kobresia pygmaea C. B. Clarke.)次之(37.50 N),冷地早熟禾(Poa crymophila Keng.)最小(16.45 N);根系抗拔力与根径、根数、根长间呈显著正相关(P<0.05),相关系数(R)为0.881,0.727,0.969,与土体密度、紧实度、含根量、根-土复合体黏聚力间呈正相关,与含水率呈负相关。研究结果对探讨黄河源区高寒草地退化力学机理具有理论指导作用,为有效防治区内草地退化、水土流失等地表浅层灾害发生提供理论依据和实际指导。     

混合放牧对高寒草地矮生嵩草生殖枝与营养枝性状的影响

本研究依托高寒草地-家畜系统适应性管理技术平台,通过研究建群种矮生嵩草（Kobresia humilis）叶片宏观性状、资源投入和生殖枝、营养枝潜在关系,以期揭示矮生嵩草种群在中度放牧强度下对放牧方式调控的响应机理。结果表明：牦牛藏羊放牧比例1：6处理矮生嵩草营养枝高度、数量、重量显著高于牦牛藏羊放牧比例1：4处理和牦牛单独放牧处理;单位长度矮生嵩草营养枝重量、生殖枝重量均不受放牧方式影响,且单位长度营养枝重量与单位长度生殖枝重量呈正相关关系;个体生殖枝、营养枝特征呈现协同变化关系,营养枝重量会显著影响营养枝数量,生殖枝数量显著影响生殖枝重量。综上所述,放牧干扰下矮生嵩草在生殖枝和营养枝的资源投入上不存在权衡关系,而是通过增加单位长度的生殖枝、营养枝资源投入量来提高资源分配模式。     

青藏高原两种草甸地表通量季节变化特征

2003年1月-2004年7月运用涡度相关法技术研究青藏高原金露梅(Potentilla fruticosa)灌丛草甸(SWM)和藏嵩草(Kobresia humilis)沼泽化草甸(SRM)的地表通量。结果表明:二者地表湍流通量都具有明显的季节变化和日变化,其中感热通量以4月最大,1月最小,而潜热通量则以5月最大;感热通量随着季节的变动而显著变化,在相同月份中沼泽化草甸白天最大值大于灌丛草甸,日变化振幅比灌丛草甸强;白天潜热通量达到最大值的时间和波动强度因季节不同而各异,在非生长季节白天最大值在13-15h,日波动较弱,生长季节最大值在12h,日波动较强;高寒草甸地表湍流通量与温度间存在着线性关系;不同季节感热通量:沼泽化草甸>灌丛草甸,而潜热通量与感热通量各异,在1月沼泽化草甸>灌丛草甸,在4和10月,沼泽化草甸<灌丛草甸,在7月二者基本一致。     

三江源区高寒草甸植物种群生态位对返青期休牧时间的响应

为研究返青期休牧对高寒草甸物种生态位的影响，在果洛州玛沁县高寒草甸设置5个休牧时间，即0 d (放牧)，20 d，30 d，40 d和50 d，连续两年监测并计算各处理下主要物种重要值。同时，将休牧时间作为环境梯度，研究返青期休牧对植物物种生态位宽度和重叠度的影响。结果表明：与放牧相比，重要值增加最显著的是乳白香青(Anaphalis lactea)和垂穗披碱草(Elymus nutans)，分别增加了455.6%，106.3%；高山嵩草(Kobresia pygmaea)(0.997)、细叶亚菊(Ajania tenuifolia)(0.995)、双柱头藨草(Scirpus distigmaticus)(0.993)的生态位宽度最高；高山嵩草和肉果草(Lancea tibetica)(0.997)、高山嵩草和草地早熟禾(Poa pratensis)(0.996)、双柱头藨草和高山嵩草(0.996)、垂穗披碱草和草地早熟禾(0.995)的生态位重叠度最高。休牧40 d促进莎草科和禾本科植物的生长，抑制毒害草的生长发育。因此，高寒草甸的物种重要值越高，其物种生态位宽度往往也越大。