模拟增温和不同氮素添加对三江源区高寒草甸草地生产力影响初步探究

为了研究高寒草甸草地植被对模拟增温和不同氮素添加的响应机制,试验在野外条件下对三江源区高寒草甸进行模拟增温和铵态氮、硝态氮的氮素添加,进行植物群落结构调查,检测物种丰富度、多样性指数、植物种群重要值。结果表明:增温施铵态氮、增温施硝态氮处理的植被高度显著高于对照(P0.05),盖度无显著差异(P0.05);生物量增温施铵态氮、增温施硝态氮处理显著高于增温不施氮处理和对照(P0.05),并且从高度和优良牧草生物量来看增温施铵态氮、增温施硝态氮处理均高于其他处理,但高度增温施硝态氮增温施铵态氮,生物量增温施铵态氮增温施硝态氮,增温施铵态氮处理优势种重要值比较高,增温不施氮处理能增加群落丰富度指数、均匀度指数和多样性指数,且阻碍了土壤水分含量的增加,增温施铵态氮处理的土壤水分含量相对较高。说明增温和施铵态氮互作更有利于植物的生长。     

增温施氮素对三江源区高寒草甸五种植物生长影响的初步研究

通过在野外条件下对三江源区高寒草甸5种植物进行模拟增温和氮素添加试验,以了解模拟增温和氮素添加对五种植物生长的影响。结果表明,小嵩草、垂穗披碱草、美丽凤毛菊高度均为增温施氮处理最高,而麻花艽增温不施氮处理最高、株芽蓼不增温施氮处理最高;美丽风毛菊叶片数不增温施氮处理最高,麻花艽不增温施氮处理显著高于增温施氮和增温不施氮处理(P<0.05),株芽蓼不增温不施氮处理显著高于其他处理(P<0.05);风毛菊叶长增温施氮处理最高,且显著高于不增温不施氮处理(P<0.05),麻花艽不增温施氮处理最高,株芽蓼叶长各处理之间均无显著差异(P>0.05);风毛菊叶宽幅增温施氮处理最高,且显著高于不增温不施氮处理(P<0.05),麻花艽不增温不施氮处理最高,株芽蓼叶宽幅各处理之间均无显著差异(P>0.05)。总的来看,增温施氮对不同植物影响差异较大。     

模拟增温和添加氮素对高寒草甸草地生产力影响的初步研究

为探索高寒草地植被对模拟增温和添加氮素的响应机制,通过在野外对高寒草甸进行模拟增温和硝态氮、铵态氮的氮素添加试验,研究模拟增温和添加氮素对高寒草地群落物种组成、生产力及土壤水含量的影响.结果表明:增温和添加氮素可显著增加植物地上总生物量、优良牧草地上生物量和植被平均高度(P <0.05).增温处理能增加植物种类,且有利于杂类草生物量的增加;对几种主要植物来说,增温施氮互作下植株高度高于其他处理,土壤0～15和15～30 cm水分均先减少后增加,且都为不增温不施肥处理最高.可见增温施氮互作处理能够促进植被的生长,但不利于土壤水分的增加.     

不同形态及配比的氮素对高寒草甸植物生长高度和生物量的影响

为探索提高青藏高原高寒草甸草地生产力的科学施肥途径,通过小区施肥试验,研究添加不同形态及配比的氮素对称多县高寒草甸植物生长高度和生物量的影响。在2013年添加氮素的当年,选用的9个物种的生长高度对添加不同形态氮素及配比处理的响应表现出多元特征;除有机态氮外,铵态氮、硝态氮、酰胺态氮3种形态的氮素对禾本科、莎草科、杂类草的平均草丛高度有显著影响（P<0.05）,不同形态氮素添加对禾本科、莎草科、杂类草功能群以及群落总生物量影响显著（P<0.05）,但铵态氮和硝态氮的不同配比间差异不显著。     

垂穗披碱草群落退化演替的植被特性及其与土壤性状的相关性研究

对垂穗披碱草(Elymus nutans)群落退化演替的植被特性及其与土壤性状的相关性进行了研究。结果表明:在垂穗披碱草群落退化演替过程中,垂穗披碱草的优势度显著下降,物种丰富度和多样性指数显著上升;禾草功能群逐渐衰落,莎草、杂类草功能群渐趋兴盛;演替后期,群落性状趋于稳定。土壤特征主要表现为有机质、全氮、全磷、铵态氮、硝态氮、水分和容重逐渐回升,其中土壤全氮、有机质和铵态氮回升速率尤为显著。垂穗披碱草优势地位的维持主要依赖于种间竞争的最小化和土壤肥力水平的持续稳定,其中氮素水平起主导性作用。补充氮素的最佳时机是垂穗披碱草优势度的峰值期或峰值前期。     

藏北高原人工垂穗披碱草种群生物量分配对施氮处理的响应

在藏北高原研究高寒草甸退化区人工建植垂穗披碱草种群生物量分配及其对施氮处理的响应。结果表明,1) 2年龄的人工垂穗披碱草种群在最高施氮处理175 kg N/hm²下可提高群落盖度42.0%,增加牧草产量808 kg/hm²;2) 表施氮肥能够促进植株个体及各构件的生长,对生物量分配模式无明显改变;3) 表施氮肥处理可提高垂穗披碱草叶片生物量比重,在105 kg N/hm²处理下茎叶比最小(2.187);4) 施氮处理不能明显改变其繁殖分配模式,其繁殖分配主要受遗传因素控制;5) 建植早期施氮处理能促进人工草地群落植被对土壤氮、磷的吸收。     

青藏高原高寒草甸花期物候和群落结构对氮、磷、钾添加的短期响应

在中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站的矮嵩草草甸水肥样地进行了氮、磷、钾施肥添加试验,研究了施肥对植物花期物候和群落结构的影响。结果表明,施肥使矮嵩草草甸有效积温增加,地下5cm和地上10cm有效积温的大小均为:氮磷钾对照;施肥使垂穗披碱草、甘青剪股颖、冷地早熟禾、矮嵩草、黑褐薹草、双柱头藨草、美丽风毛菊的始花期、终花期显著推迟(P0.05),而鹅绒委陵菜和麻花艽的始花期、终花期显著提前(P0.05);施肥后禾草的花期持续期小于莎草和杂类草;与对照相比,垂穗披碱草-麻花艽、垂穗披碱草-美丽风毛菊、甘青剪股颖-麻花艽和冷地早熟禾-麻花艽的开花时间(始花期)上的差异变小,种间开花时间重叠增加;非度量多维尺度分析的检验结果为,对照、钾、磷和氮处理下其群落之间的相似程度逐渐降低,添加氮、磷促进了非相似性群落的形成。熵值法综合评价分析得出,对矮嵩草草甸添加氮、磷后,花期物候响应较为敏感的物种为:垂穗披碱草、矮嵩草、麻花艽和美丽风毛菊。     

增温和氮添加对高寒草甸土壤微生物氮素生理群的影响

为了揭示高寒草甸土壤微生物氮素生理群对增温和氮素添加的响应机制，本研究采用模拟增温和添加不同形态氮素的方法，研究了增温和氮素添加对三江源区高寒草甸土壤中硝化细菌﹑反硝化细菌﹑自生固氮菌﹑氨化细菌的影响。结果表明：各处理中土壤微生物氮素生理群的数量分布呈现自生固氮菌 > 反硝化细菌 > 氨化细菌 > 硝化细菌；增温和氮添加处理均显著增加0~15 cm和15~30 cm土壤氮素生理群数量，硝态氮处理下4种氮素生理群数量均高于铵态氮处理，且硝化细菌和自生固氮菌的数量在添加的不同氮素之间差异极显著（P<0.01），而反硝化细菌和氨化细菌的数量差异不显著；增温和添加氮素交互影响土壤微生物氮素生理群数量分布特征，具体表现为促进作用。本研究结果为揭示高寒草甸在全球气候变暖和氮沉降的背景下的响应规律提供数据支撑。     

祁连山东缘高寒草甸植物及各部位对氮素添加的响应

为探究氮添加处理下高寒草甸草原植物的氮吸收和分配模式,本研究以祁连山东段高寒草甸草原为研究对象,分别施入0,10,20,30,40 g·m^-2的尿素,测定不同施氮水平下不同经济类群和优势种植物的生物量、整个植株及各部位氮含量等。结果表明：相比于豆科和杂类草,禾本科和莎草科植物对于氮素的利用率更为高效;施氮与扁蓿豆（Trigonella ruthenica L.）、矮生嵩草（Kobresia humilis）、垂穗披碱草（Elymus nutans）植物氮含量显著相关,与赖草（Leymus secalinus）和球花蒿（Artemisia smithii）的相关性较弱;施氮后植物叶片氮含量最高,其次是穗/花,茎的氮含量最低,且施氮对于植物叶片的氮含量有显著影响,对茎和穗/花的影响不显著。     

氮添加对高寒人工草地垂穗披碱草(Elymus nutans)生长及光合特性的影响

为研究氮添加对高寒人工草地垂穗披碱草(Elymus nutans)生长及光合特性的影响,试验以高寒生态条件下垂穗披碱草为研究对象,通过施加不同水平氮素[0 kg·hm^-2·a^-1(N0),12 kg·hm^-2·a^-1(N1),24 kg·hm^-2·a^-1(N2),48 kg·hm^-2·a^-1(N3),96 kg·hm^-2·a^-1(N4)],探讨氮素对人工建植垂穗披碱草生长以及光合特性的影响,以期揭示垂穗披碱草对氮添加的响应规律。结果表明：N2,N3处理明显提高了垂穗披碱草株高、叶长、叶宽以及单叶面积;整个生育时期,随着氮肥施用量的增加,垂穗披碱草的净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率呈现先增后降的趋势,胞间CO₂浓度大体呈上升趋势,气孔导度变化不显著。综上,N2,N3处理可提高垂穗披碱草生长性能,促进其光合特性和水分利用效率。试验结果为垂穗披碱草的生长以及光合特性对氮沉降的响应提供理论基础。     

氮添加对高寒草甸植物花期物候和群落结构的影响

测定了2009-2011年3年氮素添加处理下,青藏高原东缘高寒草甸植物群落30个常见组分种的始花期、花期植株高度、群落高度(CWM H)和群落比叶面积(CWM SLA),并用非度量多维尺度分析(NMDS)检验了氮素添加对群落水平的花期物候和群落结构的影响。结果表明,氮素添加后物种的花期植株高度显著增加(P<0.05);莎草和禾草的始花期显著推迟(P<0.05),豆科植物的始花期对氮素添加无明显响应,而其他双子叶类杂草的始花期的响应不一致：菊科的始花期推迟,毛茛科、龙胆科和玄参科的始花期均提前;高氮处理(HN)下的变化大于低氮处理(LN)。物种多样性随着氮素添加的增加而降低 (P<0.05)。氮素添加后群落高度和群落比叶面显著提高(P<0.05)。氮素添加显著降低了氮素处理和对照之间开花物候加权的群落结构相似性(Stress Value=0.08)。植物花期物候对氮素添加的响应差异可能会引起植物在繁殖及相互竞争共存上的新格局,最终改变群落组成。     

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。     

典型高寒植物有性繁殖对长期增温的响应

近年来,全球气候变化影响植物群落已经成为研究热点,植物有性繁殖对环境条件微小变化的响应十分敏感。为探究高寒植物采取何种生长繁殖策略以适应全球气候变暖,从而预测高寒植被群落变化趋势,本研究利用开顶式生长室（Open-Top Chambers,OTCs）装置模拟增温,探究增温对高寒植物中常见的矮生嵩草（Kobresia humilis）、青藏苔草（Carex moorcroftii）,和垂穗披碱草（Elymus nutans）有性繁殖特征的影响。结果表明：1）增温下矮嵩草繁殖枝数量、有性繁殖效力极显著降低（P<0.01）,青藏苔草小穗长度显著增加（P<0.05）,垂穗披碱草小穗长度在增温下极显著增加（P<0.01）;2）增温导致矮嵩草和垂穗披碱草种子生产能力显著降低（P<0.05）,青藏苔草种子产量变化不明显（P<0.05）;3）3种植物发芽势在增温下呈现显著降低的趋势（P<0.05）,但发芽率无显著变化（P<0.05）;4）经热图（heatmap）分析,高寒植物有性繁殖对增温响应不一致,且增温严重抑制矮嵩草有性繁殖。综上,在气候变暖下,不同植物可能表现出不同的适应策略,矮嵩草有性繁殖受到增温的抑制,且最为敏感。     

阔叶类草抑制剂和氮素添加对高寒草地垂穗披碱草营养品质的影响

【目的】解决甘南州桑科草原高寒草地阔叶类杂类草大量繁殖而产生的草地质量下降等问题。【方法】采用不同浓度阔叶类草抑制剂（0、0. 9、1. 5、2. 1 kg/hm² ）和不同氮素添加水平（0、75、150、 225 kg/hm² ）相结合的方式，研究其对甘南高寒草地优势禾草垂穗披碱草营养品质的影响。【结果】喷洒抑制剂后垂穗披碱草营养品质显著高于对照（P＜0. 05），且在较高喷施浓度（2. l kg/hm² ）时，垂穗披碱草粗蛋白（CP）、钙（Ca）、磷（P）和粗脂肪（EE）含量分别较对照提高了 2. 18%、9. 23%、9. 52% 和 8. 66%，而中性洗涤纤维（NDF）和粗灰分（Ash）含量分别较对照降低了 3. 31%、14. 21%，酸性洗涤纤维（ADF）在 1. 5 kg/hm² 浓度时较对照显著降低 35. 83%；施氮处理下垂穗披碱草品质显著高于对照（P ＜0. 05），且在较高施氮水平（225 kg/hm² ）时 ，其 CP、Ca、P 和 EE 含量较高 ，分别较对照提高了 27. 94%、35. 09%、14. 29% 和 11. 79%，而 NDF 和 ADF 含量显著降低 ，分别较对照降低了 6. 45%、 12. 55%，对 Ash 含量影响不显著；抑制剂和氮素添加存在显著交互关系，在 2. 1 kg/hm² 浓度抑制剂和 225 kg/hm² 施氮水平下，垂穗披碱草 CP、Ca、P 和 EE 含量均高于其他处理组合，NDF 和 Ash 含量低于其他处理组合。【结论】研究结果对高寒草地提质增效及畜牧业可持续发展具有重要意义。     

外源氮素添加对长江源区高寒沼泽草甸土壤养分及植物群落生物量的影响

为探讨氮沉降对高寒沼泽草甸土壤养分及其群落生物量的影响,本研究对风火山地区3种氮添加处理下（0,5和10 g N·m^-2·a^-1）土壤养分及植物群落生物量展开研究。结果显示：外源氮素添加使得沼泽草甸土壤趋向酸化、土壤有机碳及全氮含量发生改变,显著影响了植物对土壤养分的吸收利用,除繁殖期土壤有效氮显著增加外,其他时期显著降低;外源氮素添加使得群落地上生物量增加,总生物量与地下生物量除返青期显著增加外,其他时期明显减少;整个生长季地下生物量的分配比例随施氮的增加而下降;土壤有效氮含量与植物群落生物量及其分配均显著相关（P<0.01）。综上所述,长江源区高寒沼泽草甸土壤有效氮和植物群落生物量对土壤氮素状况的变化反应敏感,在有效养分匮乏的高寒沼泽草甸添加氮素能够促进植物地上部分的增长,从而改变其自身光合产物的分配模式。     

温度和混播比例对红豆草-垂穗披碱草群体生长及种间竞争的影响

通过温室盆栽试验研究了不同温度(10℃、15℃和25℃)和混播比例(8∶0、6∶2、4∶4、2∶6和0∶8)对红豆草(Onobrychis viciaefolia)-垂穗披碱草(Elymus nutans)群体植物地上部生长(株高、叶面积指数、地上生物量)、地下生物量、根冠比及混播物种种间竞争性(相对产量总和)的影响。结果表明,增温整体上有利于红豆草与垂穗披碱草高度、叶面积指数、地上及地下生物量的增加。10℃及15℃下4∶4混播比例(红豆草∶垂穗披碱草,下同)和15℃、25℃下2∶6混播比例地上生物量较大。在不同温度下,随着混播群体中垂穗披碱草所占比重增加,植株根冠比有增加趋势。从种间竞争性来看,除10℃和15℃下2∶6混播比例外,其余各处理种间竞争一般小于种内竞争。综合来看,红豆草和垂穗披碱草豆禾混播组合具有明显的混播优势,垂穗披碱草所占比重增加有利于混播群体产量优势与抗旱抗寒性能(根冠比表征)的提升,在气温25℃和2∶6混播比例组合下红豆草-垂穗披碱草混播群体具有较好的混播优势。以上结果可为高寒地区红豆草与垂穗披碱草混播草地建植区域及混播比例的选择提供一定的参考价值。     

施氮和灌溉互作对垂穗披碱草生物量及构成要素的影响

施氮和灌溉是提高牧草产量和资源利用效率的重要途径。本研究采用盆栽试验分析了不同氮素水平(0、200和400 mg·kg–1)和灌溉量(土壤饱和持水量的35%～40%、 60%～65%、 75%～80%)互作对垂穗披碱草(Elymus nutans)生物量及其构成要素的影响。结果表明:随施氮量增加,垂穗披碱草株高、分蘖数、地上地下生物量比呈显著增加趋势(P 0.05),地上生物量先增加后降低,但施氮量对垂穗披碱草根系体积和根系生物量没有显著影响(P0.05)。随灌溉量增加,垂穗披碱草株高、分蘖数、地上生物量、根系体积、根系生物量呈显著增加趋势(P 0.05),地上地下生物量比先增加后降低。施氮和灌溉互作时垂穗披碱草株高、分蘖数、地上生物量、地上地下生物量比呈开口向下的抛物线趋势,其中施氮量为200 mg·kg–1、灌溉量为土壤饱和持水量60%～65%时最佳。因此,施氮和灌溉互作对垂穗披碱草产量及构成要素具有明显的协同增加效应,且存在最佳组合模式。     

矮嵩草草甸不同功能群主要植物种生长特征与地温的相关性分析

基于国际冻原计划(ITEX)模拟增温效应对植物影响的研究方法,设置温度梯度从物种个体水平研究各功能群主要植物种生长特征与地温的相关性,旨在探讨全球变暖背景下,矮嵩草草甸各功能群植物种生长特征对地温升高的响应。结果表明:莎草科功能群植物黑褐苔草(Carex alrofusca)的高度与地温呈线性关系(P<0.01),而分蘖数、叶片数与地温呈二次函数关系,但不显著;矮嵩草(Kobresia humilis)的分蘖数、叶片数及高度与地温均呈二次函数形式变化(P<0.05)。禾本科功能群植物垂穗披碱草(Elymus nutans)和草地早熟禾(Poa pratensis)的分蘖数、叶片数、高度均与地温呈线性正相关关系(P<0.01)。杂类草功能群植物短穗兔耳草(Lagotis brachystachya)的匍匐茎数与地温呈二次函数关系,但不显著,而其叶片数、高度均与地温呈线性相关关系(P<0.01);鸟足毛茛(Ranunculus brotherusii)的花蕾数、叶片数、高度均与地温均呈线性相关关系(P<0.01)。综上表明,不同功能群植物种对地温升高的响应是不一致的,如果地温持续升高对禾本科功能群植物种的生长有利,而对莎草科和杂类草功能群植物种均不利。     

祁连山高寒草甸4种植物荧光特性的季节变化

高寒草甸围栏草地上选取矮嵩草(Kobresia humilis)、垂穗披碱草(Elymus nutans)、扁蓿豆(Melissitus rutenica)、黄花棘豆(Oxytropis ochrocephala)4种优势植物,用Mini-IMAGING-PAM测量叶片叶绿素荧光参数的季节变化。结果显示:(1)8月干旱,植物的光合能力受到严重影响,Fv/Fm、qP、ETR值都显著降低,所以8月是当地草地的敏感期;(2)矮嵩草、垂穗披碱草、黄花棘豆在生长后期的光合能力不如生长前期,而扁蓿豆在生长后期要高于前期,而且抗旱能力要高于其他3种植物;(3)垂穗披碱草、黄花棘豆、扁蓿豆在生长后期的光保护能力高于前期,矮嵩草在生长前期高于后期。     

高寒草甸优势种功能多样性对增温和模拟放牧的响应

为探究全球变化背景下高寒草甸优势牧草的功能性状与生态系统功能的关系及变化,本研究以高寒草甸的3种优势种矮嵩草（Kobresia humilis）、冷地早熟禾（Poa crymophila）和垂穗披碱草（Elymus nutans）为试验材料,采用国际通用的开顶式生长小室（Open top chambers,OTC）的增温方法模拟全球变暖,测定增温后优势种的功能多样性指标以及群落的生产力和稳定性。结果表明：中度增温对高寒草甸群落功能丰富度和功能离散度有积极影响,但降低了功能均匀度,而轻牧只提高了功能离散度;增温和放牧均会降低高寒草甸群落稳定性和地上生产力。高寒草甸的群落稳定性与地上生产力没有显著关系;优势种的功能多样性并不影响群落稳定性,但是与群落地上生物量是负相关关系,增温没有改变这种影响方式,轻度放牧会调控优势种的功能多样性以提高地上生产力。在未来持续气候变化的背景下,适度放牧是一种保持草地可持续发展的良好管理方式。