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。     

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。     

模拟增温对高寒草甸土壤性质的影响

全球变暖严重影响着草地生态系统碳氮循环,了解高寒草地生态系统碳氮循环对合理利用有限的草地资源有着极为重要的意义。为了探索全球气候变暖的背景下草地生态系统碳氮循环过程,本文采用开顶式增温小室（Open top champers,OTCs）连续四年模拟增温,对青藏高原高寒草地生态系统碳库（植物生物量碳库、土壤有机碳库和土壤微生物生物量碳库）动态变化及氮库（植物生物量氮库、土壤有机氮库和土壤微生物生物量氮库）动态变化进行研究。结果显示：模拟增温后,表层土壤年均温度增加了2.50℃,底层土壤年均温度增加了1.36℃。增温处理下植物-土壤-微生物生物量碳含量均高于对照,且土壤微生物生物量碳含量显著高于对照（P<0.05）。模拟增温处理下植物氮含量显著高于对照（P<0.05）。而土壤氮含量与微生物生物量氮含量均低于对照,差异不显著,说明高寒草甸碳氮对温度的响应较为明显。     

模拟干旱对藏北高寒草甸植物物候期和生产力的影响

为探究生长季不同时期干旱事件对高寒草甸植物物候期和生产力的影响,采用截雨棚于藏北高寒草甸生长季前期和后期进行为期2年（2016-2017年）的截雨试验。结果表明：1）植物物候期对不同时期干旱处理响应不同,高寒草甸关键物种植物物候期对生长季前期干旱（SE）响应较为敏感,SE会导致植物返青期大幅推迟,生长季长度和繁殖期明显缩短（P<0.05）,而生长季后期干旱（SL）对植物物候期无显著影响;2）群落和各功能类群的生物量在不同时期干旱处理下均显著降低,总生物量较对照样地下降幅度最大,达62.9%（P<0.05）,群落高度和盖度受到干旱不同程度的抑制,而不同功能类群的响应存在差异;3）群落高度、生物量与生长季长度和繁殖期均呈显著正相关（P<0.05）。表明高寒草甸植被生产力对干旱的响应受物候期的调控,物候期主要通过影响植株高度调控群落生产力,而不同功能类群植物对干旱事件的差异化响应,指示着干旱事件增多和加剧将导致高寒草甸植被群落结构的改变。     

多梯度氮磷添加对高寒草甸植物群落生物量与氮磷含量的影响

为研究不同梯度氮、磷单独及混合添加对高寒草甸植物群落生物量、植物养分含量及化学计量比的影响,本实验分析了青海省门源县典型高寒草甸植物群落地上总生物量,功能群水平地上生物量,植物全氮、全磷含量及氮磷比对多梯度氮、磷添加的响应情况。结果表明：氮、磷添加均对群落地上生物量影响极显著(P<0.001);氮添加对禾草类和豆科生物量影响极显著(P<0.001);磷添加对禾草类和莎草类生物量影响极显著(P<0.001);氮磷交互作用对豆科和莎草类生物量影响显著(P<0.05)。群落水平上,氮添加显著提高了植物全氮含量,对植物氮磷比(N∶P)有正效应,磷添加显著提高了植物全磷含量,对植物N∶P有负效应,植物全磷对N∶P的负效应大于全氮对N∶P的正效应。本研究表明氮、磷添加可能会使高寒草甸植物群落组成和植物养分含量发生改变,植物群落逐渐向禾草类发展;此外,高寒草甸植物生长趋向于受氮磷共同限制。     

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.     

不同时期干旱对青藏高原高寒草甸生态系统碳交换的影响

极端干旱事件能够显著地改变土壤水热条件和群落特征，进而影响生态系统碳交换。以青藏高原高寒草甸为研究对象，通过设置截雨棚，模拟发生在生长季前期（返青期，5-6月）和中期（快速生长期，7-8月）的极端干旱事件，研究不同时期干旱对群落特征和生态系统碳交换的影响。结果发现：不同时期干旱事件对高寒草甸生态系统的影响均表现在生长季中期，生长季前期干旱处理（ED）下，群落植被高度、盖度和地上生物量均显著降低于对照（CK） （P<0.05）；此外，ED和生长季中期干旱处理（MD）均显著抑制了总生态系统生产力（GEP）和生态系统呼吸（ER） （P<0.05），且MD显著降低了净生态系统碳交换（NEE）（P<0.05）。相关分析结果表明，ED处理下，生长季中期的土壤体积含水量与ER显著正相关（P<0.05）；MD处理下，在生长季前期的土壤体积含水量、群落地上生物量均与ER显著正相关（P<0.05）。表明生长季不同时期干旱对生态系统碳交换的影响机理不同，生长季前期干旱主要通过抑制植物生长过程影响碳交换，而生长季中期干旱则主要通过抑制植物生理活动影响碳交换。研究结果加深了高寒草甸生态系统对不同时期干旱响应的认识，为气候变化预测研究提供了数据支撑。     

增温施氮对尕海湿地区沼泽草甸N2O排放的影响

为深入了解高寒湿地生态系统氧化亚氮(N₂O)排放对气候变暖及氮沉降的响应，以青藏高原尕海湿地区沼泽草甸为研究对象，利用开顶箱(Open top chamber, OTC)增温和外源氮素添加来模拟未来气候变暖以及氮沉降，布设对照(CK),增温(W),施氮(N)和增温+施氮(WN)4种处理，采用静态箱—气相色谱法监测不同处理下植物生长季N₂O排放，并探究了N₂O排放与环境因子之间的关系。结果表明：仅W与WN处理的N₂O排放通量始终高于对照，日均排放通量高出对照组22.41%和56.90%;WN,N,W和CK处理下N₂O累计排放量分别为0.87,1.07,1.09和1.37 kg·hm^-2 N;生长季末期土壤N₂O短暂的由“源”向“汇”转变；N₂O排放通量与地下生物量显著负相关(P<0.05),与含水量和硝酸酶活性显著正相关(P<0.05),与温度、硝态氮和铵态氮极显著正相关(P<0.01)。本研究可...     

青藏高原高寒草地土壤微生物量碳氮含量特征及其控制要素

青藏高原是我国重要的生态安全屏障,探究地下微生物驱动土壤生化过程,生物量碳氮含量特征及其控制要素,对高寒生态系统功能维持具有重要意义。本研究通过对青藏高原高寒草甸和高寒草原两种草地类型样带调查和研究,探讨了不同高寒草地生态系统类型土壤微生物量碳（MBC）和土壤微生物量氮（MBN）含量特征及其与气候、植物群落和土壤理化性质的关系。结果表明,高寒草甸比高寒草原具有更高的土壤MBC和MBN含量;生长季降水量（GSP）与两种草地类型的MBC和MBN含量呈显著正相关（P<0.01）;而生长季均温（GST）仅与高寒草原MBN含量呈显著负相关（P<0.01）。结构方程模型显示,在生长季降水量的影响下,土壤全氮是影响高寒草甸土壤MBC和MBN的主导因子,土壤有机碳是影响高寒草原MBC和MBN的主导因子。研究结果可为高寒草地生态系统可持续管理提供理论参考。     

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。     

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。     

梯度增温对青藏高原高寒草甸生态系统碳交换的影响

高寒草甸是青藏高原主要的草地生态系统类型,对气候变化非常敏感,研究高寒草甸生态系统碳交换对升温的响应具有重要的理论和现实意义。在青藏高原中部地区的高寒草甸,使用开顶箱法(open-top chambers,OTCs)设置不增温对照(T_0)以及4个不同程度的增温处理(T_1、T_2、T_3、T_4),采用CO_2红外分析仪对生长季期间的碳交换进行连续3年的观测。结果表明,4个增温处理的5cm土壤温度较之于不增温对照分别增加1.73(T_1)、1.83(T_2)、3.03(T_3)以及3.53℃(T_4);土壤水分没有发生梯度变化。观测期间,净生态系统碳交换(net ecosystem carbon exchange,NEE)基本为负值,因此高寒草甸表现为碳汇。增温小于2℃促进总生态系统生产力(gross ecosystem productivity,GEP),但对生态系统呼吸(ecosystem respiration,ER)影响较小,因而促进NEE,即促进高寒草甸的碳吸收;但增温大于3℃则抑制GEP,对ER影响较小,因而总体上对NEE产生抑制作用。综上所述,在高寒草甸生态系统,适度增温促进碳吸收,增温过度则降低碳吸收。     

放牧强度对青海海北高寒矮嵩草草甸碳交换的影响

以禁牧、轻度放牧、中度放牧和重度放牧4种不同放牧强度的高寒矮嵩草草甸为研究对象,分别于2014年和2015年植物生长季5～9月,使用LI-6400便携式光合仪和同化箱测定生态系统净CO_2交换(NEE)和生态系统呼吸(ER),并利用土壤温湿度自动记录仪测定土壤10cm处的温度和体积含水率,以研究放牧强度对青海海北高寒矮嵩草草甸碳交换的影响。结果表明:生长季5～9月,试验地10cm土壤温度的变化范围在7.21～13.23℃,随放牧强度增大而增大;体积含水率在19.68%～32.33%间波动,随放牧强度增大而减小。高寒草甸NEE在生长季表现出明显的"V"型变化,5月NEE最大,为1.43μmolCO_2/m^2·s,此时草地仍处于碳排放状态,7月最小(碳吸收速率最大),为-14.32μmolCO_2/m^2·s,吸收强度表现出随放牧强度增大而增大的趋势;ER呈倒"V"型变化规律,7月最大,为12.15μmolCO_2/m^2·s,放牧强度仅对7月的ER产生影响,其余月份4个样地差异均不显著。相关分析表明,NEE与土壤温度和绿体生物量极显著负相关,相关系数分别为-0.910和-0.559,与土壤湿度显著正相关,相关系数为0.559;ER与土壤温度和绿体生物量显著正相关,相关系数分别为0.824和0.453,与土壤有机碳含量极显著负相关,相关系数为-0.605,与土壤湿度、枯体生物量和全氮含量相关不显著。     

长期增温对高寒草甸植物群落和土壤养分的影响

采用国际冻原计划模拟增温效应的方法,研究了连续增温16年后高寒草甸和高寒灌丛的植物群落结构、地上地下生物量、物种多样性、土壤养分含量的响应,以期揭示长期增温对植物群落特征和土壤养分的影响。结果表明:与对照相比,长期增温使高寒草甸植物群落高度增加18.4%,盖度降低5%;灌丛群落高度增加42.8%,盖度增加12.9%。草甸群落地上生物量减少23.6%,0~10,10~20,20~30 cm的地下生物量分别减少22.2%,38.6%,52.1%;灌丛群落地上生物量增加15.1%,0~10,10~20,20~30 cm的地下生物量分别增加4.9%,17.5%,3.1%。草甸群落物种数减少7%,灌丛群落的物种数减少30%。长期增温使草甸和灌丛的土壤速效磷和全磷增加,而全钾降低,其他元素含量变化不一致。长期增温改变了高寒草甸和高寒灌丛的群落结构以及土壤养分含量,但对二者的影响不完全相同。     

内蒙古草甸草原生物量碳分配格局

以中国北方草甸草原为研究对象,借助GIS等工具手段,在草地群落类型实测数据基础上,对内蒙古草甸草原的地上/地下生物量分配开展定量研究,主要结论如下:1)内蒙古草甸草原的生物量碳密度为660.43 g C/m²,其中地榆群落(460.63 g C/m²)具有最高的地上生物量碳密度,地榆群落(787.10 g C/m²)和五花草塘群落(776.22 g C/m²)具有最高的地下生物量碳密度,其他群落间则不存在显著性差异(P>0.05);2)温带草甸草原以16.60×10⁶ hm²的面积,贡献了111.20 Tg的生物量碳,其中地上生物量碳为27.57 Tg,地下生物量碳为83.63 Tg,根冠比(R∶S)为3.03;3)地下生物量沿土壤深度的分布可分为两种类型:线叶菊、芨芨草、野大麦、地榆、贝加尔针茅、苔草以及五花草塘群落属于“指数型”,其地下生物量主要分布在0~10 cm土壤层,且符合指数函数,该类型占据草原群落的主要部分;拂子茅、小叶锦鸡儿以及芦苇群落属于“抛物线”形,其地下生物量主要分布在0~10 cm和20~40 cm土壤层,该类别群落主要为灌木或半灌木,分布曲线不符合指数函数而符合二次函数。     

高寒草甸土壤异养呼吸对气候变化和氮沉降响应的模拟

利用研究区植被、土壤和气候观测资料,借助CENTURY模型研究了高寒草甸土壤异养呼吸CO₂通量动态变化。结果表明,1)CENTURY模型较好地反映了高寒草甸土壤异养呼吸季节变化。模拟结果与试验点观测结果相吻合,风匣口和干柴滩2个试验点观测值与模拟值的线性回归方程分别为y=0.7776x+23.796(R²=0.6885, n=31)和y=0.9487x-8.6994(R²=0.6062, n=30)。2)过去46年(1960-2005年)研究区年平均气温趋于暖化,平均线性增温率为 0.35℃/10 a。降水量变化不明显,呈振幅较为稳定的波动变化。同期CENTURY模型模拟的高寒草甸土壤异养呼吸CO₂通量呈波动性缓慢上升的趋势,通量变化范围在479.22~624.89 g C/(m²·a) 之间,平均值为(539.56±34.32) g C/(m²·a),通量增加率为16.5 g C/(m²·10 a)。对模拟结果与气温、降水量之间进行的相关性分析结果显示,土壤异养呼吸CO₂通量与气温呈显著正相关(r=0.70,P<0.05),与降水量相关性不显著。3)氮沉降增加显著促进了高寒草甸土壤异养呼吸CO₂通量。中氮(MN)和高氮(HN)与对照(CK)处理间差异极显著(P<0.01),但中氮(MN)与高氮(HN)处理间差异不显著。说明,长期受低温和土壤有效氮限制的高寒草甸对气候变化响应敏感,高原气候的暖化和氮沉降的增加均能引起土壤异养呼吸作用的小幅上升,但可能由于异养呼吸作用对氮沉降存在着一定的“氮饱和”现象,随着大气氮沉降的倍增,其促进效应降低。     

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。     

模拟增温对矮嵩草草甸莎草科功能群植物的影响

本论文以青藏高原矮嵩草草甸植物群落为主要研究对象,采用国际冻原计划(ITEX)模拟增温对植物影响的研究方法设置模拟增温样地,探讨了模拟增温对高寒矮嵩草草甸莎草科功能群植物的影响,结果表明,莎草科功能群植物的生物量随温度的逐渐升高先增大后减小;盖度在试验第一、二年均随温度的升高先增加后减小,在试验第三年盖度随温度的升高逐渐减小;植物高度随温度的升高逐渐增大;重要值在试验第一、二年随温度的升高先增大后减小,在试验第三年随温度的升高而逐渐增大。     

植物根际促生菌菌肥在高寒草甸替代化肥效应研究

为探究青藏高原高寒草甸退化问题,从施肥可以改良草地退化的角度出发,本研究以青海省高寒草甸为研究对象,通过设置不同施肥处理,即对照不施肥（CK）、施加氮肥250 kg·hm^-2（N）、磷肥400 kg·hm^-2（P）、氮磷肥300 kg·hm^-2（NP）、有机肥2 000 kg·hm^-2（O）、植物根际促生菌（Plant growth-promoting rhizobacteria,PGPR）菌肥7.5 kg·hm^-2（J1）,15 kg·hm^-2（J2）,22.5 kg·hm^-2（J3）、PGPR菌肥+70%氮肥（J1+N）、PGPR菌肥+70%磷肥（J1+P）,对不同施肥处理高寒草甸的改良效果、PGPR菌肥的适用性以及菌肥替代化肥的效果进行分析。结果表明：NP显著提高地上生物量（P<0.05）,J1+N处理不仅增加了地上生物量,还可缓解施用N肥造成的物种丰富度下降,同时增加土壤水分和全氮含量（P<0.05）,又不会引起盐渍化。综上所述,J1+N处理能够部分替代化肥,减少无机化肥对生态环境的危害,推荐在高寒草甸施用。