基于中医理论的草原健康评价及病情诊断

以中医理论“阴阳表里相关及五行学说”为理论基础,通过探究制约草地生态系统各要素的系统归属性及表里相关性,建立表里相关的指标体系,确立草地生态系统中阴阳五行之所在及其相生相克机制、形成原因和经络运行模式。从系统论出发,通过综合症状、分析病理等对草地生态系统健康状况进行预警,以确定诊断的方法达到治疗目的,使草地健康状况的评估直观而准确,为快速评估草地生态系统健康状况和退化草地的修复治理提供理论依据。     

唐古特山莨菪抗氧化系统成分对环境变化的响应

对西宁地区唐古特山莨菪(An isodus.tanguticus.)抗氧化系统成分的季节变化及日变化的研究发现:抗氧化物质谷胱甘肽和类胡萝卜素的含量在生长的前3个阶段变化趋势一致,由低升高再降低;日变化显著差异;抗氧化酶的活性表现不一致,过氧化物酶、过氧化氢酶和抗坏血酸过氧化物酶的活性随生长进程表现出降低-升高-降低的变化趋势,均为枯黄期活性最低;日变化活跃,但是没有明显的规律性;超氧化物歧化酶活性在营养生长初期最高并且日变化幅度大,其他时期日变化不大;丙二醛含量在返青期上午较高而在午后迅速降至最低水平;营养生长初期和后期的含量低,日变化差异不大;枯黄期的含量总体表现出较高的水平。研究结果表明抗氧化物质和抗氧化酶在不同生长季节具有协同性和互补性,山莨菪在不同的生长期可能存在不同的抗氧化机制。     

枯落物添加对三江源区退化高寒草甸土壤碳矿化的影响

为明确高寒草甸退化后植被群落结构改变对土壤碳矿化特征的影响，以不同退化梯度高寒草甸表层土壤为研究对象，通过室内恒温培养203 d研究了不同功能群枯落物添加对土壤有机碳矿化的影响。结果表明：随退化程度加剧，土壤有机碳累积矿化量呈先增加后降低的非线性响应趋势；枯落物添加分别显著增加了未退化、轻度退化、中度退化以及重度退化草甸土壤有机碳的累积矿化量约102.04%，58.71%，70.68%和181.32%，但同一退化梯度不同枯落物添加对土壤有机碳累积矿化量的影响不存在显著差异。进一步分析发现，随着培养前土壤有机碳、总氮含量以及pH值的增加，土壤有机碳矿化累积量呈先增加后降低的趋势，而枯落物添加可以改变土壤有机碳矿化累积量对土壤本底碳氮含量以及pH值的响应程度。总之，三江源区退化高寒草甸植被群落结构的改变显著影响了土壤有机碳矿化特征。     

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。     

三江源退化高寒草甸草毡表层剥蚀过程及发生机理的初步研究

草毡表层是高寒草甸系统分类的诊断层,是高寒草甸稳定性维持的物质基础,而草毡表层剥蚀是三江源区退化高寒草甸的主要表观特征之一。2008年8月,通过对高寒草甸退化状况进行的野外调查发现,退化高寒草甸具有2种不同的剥蚀过程,其发生的动力也不同。其中,位于山间滩地和缓坡地段的高寒草甸,其土壤剥蚀呈现草毡表层极度加厚、老化、死亡、开裂、剥蚀过程,其发生动力是鼠类的挖掘与冻融交替作用,剥蚀发生时地表草皮处于死亡或半死亡状态;而处于陡坡地段退化高寒草甸的剥蚀由于植被的不同,呈现水分对草皮下土壤的潜蚀、倒钩蚀,发生草皮悬空、坍塌,其剥蚀动力为水分冲蚀和重力作用,剥蚀时草毡表层牧草生长良好。放牧压力下高寒草甸草毡表层的加厚是造成其土壤发生剥蚀的主要原因。     

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。     

绿色植物在大气甲烷循环中的作用

甲烷是引起气候变暖的一种重要温室气体,近年来一些研究发现陆地植物具有排放甲烷的能力,打破了植物仅为连通土壤-大气气体交换通道的原始理念,但由于其发生机理尚无法解释,也引起了人们的质疑。对绿色植物在大气甲烷循环中的作用进行了文献综述,对主要研究结果之间的差异进行了比较,同时就未来绿色植物在大气甲烷循环中的作用进行了阐述,拟为进行植物在地球甲烷循环中的功能及潜力的估测提供理论依据。     

三江源区高寒草甸退化草地植被恢复试验研究

寻求促进高寒草甸退化草地植被恢复的有效途径和方法。在高寒草甸退化严重的青海省果洛州玛沁县,研究了应用绿色植物生长调节剂(GGR 8号)、抗寒保水剂和化肥(尿素)3种不同处理对三江源区高寒草甸轻度和中度退化草地植物群落的影响。这3种处理均能显著提高轻度和中度退化草地植物群落的生物量、高度和盖度(P<0.05);3个处理间生物量和植物高度无显著差异(P>0.05)。3种处理的地上生物量与对照相比,轻度和中度退化草地植物群落的生物量增幅分别达到15.0%~24.8%和10.0%~27.0%。绿色植物生长调节剂(GGR 8号)处理样地植物群落的盖度要低于其他两种处理,在中度退化草地上,这种差异达到显著水平(P<0.05)。GGR 8号、抗寒保水剂和尿素均能促进退化草地的恢复,将其有机地结合起来,以便能更好地发挥各自的作用。     

祁连山南麓高寒禾草-矮嵩草草甸土壤水源涵养功能的特征

青藏高原被誉为“中华水塔”,高寒草甸是主要植被类型但其水源涵养功能有待准确量化。以祁连山南麓高寒禾草-矮嵩草草甸为研究对象,通过分析2014—2018年的植被生长季(6—9月)土壤体积含水量的长期观测数据,探讨了土壤有效水源涵养量(土壤现实持水量与最小持水量之差)和水文调节功能(有效水源涵养量的时间变化速率)的变化特征及其环境调控机制。结果表明:高寒草甸0—100 cm年均土壤有效水源涵养量为(44.3±8.7)mm(平均值±标准差,下同),呈现出双峰型的季节趋势,最高峰和次高峰分别为6月下旬的(57.8±14.4)mm和9月中旬的(59.2±15.7)mm。浅层(0—20 cm)、中层(20—60 cm)和深层(60—100 cm)土壤有效水源涵养量占比分别为53.1%,34.9%和12.0%,土壤有效含水源涵养量随土层深度增加表现为对数衰减(R²=0.82,p<0.001)。增强回归树的结果表明土壤有效水源涵养量的季节变化主要受控于土壤温度,尤其是5 cm土壤温度,二者呈现出显著负相关。不同深度的年均土壤有效水源涵养量和土壤黏粒比例显著负相关(R²=0.99,p=0.004)。根系区(0—40 cm)年均土壤吸湿速率和脱湿速率分别为(0.21±0.02)mm/h和(0.22±0.02)mm/h,t检验的结果表明除了0—5 cm之外,根系区土壤脱湿速率显著大于吸湿速率。分析表明土壤温度是土壤吸湿和脱湿速率的显著环境驱动因子。因此,土壤温度是高寒禾草-矮嵩草草甸土壤有效水源涵养量和水文调节功能的主要影响因素,维持土壤的低温是高寒草甸水源涵养功能保育和提升的重要基础。     

高寒草甸植被层对于草地甲烷通量的影响

土壤对大气甲烷的汇是草地的一项重要生态功能,关于草地的温室气体通量已有大量研究,但鲜见关于植被层对于草地甲烷通量影响的报道。通过设置完整高寒草甸(IHC)、去除地上生物量草地(RAB)和裸地(RBB)三个处理,利用静态箱法来研究植被层对于草地甲烷通量的影响,结果显示在观测期间草地的平均甲烷氧化速率由高到低依次为:裸地[(52.2±18.9)μg/(m2·h)]去除地上生物量草地[(32.3±14.7)μg/(m2·h)]完整草地[(27.9±10.6)μg/(m2·h)],三者之间差异达到显著水平(P0.05)。根据三种处理计算出的草地根系和草地地上部分生物量2003—2004年的甲烷通量分别为(23.5±18.3)μg/(m2·h)和(7.4±11.5)μg/(m2·h),二者甲烷通量均为正值说明植物地上部分和草地根系都起到了促进甲烷排放的功能。在2003年、2004年、2005年、2006年RBB生长季平均甲烷通量分别为(-67.7±20.6)μg/(m2·h),(-60.7±18.5)μg/(m2·h),(-58.3±16.3)μg/(m2·h)和(-48.9±22.6)μg/(m2·h),表现为逐年降低的规律,但是IHC处理和RAB处理生长季甲烷平均通量的年季差异不显著,且没有明显的规律。在三年的原位观测期间,三种处理甲烷通量与土壤5cm温度、土壤湿度相关性也达到显著水平(P0.05)。