祁连山南麓高寒灌丛GPP变化特征及对生长季积温的响应

全球气候变化背景下气温逐渐升高,将会对陆地生态系统碳循环产生重要影响。研究利用2003?2016年的涡度相关系统观测资料,研究了祁连山南麓高寒灌丛生长季(5月?9月)总初级生产力(gross primary productivity,GPP)在不同时间尺度上对生长季有效积温(growing season degree days,GDD)的响应,对于研究气候变暖对高寒生态系统碳循环的影响有重要意义。结果表明:高寒灌丛生态系统在生长季的月GPP、GDD都表现为先增大后减小的单峰变化趋势,都在7月或8月达到峰值,在5月达到最小值。在整个生长季尺度上,GPP与GDD具有较高变异性,但整体上表现为逐渐增加的趋势(P<0.05)。2003?2016年整个生长季GPP与GDD的均值分别为507.11 g·m^?2和975.93℃。在月尺度和生长季尺度上,GPP与GDD都呈显著正相关关系(P<0.05)。但是,通过比较生长季每个月GPP与GDD的关系发现,5、9月的GPP与GDD没有显著相关性(P>0.05),而在7月相关性最为显著(P<0.01)。整体上看,高寒灌丛生态系统植被的总初级生产力与热量条件表现为正相关关系,由此说明在全球气候变暖的背景下,青藏高原高寒灌丛生态系统植被的光合生产能力将会提高。     

放牧强度对高寒草甸群落碳氮磷化学计量特征的影响

植被生态化学计量特征是高寒草甸生态系统稳定性的基础,但其对放牧管理的响应仍不清楚。为此,以2011年在青海海北高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸建立的不同放牧强度试验地为研究对象,于2014年植物生长季的5月-9月,通过测定禁牧(对照,CK)、轻度放牧(light grazing,LG)、中度放牧(moderate grazing,MG)和重度放牧(heavy grazing,HG)样地的地上植被生产力和植被群落结构及群落叶片碳(carbon,C)、氮(nitrogen,N)、磷(phosphorus,P)含量,研究放牧强度对高寒草甸群落生态化学计量的影响。结果表明,MG能显著提高地上生物量和优良牧草禾草类植物的生物量比例,C含量的变异均在MG处理下最大,此结果支持了中度干扰理论;重牧能显著提高群落叶片的N含量(P0.05);放牧管理对叶片P含量的影响无明显规律;禁牧有利于系统N和P的周转。本研究结果显示,适度的放牧强度有利于高寒草甸生产力的提高,而禁牧可能通过改变群落优势种增强系统的N、P循环强度。     

高寒草甸土壤有机碳和全氮变化对牧压梯度的响应

针对高寒草甸土壤碳氮变化对牧压梯度的响应,以青海海北高寒草甸为研究对象,监测分析了禁牧(对照,CK)、轻牧、中牧、重牧试验地土壤有机碳密度、土壤全氮密度的变化特征。结果表明:SOCD和STND均与牧压梯度呈"V"形二次曲线关系(P0.05),说明禁牧可增加SOCD和STND,但放牧强度约高于7.5只羊·hm-2时存在由低向高的一个阈值转折点。同一放牧梯度上0~40cm的SOCD均表现出5月最低,升至7月后,CK、LG到9月持续升高,而MG、HG有所下降,而STND自5月到9月表现为"И"型波动变化规律。随着土层深度加深SOCD和STND下降明显。不论是季节变化还是垂直变化,SOCD和STND相互间均呈显著的正相关关系(P0.05)。C/N随生长季延长逐渐增加,随土层深度的加深而降低,放牧梯度并未改变土壤C/N的变化趋势。     

牧压梯度下高寒草甸土壤容重及持水能力的变化特征

为探讨不同放牧梯度对高寒草甸水源涵养能力的影响,以青海海北高寒草甸为研究对象,采用实地采样与室内测试分析相结合的方法,进行了对照(CK)、轻牧(LG)、中牧(MG)、重牧(HG)的土壤持水能力的研究。结果表明:适度放牧会使土壤容重减小,而放牧强度超过一定强度后会使土壤容重增加,并且土壤容重随着土层深度的加深逐渐增大,短期放牧对土壤容重的影响主要体现在表层。牧压梯度下高寒草甸在不同土层的饱和持水量、毛管持水量和田间持水量整体上表现为LG,MG相对较大,而CK,HG相对较小,所以适度放牧有利于提高土壤的持水能力,而完全禁牧和重度放牧都不利于土壤持水能力的提高。另外,也可看出土壤的持水能力随着深度的增加逐渐下降,短期放牧对土壤持水能力的影响主要体现在表层。饱和持水量、毛管持水量和田间持水量三者之间表现出极显著正相关关系(p0.01),三者对于不同牧压梯度表现出一致的响应;土壤容重与持水能力表现出极显著负相关关系(p0.01);地下生物量、有机质和土壤持水能力的相关性虽然不显著,但仍能说明地下生物量、土壤有机质同土壤持水能力呈弱的正相关关系。研究表明,适度放牧在一定程度上有利于提高土壤的水源涵养能力,对草场恢复有利。     

放牧强度对高寒草甸群落特征及植被生存状态的影响

植物群落特征和生存状态变化能够反映植物群落内种间关系和演替进程.本研究以青海海北地区高寒草甸的冷季放牧场为研究对象,分析比较了禁牧封育(CK,禁牧)、轻度放牧(LG,4.5只羊·hm?2)、中度放牧(MG,7.5只羊·hm?2)和重度放牧(HG,15只羊·hm?2)?4种放牧压力对植物群落特征及各功能群代表性植物生存状态指数的影响.结果表明:1)禾本科的重要值在轻度放牧时最大,莎草科的重要值在禁牧样地中最大,杂草类植物的重要值在重度放牧样地中最大.2)?Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数、Patrick丰富度指数随着放牧强度的增加均呈增加趋势.3)轻度放牧样地中垂穗披碱草(Elymus nutans)和山地早熟禾(Poa orinosa)的生存状态指数最高,禁牧样地中矮生嵩草(Kobresia humilis)和钝苞雪莲(Saussurea nigrescens)的生存状态指数最高,但随着放牧强度的增加,钝苞雪莲(Saussurea nigrescens)的生存状态指数也随之增加.研究结果表明放牧强度增加能提高高寒草甸群落多样性,禾草类生存状态和在群落中的优势地位下降,杂草类生存状态和在群落中的优势地位上升,草地质量下降.     

祁连山南麓高寒灌丛GPP变化特征及对生长季积温的响应

全球气候变化背景下气温逐渐升高,将会对陆地生态系统碳循环产生重要影响.研究利用2003-2016年的涡度相关系统观测资料,研究了祁连山南麓高寒灌丛生长季(5月-9月)总初级生产力(gross primary productivity,GPP)在不同时间尺度上对生长季有效积温(growing season degree days,GDD)的响应,对于研究气候变暖对高寒生态系统碳循环的影响有重要意义.结果表明:高寒灌丛生态系统在生长季的月GPP、GDD都表现为先增大后减小的单峰变化趋势,都在7月或8月达到峰值,在5月达到最小值.在整个生长季尺度上,GPP与GDD具有较高变异性,但整体上表现为逐渐增加的趋势(P ＜0.05).2003-2016年整个生长季GPP与GDD的均值分别为507.11 g·m-2和975.93 ℃.在月尺度和生长季尺度上,GPP与GDD都呈显著正相关关系(P＜0.05).但是,通过比较生长季每个月GPP与GDD的关系发现,5、9月的GPP与GDD没有显著相关性(P ＞0.05),而在7月相关性最为显著(P ＜ 0.01).整体上看,高寒灌丛生态系统植被的总初级生产力与热量条件表现为正相关关系,由此说明在全球气候变暖的背景下,青藏高原高寒灌丛生态系统植被的光合生产能力将会提高.     

日喀则河谷退耕还草(林)工程实施后生态功能效应的初步分析

调查并分析日喀则地区退耕还草(林)工程实施后生态功能效应发现,退耕还草显著提高了植被总盖度和平均高度。退耕还草5年后外来物种增多,原播种老芒麦(Elymus sibiricus)的重要值降低,Shannon-Wiener 多样性指数和均匀度指数均增加,说明退耕还草使植被群落趋于稳定。随退耕还草时间延长,植被和土壤碳密度总体呈上升趋势,退耕还草5年后,植被碳密度比退耕初期增加331.81 g C·m^-2。不考虑退耕初期因耕播时施肥的影响,并以退耕还草第3年的土壤有机碳为本底值,0～30 cm土层土壤有机碳密度从退耕3年后的2.74 kg C·m^-2增加到5.06 kg C·m^-2,土壤固碳速率为1.16 kg C·m^-2·a^-1。0～30 cm土壤全氮增加到2.98 kg N·m^-2,比退耕1年和3年分别增加了1.60和1.64 kg N·m^-2。退耕并禁牧后土壤趋于松软,地表植被覆盖物增加,土壤容重随退耕年龄延长而降低,土壤最大持水能力增大,特别是土壤0～10 cm最大持水量增加显著,5年后达52.37 mm,比第1年(44.48 mm)高7.89 mm。由于退耕还草时间较短,底层土壤容重及最大持水能力变化不大。     

放牧强度对高寒草甸群落特征及植被生存状态的影响

植物群落特征和生存状态变化能够反映植物群落内种间关系和演替进程。本研究以青海海北地区高寒草甸的冷季放牧场为研究对象,分析比较了禁牧封育(CK,禁牧)、轻度放牧(LG,4.5只羊·hm?2)、中度放牧(MG,7.5只羊·hm?2)和重度放牧(HG,15只羊·hm?2) 4种放牧压力对植物群落特征及各功能群代表性植物生存状态指数的影响。结果表明：1)禾本科的重要值在轻度放牧时最大,莎草科的重要值在禁牧样地中最大,杂草类植物的重要值在重度放牧样地中最大。2) Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数、Patrick丰富度指数随着放牧强度的增加均呈增加趋势。3)轻度放牧样地中垂穗披碱草(Elymus nutans)和山地早熟禾(Poa orinosa)的生存状态指数最高,禁牧样地中矮生嵩草(Kobresia humilis)和钝苞雪莲(Saussurea nigrescens)的生存状态指数最高,但随着放牧强度的增加,钝苞雪莲(Saussurea nigrescens)的生存状态指数也随之增加。研究结果表明放牧强度增加能提高高寒草甸群落多样性,禾草类生存状态和在群落中的优势地位下降,杂草类生存状态和在群落中的优势地位上升,草地质量下降。     

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。     

藏北高寒草原群落维持性能对封育年限的响应

针对近年来退化高寒草原的恢复和合理利用的问题,对自然放牧、封育3年和7年的藏北申扎高寒草原设置样地,采用群落调查、收割法收集地上生物量,根钻法收集地下生物量等,比较分析不同封育年限下草地群落各生态指标。结果表明,高寒草原围栏封育后,随自然放牧到3年禁牧再到7年禁牧,植被高度持续增加,地上地下生物量、总盖度、物种多样性维持性能增加再降低,Pielou 均匀度指数在自然放牧草地最大。随封育年限延长,禾草类及莎草类植物功能群生物量及重要值显著增加,杂草类功能群生物量及重要值显著降低,说明封育措施有利于群落的正向演替。但通过对群落总盖度、地上生物量及群落种类组成与封育年限间关系进行统计分析表明,藏北高寒草原封育达3到5年后以1.23只羊单位/hm²的放牧强度放牧为佳。