高寒草甸茎直黄芪物候对模拟季节性不对称增温的响应

植物物候是植物为适应其生长环境而呈现的节律性变化,是气候变化的最敏感指示器之一.为了探讨高寒植物对其生长环境水热变化的响应特征和机制,本研究利用开顶式模拟增温装置进行增温,以茎直黄芪(Astraga-lusstrictus Grah.Ex Bunge)为研究对象,探讨其返青、枯黄物候和生长期长度对2016—2019年季...     

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。     

藏北高寒草甸土壤线虫群落结构对增温的响应

为揭示增温对高寒草甸土壤线虫群落的影响,利用OTC模拟短期和长期增温对藏北高寒草甸土壤线虫群落进行比较研究。结果表明,短期和长期增温改变了土壤线虫的群落组成,增加了双垫刃属(Ditylenchus)和丽突属(Acrobeles)丰度。长期增温导致食真菌类线虫丰度显著增加,但各处理间食细菌类线虫、植物寄生类线虫、杂食/捕食类线虫丰度以及cp1-5类群的丰度和属数量无显著差异(P0.05)。短期和长期增温均降低了土壤线虫的多样性和均匀度,其中2015年短期增温处理显著降低了其多样性。2015年和2016年短期和长期增温土壤显著降低了线虫数量,较对照分别降低了34.45%、32.09%和25.34%和22.66%。各处理样地间MI(Maturity index)、NCR(Nematode channel ratio)、PPI(Plant parasite index)和WI(Wasilewska index)指数无显著差异(P0.05),且均表现出WI1,NCR0.5,表明增温对高寒草甸的健康状态影响不大,土壤有机质矿化途径主要由食细菌和真菌线虫参与。环境因素与土壤线虫数量冗余分析表明,植物总盖度、莎草科盖度、土壤温湿度、细菌和真菌数量对土壤线虫数量影响达到显著水平(P0.05),增温通过改变植物、土壤理化性质和微生物数量等环境因子而影响高寒草甸土壤线虫群落组成。     

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.     

高寒草甸植被特征对模拟增温的响应——以青藏高原多年冻土区为例

采用红外辐射灯(infrared heater)模拟气候变暖背景,研究青藏高原多年冻土区高寒草甸优势植物种珠芽蓼(Polygonum viviparum)、美丽风毛菊(Saussurea superb)和黑褐苔草(Carex atrofusca)的生长发育及光合特性对气候变暖的短期响应及其差异性,旨在为评价草地生态系统的敏感性和脆弱性提供科学依据。结果表明,模拟增温W1(1.88℃)和W2(3.19℃)均可改变高寒草甸物种分布的频度和季节分布格局,并显著影响植被高度和光合色素含量,影响程度存在种间差异性。与不增温对照相比,W1增温下物种具有不同的响应,美丽风毛菊的高度、频度和叶绿素含量均呈下降趋势,而珠芽蓼和黑褐苔草均呈增加趋势。W2增温显著增加了珠芽廖和黑褐苔草的高度、频度和叶绿素含量(P0.05),却显著降低了美丽风毛菊的叶绿素a/b值(P0.05)。物种间光合特性存在显著差异(P0.05),样地间差异性表现更为突出,但增温处理间变化不明显。这说明增温可促进高寒草甸牧草类植物的生长发育,延长青草期,有利于牧业生产,但斑块状分布明显。     

梯度增温对高寒草甸物种多样性和生物量的影响

本研究以青藏高原高寒草甸为试验对象,利用开顶室增温装置（Open-Top-Chambers,OTCs）,探讨4种增温幅度对物种多样性和生物量的影响。结果表明：群落盖度在高度增温下显著减少（P<0.05）;低度增温下的Simpson指数、Shannon指数和Pielou指数显著低于对照处理（P<0.05）;地上生物量与总生物量在高度增温下显著减少（P<0.05）;10~20 cm处地下生物量在高度增温下显著增加（P<0.05）,0~10 cm处地下生物量在高度增温下下减幅最大,20~30 cm处地下生物量在低度增温下增幅最大。本研究表明,在研究周期内物种丰富度对梯度增温响应不敏感,高度增温减少地上生物量的积累,地下生物量在不同幅度的增温处理下没有显著的变化规律性,响应并不敏感。     

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。     

模拟增温与施肥对高寒草甸土壤酶活性的影响

摘要：采用开顶式生长室模拟增温的方法,研究了气温升高和施肥对高寒草甸土壤酶活性的影响。研究表明,单独增温导致高寒草甸土壤纤维素酶和磷酸酶活性分别提高了12.4%、29.1%,而脲酶活性降低了18.0%,过氧化物酶和多酚氧化酶活性无明显变化,说明增温促进高寒草甸土壤中碳磷循环。在不增温条件下,施肥抑制了土壤纤维素酶、多酚氧化酶和过氧化物酶活性,而施NPK则提高了脲酶和磷酸酶活性。增温条件下,施肥不会引起土壤纤维素酶、多酚氧化酶和过氧化物酶活性的显著变化,而施可溶性碳肥使脲酶活性显著升高（P<0.05）,施NPK使磷酸酶活性显著降低。增温和施肥的交互作用对土壤纤维素酶、过氧化物酶、磷酸酶和脲酶活性有显著影响,而对多酚氧化酶无明显影响。因此,预测在未来气候变暖背景下,高寒草甸土壤中的多种酶活性对施肥的响应可能不显著。     

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。     

藏北高原高寒草甸光能利用效率对短期模拟增温的响应

光能利用效率(light use efficiency,LUE)是一个非常重要的生理生态指标。定量化不同时空尺度上的LUE对研究全球碳循环和气候变化有重要的指示作用。为了评估LUE对气候变暖的短期响应,2013年6月底在藏北高原一个高寒草甸布设了模拟增温实验,采用开顶式气室提高环境温度。通过控制开顶式气室的开口大小实现两个幅度的增温,开口直径分别为0.60和1.00 m。基于MODIS算法,利用观测的日最小空气温度和白天的平均饱和水汽压差模拟了2013年7-9月的各个处理的LUE。结果表明,开口直径0.60和1.00 m的开顶式气室分别显著增加了0.60和0.20 kPa的2013年7-9月份平均的饱和水汽压差。开口直径0.60 m的开顶式气室显著增加了0.66℃的2013年7-9月份平均的日最低空气温度,而开口直径1.00 m的开顶式气室则非显著增加了0.25℃的2013年7-9月份的日最低空气温度。 开口直径0.60和1.00 m的开顶式气室分别显著减少了约12.9%(即0.06 g C/MJ)和3.1%(即0.01 g C/MJ)的2013年7-9月份平均的LUE。因此,气候变暖将可能会减少藏北高原高寒草甸的光能利用效率,且可能会随着增温幅度的增大LUE的减少幅度增大。     

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。     

海北高寒草甸辐射能量的收支及植物生物量季节变化

高寒草甸植物生长,可用Logistic方程描述。生物量的瞬时增长率过程是一个先缓慢增大,后快速增大,逐渐达到最大值,然后快速降低,最后缓慢下降,逐渐逼近零;生物量达到最大时需累积78d左右;根据生物量的变化,将生长过程划分为返青期、茂盛期和枯黄期。枯黄期的反射率明显高于返青期和茂盛期,而返青期与茂盛期的反射率之间没有差异;返青期与茂盛期的日均辐射能量差异不显著(日均总辐射:Z=0.64,P=0.81=0.05;日均辐射净:Z=0.87,P=0.44=0.05;日均有效辐射:Z=0.92,P=0.37=0.05);返青期和茂盛期的日均辐射能量均显著地高于枯黄期(日均总辐射:H=45.36,df=2,P<0.01;日均辐射净:H=32.41,df=2,P<0.01;日均有效辐射:H=12.69,df=2,P<0.01)。有效辐射和反射辐射是影响地上生物量最重要的两个变量,但两个变量对地上生物量的作用效应各异,有效辐射是正效应,而反射辐射则是负效应。     

坡向对青藏高原高寒草地植被分布格局和牧草品质特征的影响

为探究不同坡向草地植被构成和牧草品质特征,本研究对青藏高原东北缘不同坡向高寒草甸植被构成和牧草营养特征进行分析.结果 表明:阴坡(Shady aspect,SHA)植物物种数和盖度显著高于阳坡(Sunny aspect,SUA)和山脊(Ridge,RI);SHA草地植物群落物种丰富度指数和多样性指数显著高于SUA和RI...     

乡土物种补播对青藏高原高寒草甸群落稳定性的影响

为了探究高寒草甸天然草地补播乡土物种对草地群落稳定性的影响,本试验以垂穗披碱草(Elymus nutans)、异针茅(Stipa aliena)、中华羊茅(Festuca sinensis)、溚草(Koeleria cristata)、星星草(Puccinellia tenuiflora)、扁蓿豆(Melissitus...     

高山植物对模拟增温的响应研究进展

温室效应使全球气温呈上升趋势,预计在未来一百年全球气温将升高1.5℃～4.5℃,将会对植被造成很大的影响,特别是高山地区的植被.本文总结了近些年模拟增温研究对高山植物的影响,并提出在全球气候变化下模拟增温需要进一步深入研究的方向,为减少温室气体造成的气候变暖破坏提供理论参考.     

长期、短期增温对高寒草甸AM真菌群落结构的影响

为了探究试验增温对丛枝菌根（Arbuscular mycorrhizal,AM）真菌群落的影响是否依处理时间长短而异的,本研究测定了青藏高原高寒草甸AM真菌群落对长期（17年）和短期（3年）开顶式小室（OTCs）增温的响应,推断了驱动AM群落构建的生态学过程。结果发现长期、短期增温分别降低了45.7%和80.0%的AM真菌物种丰富度。长期增温对AM真菌物种丰富度的负效应由根生物量降低所介导,而短期增温的负效应由土壤氮限制所介导。此外,长期、短期增温不仅能改变AM真菌群落的物种组成和谱系组成,还导致驱动AM真菌群落构建的生态学过程从环境过滤向环境过滤和竞争排斥的中和作用转变。上述结果说明增温对AM真菌群落的影响和作用机制是依处理时间长短而异的,也表明通过添加外源性氮素以促进植物根系的生长是缓解气候变暖对高寒草甸AM真菌多样性负效应的有效手段。