高寒矮嵩草草甸地面热源强度及与生物量关系的初步研究

在青藏高原海北高寒矮嵩草草甸地区,依据2002年涡度相关法观测的能量平衡各分量资料和6-10月植物地上、地下生物量测定值,分析了高寒矮嵩草草甸近地表热量平衡、地面热源强度的变化特征,讨论了地面热源强度与植物生物量季节变化过程中的相互关系。结果表明:在青藏高原海北高寒矮嵩草草甸地区,年内地面均为热源,热源强度季节变化明显,地面热源强度年平均为88.5 W/m2;地上生物量季节变化与热源强度具有显著的正相关关系,而地下生物量季节变化与热源强度关系不明显。     

高寒草甸植被生育期耗水量和耗水规律的分析

用１９９１～１９９３年在高寒草甸地区植被生育期测定的土壤水分资料，联系土壤水分平衡方程，讨论高寒草甸植被生育期的耗水量和耗水规律的特征，结果表明，草甸地区植被生育期５月２０日～９月１５日，３年平均耗水量约为３６１．０ｍｍ；全年牧草地上净初级生物量与耗水量具有一定的相关性；植被生育期内气温、降水的协调配合能提高牧草地上净初级生物量。５～９月，植被耗水量变化量单峰型曲线，３年平均表明，７月耗水量最高，５月最低。     

高寒草甸植物地上生物量生长过程的某些特征

分析了高寒草甸植物地上生物量对积温变化的影响。结果表明,生物量干特积累与积温成明显的正相关关系,可用逻辑斯谛曲线方程：ＧＷ＝４２８．５０６１／「１＋ｅｘｐ（２．６０７６－０００３８ΣＴ）」来描述。通过模拟方程可知,在日平均气温稳定通过≥０℃积温达６７８℃．ｄ左右时地上生物量增长速率最高;积温在３３５－１０２０℃．ｄ之间为生物量平均增长率积累最快的时段。     

高寒草甸不同类型草地土壤养分与物种多样性——生产力关系

研究了高寒草甸不同类型草地土壤养分与多样性—生产力之间的关系,即物种多样性对生产力的效应如何受到资源供给率等因素的影响。结果表明:以莎草类为优势种的藏嵩草沼泽化草甸群落其总生物量(包括地上和地下生物量)最高(13,196.96±719.69gm-2)、小嵩草草甸和金露梅灌丛群落为中等水平(2,869.58±147.52gm-2、2,672.94±122.49gm-2)、矮嵩草草甸群落为最低(2,153.08±141.95gm-2)。在藏嵩草沼泽化草甸群落中,总生物量和物种丰富度呈显著负相关(P<0.05);地上生物量与土壤有机质、土壤含水量和群落盖度显著正相关(P<0.05);地下生物量和土壤含水量显著正相关(P<0.05)。在矮嵩草草甸、小嵩草草甸、金露梅灌丛群落中,地上生物量与土壤有机质和土壤总氮显著正相关(P<0.05)。以上结果说明生物量的分布与土壤营养和水分变化相一致。在矮嵩草草甸、小嵩草草甸和金露梅灌丛中,多样性有随土壤养分的增加而增加的趋势;在藏嵩草沼泽化草甸中,则呈现负相关的关系。     

祁连山区气候变化及其对高寒草甸植物生产力的影响

分析了祁连山区近３６年气候变化特征，以及对高寒草甸植物生产力和种群结构变化的影响。结果表明，祁连山区年平均气温平均以１０年０．１５℃的升温率增高；年均气温的增高与冷季气温升高相关，暖季气温虽有升高现象，但对年均气温升高贡献不明显。降水量基本在多年平均值上下振动，无明显变化趋势，但降水变率略有增大，在这种形势下，高寒草甸植物生产力有所下降，植物种群数量、结构也发生了新的变化。     

高寒矮嵩草草甸地上生物量和叶面积指数的季节动态模拟

基于2007年中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站植被和气象观测资料,探讨了高寒矮嵩草草甸群落叶面积指数、地上生物量的季节动态变化及其数学模型,分析了叶面积指数与地上生物量的相互关系,以及气象条件对叶面积指数和地上生物量的影响。结果表明,高寒矮嵩草草甸群落植被生长期地上生物量的季节动态变化可以用Logistic回归模型拟合;植被叶面积指数的季节动态变化可以用三次函数曲线拟合,叶面积指数受温度和降水量的影响明显,与植物生长期日平均气温≥3℃的积温和降水累积量分别有三次函数的拟合关系,而考虑与积温和降水累积量的综合关系可用二元二次函数拟合;同时,叶面积指数与地上生物量之间有二次函数的拟合关系。     

草地生物量的动态模拟

本文以作物生长模拟理论为基础,考虑到草原群落多种群的特点，对高寒矮嵩草草甸建立了能反映气象因子与生物因子对种群生物量时间动态综合影响的总模式，包括对任意种群作用、呼吸作用、同化物分配等生理过程的定量模拟及叶面积指数动态、群落结构动态模拟等6类子模式，能够定量地给出该草甸群落地上生物量和地下生物量的季节变化，是草原植被光合产量模拟研究的较好尝试。     

青藏高原三江源区不同恢复期高寒草甸土壤线虫群落演变

青藏高原三江源地区的高寒草甸面临着严峻的退化问题，人工建植是三江源地区退化草地的重要修复方式。为探究地下生物对草地人工恢复措施的响应，本研究比较了三江源地区高寒草甸不同恢复期人工草地(建植1、5和10 a)的土壤线虫群落变化。结果显示：与原生植被样地相比，所有恢复期样地的植物地下生物量降低，土壤容重、pH、全磷、全钾和硝态氮含量升高，表明人工草地系统的初级生产力和土壤特性尚未恢复到原生草地状态。不同恢复期样地中土壤线虫的均匀度和多样性指数均显著高于原生植被样地。此外，不同恢复期样地的线虫多度、代谢足迹以及成熟度指数均随恢复年限的增加而增加。相关性分析结果表明，土壤线虫多度与植物地下生物量、土壤有机质、全氮、全磷、矿质氮和速效氮含量显著正相关(P<0.05)，与土壤pH、全钾和容重显著负相关(P<0.05)。尽管三江源区退化草地的人工恢复措施尚未完全恢复牧草生产力至原生植被状态，但土壤生物结构及功能具有改善的趋势，显示该地区退化草地生态系统具有较强的恢复潜力。     

高原鼠兔活动对高寒草甸群落植物生物量季节分布的影响

通过对高原鼠兔不同洞穴密度条件下,三江源区高寒草甸植物群落生物量季节动态研究分析表明:高原鼠兔不同洞穴密度和植物地上、地下和总生物量均满足二次函数关系,当洞穴数量达到中等密度时(512个/h㎡),其生物量降到最低.生长季内(5-10月)地上生物量变化呈"单峰"曲线,由于不同程度的鼠类活动致使其最大生物量较无鼠害样地提前一月来临,即8月底达到生长季最大值;年均生物量近似零密度样地最大,中等密度样地最小,7月底生物量可以作为年度产草量平均水平的重要依据.生长季内地下生物量于8月底均降到最低值,中等密度样地最小,近似零密度样地最大.总生物量主要由地下根系所支配,生长季内各样地基本与地下生物量保持相似的趋势,中等密度样地总生物量最小.总之,地上生物量对鼠洞密度和月份的敏感程度要强于地下生物量,鼠类活动对植物地下生物量的形成和数量在短期内没有很大的影响.     

东祁连山高寒草甸土壤“固-液-气”三相组成对海拔和坡向的响应

为探究不同海拔和坡向下高寒草甸土壤"固—液—气"三相组成变化特征,以东祁连山高寒草甸为研究对象,分析了不同海拔(2 800,3 000,3 200,3 400,3 600,3 800,4 000 m)、坡向(阳坡、阴坡)高寒草甸的植被特征和土壤物理特征,结合植被指标拟合探讨高寒草甸"固—液—气"三相的最佳组成比例。结果表明:植被盖度、草层高度和地上生物量均随海拔升高呈先升高后降低,在海拔3 200 m处达最大值,同一海拔的阴坡植被盖度、草层高度、地上生物量均高于阳坡;土壤容重随海拔和坡向的变化规律与植被盖度相反,而土壤含水量、孔隙度和持水性变化规律与植被盖度类似;经方程拟合发现,土壤"固—液—气"三相比例为31∶33∶36时,高寒草甸生产力最优。综上所述,在海拔3 200 m处是东祁连山高寒草甸分布的中心典型区域,海拔和坡向是影响高寒草甸土壤物理质量和"固—液—气"三相组成的重要环境因子,且该区域高寒草甸土壤"固—液—气"最佳比例为31∶33∶36。     

阿勒泰地区不同草地类型植被特征

天然草原是新疆阿勒泰地区畜牧业生产赖以生存的主要物质基础之一,也是阿勒泰地区最大的生态屏障。为了弄清阿勒泰地区不同草地类型的植被特征,以及将阿勒泰地区草地生物量空间分布以遥感图形式来展现,利用阿勒泰地区162个草地监测样地(365个草地样方)生物量及其他植被因子监测数据,分析了阿勒泰地区9个草地类型的植被组成、海拔高度、植被高度、盖度、生物量;同时,借助ArcGIS软件制作了2014年的生物量分布图。结果显示:(1)不同草地类型的海拔高度大小排列为:高寒草甸山地草甸温性草甸草原温性草原温性荒漠化草原温性草原化荒漠温性荒漠沼泽低地草甸;(2)植被盖度排序为:沼泽低地草甸山地草甸高寒草甸温性草甸草原温性荒漠草原温性草原温性荒漠温性草原化荒漠;(3)地表生物量排序为:沼泽低地草甸温性草甸草原山地草甸温性草原高寒草甸温性草原化荒漠温性荒漠;(4)植被高度排序为:沼泽低地草甸温性草甸草原山地草甸温性草原温性草原化荒漠温性荒漠草原高寒草甸温性荒漠;(5)实测生物量与归一化植被指数NDVI的关系可用幂函数来模拟:y=7695.807x~(1.327)(R~2=0.421,p0.05);(6)阿勒泰草原生物量在空间上呈现自南向北增加的分布特征,这与该区水分自南向北递增的趋势一致。依据行政区划富蕴、福海、吉木乃县以南地表植被地上生物量水平较低,越向古尔班通古特沙漠方向生物量值越低。     

模拟增温对长江源区高寒草甸土壤养分状况和生物学特性的影响研究

采用增温棚模拟增温的方法,对比研究了青藏高原腹地的风火山地区典型的高寒沼泽和高寒草甸在两种增温梯度条件下的土壤养分状况、微生物生物量碳氮和酶活性对温度升高的响应。结果表明:(1)模拟增温显著提高了增温棚内的气温和5 cm土壤温度,高寒沼泽草甸区不封顶增温棚平均气温和5 cm土壤温度分别较对照升高2.54℃和0.68℃,封顶增温棚平均气温和5 cm土壤温度分别较对照提高4.99℃和1.43℃;高寒草甸区内不封顶和封顶增温棚5 cm土壤平均温度分别较对照提高0.31℃和3.93℃。(2)模拟增温对两种草甸土壤养分含量的变化表现不一致,高寒沼泽草甸中开顶和封顶式增温棚0~5 cm土层中土壤有机碳和全氮含量降低,5~20 cm土层中却增加;相反的,高寒草甸中开顶和封顶式增温棚0~5 cm土层中土壤有机碳和全氮含量增加,5~20 cm土层中减少。(3)模拟增温显著提高了土壤微生物生物量碳、氮的含量,但由于封顶式增温棚增温幅度过大,抑制了微生物的代谢活动,导致微生物生物量碳、氮降低。(4)模拟增温使土壤过氧化氢酶、脲酶和蛋白酶的活性在两种草甸中均有不同程度的提高,碱性磷酸酶活性减小,蔗糖酶活性在两种草甸中表现出不一致的变化情况。同时,封顶增温棚内的过氧化氢酶、脲酶和蛋白酶活性增加的幅度,蔗糖酶和碱性磷酸酶减少的幅度均小于开顶式增温棚内的酶活性。两种草甸土壤有机碳和全氮含量的变化对模拟增温的响应情况不一致,这与不同类型草甸中土壤理化性质、水热状况、土壤代谢、植物种类及土壤生物(动物和微生物)区系、数量和生物多样性等因子有关。     

捡拾牦牛粪对高寒草甸植物功能群特征与生产力的影响

青藏高原高寒草甸广大牧区由于交通不便、能源短缺和生活习俗等原因,牛粪依然是当地牧民的主要生活能源来源,长期、大量地捡拾牛粪改变了粪斑的数量和面积,使养分在天然草地上无法回到草地生态系统进行再循环,因而对草地植物群落结构和生物量产生一定影响,从而增加了生态风险。为探讨捡拾牛粪对草地的生态影响,本文以青海省河南县高寒草甸生态系统为研究对象,通过对适度放牧草地上牦牛粪开展为期3年的不捡拾、一半捡拾和全部捡拾3个处理的试验研究,探讨捡拾牛粪对高寒草甸生态系统植物经济功能群落特征和生产力的影响。结果表明:牛粪不捡拾处理的草地生产力显著低于半捡拾和全捡拾处理,植物多样性显著低于半捡拾处理,禾草类优良牧草生物量显著高于半捡拾和全捡拾处理,莎草类优良牧草生物量显著高于全捡拾处理;牛粪半捡拾处理比不捡拾处理草地植被丰富度显著提高31.9%,植物多样性显著增加,群落生产力显著提高9.7%(42.6 g·m~(-2)),优良牧草和可食牧草生物量变化不显著;牛粪完全捡拾比不捡拾处理也显著增加草地植被的丰富度,增幅为10.7%,植物多样性显著增加,群落生产力显著提高4.1%(17.96 g·m~(-2)),但同时毒杂草显著增多,优良牧草和可食性牧草显著减少,牧草适口性变差。捡拾(半捡和全捡)牛粪会使禾草类和莎草类优质牧草生物量显著减少,莎草类在完全捡拾牛粪区生物量极显著减少70%以上;豆科植物生物量显著增加,在完全捡拾牛粪区生物量极显著增加,可达5倍以上;占总生物量74%~79%的杂类草和毒草的生物量也显著增加,且以半捡拾区增量最多。适度的牛粪捡拾可增加植被的丰富度和多样性,也提高了植被的生物量,并可保证牧草的营养品质和适口性。本项研究结果可以为高寒草甸牧区牛粪的适度捡拾和草地生态系统可持续管理提供科学依据。     

鼠类活动对高寒草甸初级生产力和土壤物理性状的影响

以高原鼠兔有效洞口作为调查对象,研究了高原鼠兔洞穴密度对三江源区高寒草甸地上、地下和总生物量以及土壤物理性状的影响.结果表明:随着草地鼠洞密度的增大,地上,地下生物量呈"V"字型变化趋势,先剧烈下降后缓慢上升,满足二次甬数关系,样地Ⅰ(近似零密度)生物量最大;地下生物量主要分布在0-10 cm土层,随着鼠洞密度的增大有向表层聚集的趋势,生长旺盛期更为明显;8月地上、地下及其总生物量显著高于6月(P<0.05),各月地下生物量远远大于地上生物量(P<0.01),地上生物量和地下生物量满足二次函数关系.土壤含水量、容重和pH值与鼠洞密度没有直接的线性关系,但含水量随土层深度增加而降低,容重和pH值随土层深度增加而增加,土壤各因子与不同土层满足线性关系.     

刈割对天山北坡草甸草原生物量的影响

[目的]以天山北坡羊茅+杂类草草甸草原为研究对象,研究刈割对草地生物量的影响,探讨地下生物量的形成规律。[方法]采用模拟放牧方式设置休牧、轻度放牧、中度放牧、重度放牧4个处理,测定分析草地生态系统生物量的变化。[结果]随着放牧强度的增大,草本生物量和凋落物逐渐下降,且下降幅度逐渐增大。与休牧相比,轻牧、中牧和重牧的草本生物量分别下降了27.51%,45.28%,65.05%。9月各处理地下生物量与6月相比分别增加了16.05%,13.07%,19.15%,19.08%,0—20cm土层的地下生物量占总地下生物量的85%,呈T型分布,向下递减趋势明显。[结论]放牧强度对植物地上生物量影响明显,表现为:休牧轻牧中牧重牧;季节变化中7月份地上生物量最大,显著高于9月;0—100cm土壤深度中各处理对地下生物量影响表现为:轻牧休牧中牧重牧;各处理下地下生物量的垂直分布变化趋势相同,即地下生物量集中分布在0—10cm土层,该层生物量占总地下生物量的70%,且随着土壤深度增加不断减少;季节变化中,地下生物量变化表现为:9月6月,各层生物量随土层深度的增加向下递减趋势明显。     

藏北高寒草甸温室气体排放对长期增温的响应

为深入认识高寒草甸温室气体通量对长期气候变暖的响应,利用开顶式生长室（OTC,Open Top Chamber）模拟增温2a（2Y,2015-2016年）和6a（6Y,2011-2016年）对藏北高寒草甸生长季CO₂、CH₄和N₂O通量的影响。结果表明：与对照相比,生长季（6-8月）增温6Y处理和增温2Y处理分别增加和降低高寒草甸土壤CO₂排放通量,其中7月增温6Y处理CO₂排放通量显著高于增温2Y处理;增温6Y和2Y处理增加了高寒草甸CH₄吸收通量,但是处理间差异均不显著;高寒草甸N₂O排放通量表现为增温6Y＞2Y＞CK,处理间无显著差异。环境因子与温室气体排放通量的相关分析表明,CO₂、CH₄和N₂O排放通量与0～5cm土壤温度相关不显著;土壤湿度、植物地上生物量、微生物生物量碳和蔗糖酶是影响高寒草甸CO₂排放通量的关键因子;NO₃--N是影响CH₄吸收通量的关键因素;脲酶和NO₃--N是影响N₂O排放通量的主要因子。因此,增温6Y处理通过增加植物地上部生物量、蔗糖酶活性,从而提高了土壤CO₂排放通量,增温6Y和2Y处理通过增加土壤脲酶和NO₃--N含量,从而促进了土壤N₂O排放和CH₄的吸收通量。     

青藏高原高寒嵩草草甸植被群落特征对退化演替的响应

以空间代替时间的方法,于2012年7月中旬-8月中旬在青藏高原祁连山南麓分别选取原生、轻度、中度和重度4种不同退化梯度的高寒嵩草（Kobresia）草甸,对其土壤理化、水分特征和植被群落进行研究,以探究高寒嵩草草甸生态功能退化过程中植被群落的变化特征.结果表明,中度退化样地的地上生物量、表层（0-10cm）土壤含水量和降水地表入渗速率显著最小（P＜0.01）,表层地下生物量、表层土壤有机质、表层田间持水量和草毡层厚度显著最大（P＜0.01）.基于退化高寒嵩草草甸群落的植被功能群和群落多样性的非度量多维排序结果表明,其退化过程可明确划分为原生植被、轻度退化、中度退化和重度退化4个阶段,冠层高度、地上生物量、草毡层厚度和降水地表入渗速率对群落变化的相对贡献较大.植被群落对退化过程的响应为非平衡型（Non-equilibrium）,群落变化的“分水岭”存在于中度退化和重度退化之间.研究结果对退化嵩草草甸的恢复措施选择具有重要的指导意义.     

不同土地管理措施对高寒嵩草草甸植被及土壤理化特征的影响

在青海玛沁地区,选择 4 种处于不同退化阶段以及 2 种人工处理的高寒草甸为研究对象,探讨不同放牧强度和人工干预措施下,植被特征、土壤营养元素和土壤物理性状的变化过程,为合理利用和提高草地生产力提供依据.结果表明:随着退化的加剧,高寒草甸的盖度、高度、地上生物量和种类呈下降趋势,可食性牧草逐渐让位于杂草;土壤 N、C 含量以及含水量逐渐降低,体积质量逐渐增大.与重度退化草甸相比,经人工干预处理后草甸的生物量、盖度、高度以及土壤营养元素和物理性状都有所增加提高.这些结果表明随着植被的退化演替,土壤退化越来越严重,土壤越来越贫瘠化.人工干预能够在一定程度上改善土壤物理特征,提高草地的生物量.     

高寒草甸土壤贮水量对封育措施的响应

以三江源玛沁县高寒草甸为研究对象,分析了11a封育措施下土壤贮水量的时空变化特征、土壤持水能力及其对封育措施的响应。结果表明:封育和未封育措施下土壤贮水量变化趋势一致,可分为融冻集聚期、波动消耗期和蓄积期;植物生长期的5月1日—9月28日,0—40cm封育和未封育措施下土壤平均贮水量分别为112.58mm和96.26mm,表现为封育未封育;贮水量与土壤容重呈极显著负相关(p0.01),与地上生物量、地下生物量和有机碳密度分别呈极显著(p0.01)、显著(p0.05)和无相关(p0.05);贮水量在垂直方向上总体表现出上层高下层低;封育11a后0—40cm平均容重比未封育样地降低11%。11a来土壤饱和持水量、毛管持水量和田间持水量分别增加了6%,9%和11%,分别以1.03,1.37,1.38mm/a的速率增加。表明封育措施一定程度上增加了高寒草甸土壤持水能力,利于水源涵养。     

模拟降水氮沉降对藏北高寒草甸土壤呼吸的影响

全球范围内大气氮沉降量的升高,增加了陆地生态系统的氮输入,从而影响土壤CO₂的排放。2014年采用生长季（6-8月）喷洒添加定量NH4NO3液体的方式模拟降水氮沉降,参照中国氮沉降分布格局决定氮素添加剂量为40kgN·hm^-2·a^-1（N40）,以喷洒等量清水为对照（CK）。生长季内定期测定植物群落生物量,并利用LI-8100土壤碳通量测量系统,选两个典型晴天进行土壤呼吸速率日动态变化过程测定,同时在6月下旬-9月初定期测定土壤呼吸速率,以探究氮沉降增加对藏北高寒草甸土壤呼吸的影响。结果表明：（1）氮沉降使高寒草甸地上生物量显著增加（P<0.05）。（2）高寒草甸生长季土壤呼吸具有明显的典型日动态变化和生长季变化。典型日动态呈双峰曲线,土壤呼吸速率最大值出现在13：00-14：00和16：00;生长季变化呈单峰曲线,最大值出现在8月,生长季初期和末期土壤呼吸速率较低。（3）氮沉降极显著促进了高寒草甸的土壤呼吸,与对照相比,生长季平均土壤呼吸速率增加66.1%（P<0.001）。（4）土壤呼吸速率与土壤温度、土壤湿度和地上生物量呈极显著正相关关系（P<0.001）。（5）氮沉降对土壤呼吸的温度敏感性无显著影响。研究结果说明在高寒草甸,由于氮沉降导致地上地下生物量增加,从而导致土壤呼吸速率的增加。