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。     

祁连山区4种高寒植被类型下土壤养分及含水率分布

[目的]探究祁连山区土壤养分及含水率分布特征,为祁连山区水土保持和生态植被恢复提供参考。[方法]以高寒草甸、高山灌丛、温性草原、温性荒漠4种高寒植被类型土壤为研究对象,采用野外调查、室内试验及数理统计相结合的方法,研究了4种植被类型下不同土层深度和4种坡向下土壤有机质(SOM)、全氮(TN)、全磷(TP)、含水率(SMC)分布特征,及其与年平均气温、年累积降雨量之间的相关性。[结果](1)研究区SOM含量范围为1.85～190.31 mg/g, TN含量为0.07～7.99 mg/g, TP含量为0.24～1.81 mg/g, SMC为0.79%～73.21%。(2)土壤SOM,TN,TP,SMC含量差异主要受植被类型影响,不同植被类型土壤SOM,SMC含量大小顺序均为：高寒草甸>高山灌丛>温性草原>温性荒漠;TN含量：高山灌丛>高寒草甸>温性草原>温性荒漠;TP含量：温性草原>高寒草甸>高山灌丛>温性荒漠。在4种坡向中,TP含量在半阴坡最高,阳坡最低,SOM,TN,SMC含量在半阳坡最高。(3)SOM,TN,TP,SMC与年累积降...     

围栏封育对青海湖流域主要植物群落多样性与稳定性的影响

植物群落多样性与稳定性是群落生态学的核心内容,是现代生态学的热点问题,也是草地资源评价与管理的重要指标.青海湖流域是我国主要牧场之一,研究该地区草地利用现状和封育影响评价对草地可持续利用具有重要意义.本文利用Simpson,Shannon-wiener和Pielou物种多样性指数及改进后的Godron稳定性测定方法,分析了青海湖流域高寒草甸、高寒草原和温性草原三种草地群落的多样性、稳定性及二者之间的关系,比较了相同草地类型围栏内外的植物群落多样性和稳定性,及三种草地类型在围栏内外的情况.结果表明:(1)高寒草甸,多样性:围栏内＞围栏外,稳定性:围栏外＞围栏内;高寒草原,多样性:围栏外＞围栏内,稳定性:围栏内＞围栏外;温性草原,多样性:围栏外＞围栏内,稳定性:围栏内＞围栏外.(2)围栏外不同草地类型多样性大小:高寒草甸＞高寒草原＞温性草原,稳定性大小:高寒草原＞温性草原＞高寒草甸.(3)围栏内不同草地类型多样性大小:高寒草甸＞高寒草原＞温性草原,稳定性大小:温性草原＞高寒草原＞高寒草甸.在高寒草甸、高寒草原和温性草原中多样性与稳定性表现为负相关关系.     

2000－2008年内蒙古草原MODIS NDVI时空特征变化

该文选用2000－2008年的MODIS NDVI数据,采用统计学的分析方法,研究了内蒙古草原中温性草原、温性荒漠、低地草甸、温性荒漠草原、温性草甸草原、温性草原化荒漠、山地草甸7类主要植被类型9 a来年度NDVImax空间变化趋势、波动程度、出现时间等植被指数时空特征。结果显示,2000－2008年间,内蒙古草原植被总体趋于恢复。各类型草原年度NDVImax平均值趋于增加,NDVImax介于(0,0.4]之间的低盖度草原植被面积趋于减少,NDVImax介于(0.4,1]之间的高盖度草原植被面积趋于增加。在空间上,67.15%的草原面积植被状况趋于好转,32.85%的草原面积植被状况趋于恶化,2008年植被状况是9年来最好的一年。除温性荒漠外,内蒙古草原各植被类型NDVImax从6月底开始集中出现,至9月底结束,其中8月是温性草原和草甸类草原NDVImax集中出现的重要时期。     

灌丛化对干旱区草地土壤有机碳化学结构和热稳定性的影响

在典型的干旱区新疆,选取沿海拔分布的4类草地,使用固态¹³C核磁共振技术与热分析技术研究了灌丛化对草地土壤有机碳(SOC)化学结构和热稳定性的影响。结果表明：灌丛间的芳香碳比例沿海拔从温性荒漠到山地草甸逐渐降低。在温性荒漠、温性草原化荒漠、温性荒漠草原和山地草甸,灌丛下烷基碳/烷氧碳的比值相对于灌丛间分别增加了0.10、0.09、0.03、0.21。低海拔的温性荒漠和温性草原化荒漠的热易分解SOC质量(较低温度下分解的SOC)与SOC总质量的比值(%Exo₁)、SOC分解一半时的温度(TG-T₅₀)和SOC在能量释放一半时对应的温度(DSC-T₅₀)显著低于高海拔的温性荒漠草原和山地草甸。在草原化荒漠、荒漠草原和山地草甸中,灌丛下的%Exo₁和DSC-T₅₀均高于灌丛间,而TG-T₅₀低于灌丛间。在温性荒漠,从灌丛间到灌丛下,低温时SOC燃烧释放出的能量占总燃烧能量(Q)的比例减小,而高温时SOC燃烧释放出的能量增加。本研究结果表明灌...     

用统计降尺度模型预测川中丘陵区参考作物蒸散量

区域蒸散量(evapotranspiration)预测对精准灌溉预报与农田水分管理意义重大。该文利用川中丘陵区11个气象站点1961-2013年逐日气象资料,采用FAO-56 Penman-Monteith公式计算参考作物蒸散量(reference evapotranspiration,ET0),基于Hadley Centre Coupled Model version 3(HadCM3)的输出和统计降尺度模型(statistical downscaling model,SDSM)分别对A2(高温室气体排放)、B2(低温室气体排放)情景下川中丘陵区2014-2099年ET0进行预测,并使用Mann-Kendall检验和反距离加权插值法对1961-2099年ET0的时空演变特征进行分析。结果表明:基准期(1961-2010年)川中丘陵区ET0整体呈现明显下降趋势,空间上呈现出东北部、西北部和东南部相对较大、中部相对较小的差异;与基准期相比,A2、B2情景下未来2020 s(2011-2040年)、2050 s(2041-2070年)和2080 s(2071-2099年)川中丘陵区ET_0月和年均值都呈增大趋势;A2情景下3个时期ET0将分别增加7.9%、10.9%和16.7%,B2情景下ET_0将分别增加7.1%、4.9%和12.8%;A2、B2情景下3个时期川中丘陵区ET_0空间分布均呈现西北部和南部较大、中部较小的空间差异,且3个时期的ET0相对变化率显示中部及其偏北、偏南区域ET_0增幅相对较大,北部和南部增幅相对较小。因此,未来川中丘陵区ET0的上升可能导致水资源短缺与季节性干旱进一步加剧。该研究可为川中丘陵区水资源优化管理和灌溉制度制定提供科学参考。     

基于陆地生态系统模型的气候变化条件下中国未来水分状况趋势分析

评估区域陆地生态系统未来水分平衡是生态系统与全球变化科学研究的重要科学问题之一。利用IPCC相关气候模式生成的历史及未来的气候情景数据作为陆地生态系统模型的输入,并考虑CO2浓度的变化,研究了气候变化及CO2浓度倍增效应对中国未来水资源状况的影响。结果表明:对不同情景的模拟(HC3AA,HC3GG,SresA2,SresB1),未来中国全国平均降水水平基本呈现出逐渐增加的趋势,气温水平呈显著上升的趋势,蒸散发水平表现出持续增长的态势,径流则出现了不同的丰水与枯水的时段;在CO2浓度倍增的情景下,蒸散发量相对于CO2浓度非倍增的情景下的水平要稍低,而径流相对于CO2浓度非倍增的情景下的水平则要稍高,这一点在2050年之后表现更为明显。     

中国典型陆地生态系统水分利用效率及其对气候的响应

水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)是陆地生态系统碳-水耦合的重要指标之一,也是研究陆地生态系统响应全球变化的重要参数。深入了解生态系统WUE的长时序变化特征及其影响因素,对生态系统碳水循环研究以及水资源合理开发具有重要意义。该研究基于2003—2010年中国8个碳通量观测站的通量数据、气象数据分析WUE的年内、年际变化特征及其与关键气候因子之间的响应关系。研究表明:1)处于热带季风气候区的千烟洲、西双版纳、鼎湖山3个站点的WUE全年波动较大,无明显规律,其余5个站点的WUE则表现出明显的季节变化特征,均表现为在4—7月份之间,呈现显著增加的特征,在7—8月份达到最高值,8—10月份,WUE逐渐下降,在11月至次年2月份,植被WUE接近于0;2)2003—2010年间,高寒草甸(当雄)年均WUE值最低(0.18 g/kg),热带雨林(西双版纳)最高(4.20 g/kg)。人工针叶林(千烟洲)、热带雨林(西双版纳)、落叶阔叶林和针叶混合林(长白山)植被WUE呈下降趋势,其余5个生态系统年均WUE呈增加趋势;3)8 d时间尺度上,高寒草甸、农田、草原生态系统WUE分别与气温呈正相关;森林生态系统WUE与气温呈负相关,其中人工针叶林生态系统WUE与气温的负相关系数(r=-0.607,P0.01)明显高于常绿阔叶林和针阔混交林;相比森林和农田生态系统,高寒草甸、草原生态系统WUE与相对湿度和降水具有较高的相关性;4)森林生态系统可通过土壤管理调控、冠层修剪等方式提高水分利用效率;农田生态系统需从灌溉方式、作物育种方面提高水分利用效率;高寒草甸及草原生态系统需采取人工种草、休牧以及划区轮牧等方式增强草原碳汇,从而提高水分利用效率。     

华北平原干旱事件特征及农业用地暴露度演变分析

根据1961-2014年华北平原52个气象观测站月降水数据和区域气候模式COSMO-CLM（CCLM）输出的逐月降水预估数据,利用标准化降水指数,结合“强度-面积-持续时间”（Intensity-Area-Duration, IAD）方法,研究了华北平原过去（1961-2014年）和未来（2016-2050年）3种排放情景(RCP2.6、4.5、8.5）下,不同持续时间的区域最强干旱事件的强度-面积特征及其时空分布规律。同时,基于2000年的土地利用数据,分析了2016-2050年华北平原农业用地暴露度的演变。研究表明：（1）1961-2014年,华北平原干旱中心在空间上呈由南向北迁移的趋势。（2）相比基准期（1961-2005年）,过去45a未遇的干旱事件在2016-2050年RCP3种情景下均有可能发生;RCP2.6情景下发生频率最高。（3）2016-2050年,RCP2.6和RCP 4.5情景下,华北平原农业用地干旱暴露度（即暴露面积）呈增大趋势,RCP4.5情景下干旱暴露面积增加的速率更大,RCP8.5情景下则与之相反,呈减小趋势。3种情景下暴露度峰值分别出现在2040s后期,2040s前期及2020s中期。     

青藏高原不同类型草地土壤磷素分布及其影响因素

磷是限制草地生态系统生产力的关键性养分元素,阐明青藏高原草地土壤磷素分布特征及其影响因素对于维持该区域草地生态系统的可持续发展具有重要意义。沿青藏高原从西北至东南的水平样带采集不同类型草地(即草甸草原、典型草原和荒漠草原)的土壤样品,研究土壤全磷、有效磷、无机磷组分和有机磷组分的分布特征及其影响因素。结果表明:土壤全磷和有效磷含量以草甸草原最高,其次为荒漠草原和典型草原。各类型草地土壤的无机磷组成均以酸溶态无机磷为主;草甸草原土壤的有机磷组成以氢氧化钠态有机磷为主,而典型和荒漠草原土壤则以酸溶态有机磷为主。不同类型草地相比,草甸草原土壤的水溶态、碳酸氢钠态和氢氧化钠态无机磷以及各形态有机磷含量均显著高于典型和荒漠草原,而荒漠草原土壤的酸溶态无机磷含量显著高于草甸和典型草原。冗余分析指出,土壤有机碳、年均降雨量是影响全磷和有效磷的主要因子,年均降雨量和游离氧化铁是影响无机磷组分的主要因子,而pH、年均气温、地上生物量和年均降雨量是影响有机磷组分的主要因子;结构方程模型指出,草地类型对无机磷组分和有机磷组分都有直接的影响,年均温度和容重对无机磷组分也有直接的影响,而海拔、年均降水量和年均气温通过草地类型对无机磷组分和有机磷组分产生间接的影响。研究结果对于青藏高寒草地生态系统磷素养分的有效管理,进而实现该区域草地资源的可持续利用具有重要意义。     

长期围栏封育对天山中部草地土壤有机碳及微生物量碳的影响

以天山中部中科院巴音布鲁克草原生态观测站三种类型草地长期（26 a）围栏封育样地为研究对象,通过野外调查取样结合室内分析的方法,研究了长期（26 a）围栏封育对草地土壤有机碳和微生物量碳含量的影响,结果表明：（1）围栏外（自然放牧条件下）,表层的土壤有机碳含量为高寒草甸（165.29 g·kg-1）〉高寒草甸草原（98.73 g·kg-1）〉高寒草原（83.54 g·kg-1）,微生物量碳含量依次为高寒草甸草原（181.70 mg·kg-1）〉高寒草甸（146.37 mg·kg-1）〉高寒草原（43.06 mg·kg-1）。围栏封育后,高寒草甸、高寒草甸草原、高寒草原表层土壤有机碳含量分别提高了11.37%、3.26%和2.21%;高寒草甸草原和高寒草甸微生物量碳含量分别增长2.89%和12.04%,而高寒草原降低40.36%。（2）从围栏内外土壤剖面来看,土壤有机碳、微生物量碳含量随着土壤深度的增加依次降低,微生物熵也随土壤深度的增加呈现降低的趋势。（3）微生物量碳含量与土壤速效钾、全磷含量达到极显著负相关（P〈0.01）,与速效磷含量达到极显著正相关（P〈0.01）,与土壤有机碳、全氮、全钾含量呈显著正相关（P〈0.05）与土壤速效氮含量正相关,但不显著。     

内蒙古典型草原区地表干湿状况变化趋势及影响因素分析

分析气候变化对典型草原区干湿状况的影响,对于了解草原退化原因、恢复草原生态环境有重要的指导意义。本文根据FAO推荐的彭曼一孟蒂斯方程,利用典型草原区1961—2008年25个地面气象站资料,通过计算潜在蒸发量、地表干燥度指数和水分盈亏量,分析了典型草原区地表干湿状况的空间分布规律及其年代际变化趋势,并探讨了它们与气候要素的相互关系。结果表明：（1）典型草原区牧草生长季干燥度指数均在2．0以上,水分亏缺量在400mm以上,属于地表干燥、水分亏缺状态。且整个牧草生长季4—9月,地表仍以干燥、水分亏缺为主。（2）典型草原区地表干湿状况存在着明显的阶段性变化特征。20世纪60、70年代水分亏缺多、干燥度大,属于气候相对干燥时期;80、90年代水分亏缺减少、干燥度降低;2001—2008年,水分亏缺量和干燥度指数逐渐增大,甚至达历史最大值,成为气候最为干燥时期,且变干倾向显著。（3）对典型草原区地表干湿状况影响最显著的因子为降水量和相对湿度（相关系数在0．8以上）,其次为日照时数（相关系数在0．6以上）,平均气温和平均风速对其影响相对较小。     

基于Landsat TM影像的半干旱牧区天然打草场面积的遥感监测

天然打草场是中国草地畜牧业的物质基础,也是中国内陆的生态屏障。目前中国打草场分布状况、分布面积、产量高低等信息十分缺乏,严重制约饲草储备和救灾应急功能发挥。为解决这些问题,该文基于2009－2011年的Landsat TM5影像数据,并借助野外调查点和目视解译方法对中国半干旱牧区天然打草场状况进行监测分析。结果表明,中国半干旱牧区天然打草场面积达800.35万hm2,目视解译结果的平均解译精度达到76.78%。其中,内蒙古天然打草场面积居首位,面积为688.04万hm2,其次是松嫩平原草原区,打草场面积为91.80万hm2,河北半干旱农牧交错区的打草场面积最小,为20.51万hm2。在内蒙古,呼伦贝尔草甸草原天然打草场约为180.89万hm2,科尔沁沙化草原天然打草场约为96.44万hm2,锡林郭勒典型草原天然打草场面积约为395.40万hm2。研究区天然打草场的植被类型以温性草原类、温性草甸类、低地草甸类为主,少量分布在山地草甸类和温性荒漠草原类。该研究结果可为进一步分析全国半干旱区域打草场变化提供数据支撑。     

保护性耕作对麦-豆轮作土壤有机碳全氮及微生物量碳氮的影响

通过设置在甘肃省定西市李家堡镇的保护性耕作措施长期定位试验,共设4个处理（T：传统耕作;NT：免耕无覆盖;TS：传统耕作＋秸秆还田;NTS：免耕＋秸秆覆盖）,采用春小麦豌豆双序列轮作（即小麦→豌豆→小麦和豌豆→小麦→豌豆,本文中所指春小麦地、豌豆地分别指2008年种植春小麦、豌豆的轮作次序）,于2008年3月中旬对春小麦、豌豆双序列轮作下的土壤有机碳、全氮、土壤微生物量碳及土壤微生物量氮含量进行了采样测定。结果表明,经过7a的轮作后,两种轮作次序下,0-30cm土层中土壤有机碳、全氮、土壤微生物量碳、土壤微生物量氮含量均有在免耕＋秸秆覆盖、传统耕作＋秸秆还田处理较免耕不覆盖、传统耕作处理高的趋势,且其含量均随着土壤深度的增加而降低。其中,土壤微生物量碳含量在两种轮作次序下的排序均为：免耕＋秸秆覆盖（NTS）〉传统耕作＋秸秆还田（TS）〉免耕不覆盖（NT）〉传统耕作（T）;而土壤微生物量氮含量在春小麦地和豌豆地的排序则分别表现为：免耕＋秸秆覆盖（NTS）〉传统耕作＋秸秆还田（TS）〉传统耕作（T）〉免耕不覆盖（NT）和免耕＋秸秆覆盖（NTS）〉传统耕作＋秸秆还田（TS）〉免耕不覆盖（NT）〉传统耕作（T）。同时,微生物量碳、微生物量氮与有机碳和全氮均呈显著正相关,说明提高土壤有机质、全氮含量的保护性耕作模式有利于土壤微生物量碳与氮的积累。     

环境因子对高寒草地植物群落分布和物种组成的影响

在新疆天山巴音布鲁克高寒草地，应用双向指示种分类法（Twinspan）、典范对应分析（CCA）和除趋势对应分析（DCA）方法研究了环境因子对群落分布和物种组成的影响。结果表明：1）高寒草原分布在2460—2760m的低海拔区域，该区域7、8月温度较高，为10．8℃；高寒草原化草甸分布在2860m左右；高寒草甸分布在2960m以上，该区域7、8月相对湿度和土壤含水量较高，分别为77．77％和42．95％。2）随海拔升高，高寒草原、高寒草原化草甸和高寒草甸的速效K含量逐渐减少，有机质和速效N逐渐增加。3）CCA、DCA分析表明，温度、速效K和有机质因子对该地区群落分布和物种组成有重要影响。4）Twispan分类将9个样地划分为高寒草原、高寒草原化草甸和高寒草甸3个类型，与CCA和DCA分析的结果基本吻合。     

放牧与围栏内蒙古针茅草原土壤微生物生物量碳、氮变化及微生物群落结构PLFA分析

以内蒙古贝加尔针茅草原、大针茅草原和克氏针茅草原为研究对象,采用氯仿熏蒸法和磷脂脂肪酸（PLFA）分析方法研究了放牧与围栏条件下内蒙古针茅草原土壤微生物生物量和群落结构特征的变化情况。研究表明放牧与围栏草地土壤微生物生物量和群落结构差异显著。氯仿熏蒸法分析结果表明内蒙古针茅草原土壤微生物生物量碳的含量介于166.6-703.5mg·kg^-1之间,微生物生物量氮含量介于30.34-92.15mg·kg^-1之间,其中贝加尔针茅草原土壤微生物生物量碳、氮最高,大针茅草原次之,克氏针茅草原则最低。放牧条件下,贝加尔针茅草原、大针茅草原土壤微生物生物量碳、氮显著低于围栏草地,克氏针茅草原则无显著变化。PLFA分析结果显示,内蒙古针茅草原土壤微生物群落PLFAs种类、含量丰富,共检测出28种PLFA生物标记磷脂脂肪酸,并且以直链饱和脂肪酸和支链饱和脂肪酸为主,相对含量占总量的2/3左右,其中贝加尔针茅草原土壤微生物含量最丰富,其围栏样地土壤的PLFA含量达到27.3nmol·g-1,大针茅草原和克氏针茅草原依次降低。围栏条件下,各类型草原土壤细菌脂肪酸与总PLFA含量均显著高于放牧草地,真菌脂肪酸含量则因草原类型不同各有差异;放牧导致各类型草原革兰氏阳性细菌PLFAs/革兰氏阴性细菌PLFAs（GPPLFAs/GNPLFAs）比值显著降低,而除了克氏针茅草原,细菌PLFAs/真菌PLFAs比值则显著升高。PLFAs主成分分析表明,放牧和围栏处理对内蒙古针茅草原土壤微生物群落结构产生影响,且围栏处理的影响程度大于放牧处理。经相关分析表明,氯仿熏蒸法和PLFA分析方法之间有很好的一致性,且土壤微生物PLFAs与土壤有机质、全磷、硝态氮显著相关。     

Grassland conversion along a climate gradient in northwest China: Implications for soil carbon and nutrients

Soil organic carbon (SOC) stocks and nutrient availability are key indicators of soil quality, and both can be influenced by land-use change. However, it is still unclear whether the impact of land-use change on SOC and nutrient stocks differs between ecoregions. Grasslands near the northeast border of the Qinghai-Tibetan Plateau (QTP) occur across several ecoregions that have recently been subjected to substantial land-use change. Based on long-term land-use history, we conducted a field investigation comparing soil C and nutrient stocks between natural grassland (NGL) and three types of converted grassland (agricultural grassland, AGL; farmland, FL; and abandoned farmland, AFL) in three ecoregions along a climate gradient: alpine meadow, temperate steppe and temperate desert. Compared with NGL, soil C stocks in converted grasslands were 22%–30% lower in the alpine meadow, but 60–82% higher in the temperate steppe and 6%–76% higher in the temperate desert. Converted grasslands also contained higher stocks of available nitrogen and phosphorus than NGL in the temperate steppe and desert. Soils (0–40 cm) in NGL contained 14.8 ± 0.1 kg C m⁻² in alpine meadow, 6.7 ± 0.6 kg C m⁻² in temperate steppe and 1.7 ± 0.3 kg C m⁻² in temperate desert. Together, our results indicate that the responses of soil C and nutrients to grassland conversion differed between ecoregions. Thus, to optimize soil C sequestration rates and overall soil quality, we suggest that land-use policies in this area should take into account local environmental conditions.