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。     

高寒草甸典型小流域土壤水分空间变异对比研究

以寒区两个典型小流域为例,根据理论变异函数,通过Krige空间内插法对比研究小流域0～30cm层土壤水分空间变异性及其特征。结果表明：（1）受植被类型、覆盖度影响,水平方向上,同一流域不同植被类型土壤含水量分布为：高寒灌丛草甸〉高寒嵩草草甸〉退化草地;相同草甸类型条件下,纳通河流域平均土壤水分含量均小于跨热洼尔玛流域;各坡位、坡向草甸植被严重退化区域土壤水分含量均略小于高寒草甸草地区域。（2）从剖面分析,跨热洼尔玛流域各层土壤含水量均大于纳通河流域;剖面变异性、土壤水分下渗速度纳通河流域总体均大于跨热洼尔玛流域;土壤水分变化剧烈程度高寒草甸草地区域在20～30 cm层、植被退化区域10～20 cm层;土壤水分下渗速度草甸植被严重退化区域大于高寒草甸草地;高寒草甸草地区域在10～20 cm层土壤水分在下渗过程中有一定的滞后作用;而草甸植被严重退化区域则无此类情况。     

高寒草原草甸区土壤侵蚀及植被覆盖对养分空间分布的影响——以兴海盆地子科滩为例

为探索高寒草原草甸区土壤中养分的空间分布特征及其影响因素,通过遥感解译分类、~(137)Cs示踪土壤侵蚀以及土壤化学方法相结合,研究了高寒草原草甸兴海盆地子科滩不同植被类型、植被盖度以及土壤侵蚀强度下的土壤养分的空间分布及差异。结果表明:植被盖度与TN,OM,EXT-P呈p0.01水平上显著正相关,与EXT-N呈p0.05水平上显著正相关,表明TN,OM和EXT-N对高寒草原草甸地表植物的生长有着显著积极的影响。高寒草甸土壤中的OM,TN,EXT-N,EXT-P以及EXT-K的含量高于高寒草原的原因为高寒草甸植被密度大且覆盖有约15 cm厚的植毡层。研究区植被覆盖度越高,则土壤侵蚀强度越弱。土壤养分OM,TN,EXT-N,EXT-P呈现出从西南到东北逐渐降低的趋势,而土壤侵蚀强度变化趋势与之相反。因此地表植被状况良好与否对高寒草原区土壤养分的存贮和降低水土流失均具有重要的生态意义。     

甘肃省两种主要草地类型的光谱反射特征比较

干旱荒漠草甸和高寒草甸是甘肃省两种主要的草地类型。2005－2007年,在安西草场和玛曲草场,分别对2种草地类型进行了光谱观测。文章分析和比较了2种草地类型的光谱反射特征及其差异性。结果表明,在可见光波段,荒漠草甸植被的冠层光谱反射率要高于高寒草甸植被,在近红外波段刚好相反;相同类型的草地,在不同的植被之间近红外波段的反射率差异较大。在可见光波段和近红外波段,荒漠草甸植被的叶片光谱反射大于冠层光谱反射,而高寒草甸植被则是冠层光谱反射大于叶片光谱反射;同一植被冠层光谱反射受植被长势影响明显;两种草地类型的红边特征参数表现为荒漠草甸小于高寒草甸。总之,高光谱遥感可以应用于草地植被的分类和长势监测。     

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。     

近23年来青藏高原东北部香日德地区高寒草甸上界变化及其与气候变化关系研究

利用1990年、1999年、2013年的Landsat卫星遥感影像数据,通过遥感和GIS技术,运用非监督分类和目视解译相结合的方法,提取香日德地区的高寒草甸上界,分析其变化特征及其与该地区气候变化的关系。结果显示:（1）1990—1999年升温趋势显著,降水量基本保持不变;1999—2013年气温基本不变而降水呈显著增加的趋势。（2）香日德地区高寒草甸上界呈现向更高海拔即原高寒荒漠的范围扩张的趋势,其上界的扩张受气温和降水变化的共同作用。其中以气温变化为主导的1990—1999年期间,高寒草甸面积扩张迅速;以降水变化为主导的1999—2013年期间,高寒草甸上界扩张减慢。并且海拔越高的地区高寒草甸面积增加越迅速。（3）高寒草甸上界在不同坡向上均有扩张。其中,以升温为主导的1990—1999年主要集中在北坡与西坡;以降水量增加为主导的1999—2013年期间则主要集中在南向坡。（4）从坡度分布来看,1990—1999年高寒草甸上界的扩张主要发生在15°～25°,而1999—2013年为20°～35°。     

放牧高寒嵩草草甸的稳定性及自我维持机制

以空间代时间,在＂三江源＂和中国科学院海北高寒草甸生态系统研究站地区,将处于不同退化阶段的高寒嵩草草甸作为研究对象,进行了其植物群落、地表状况、草毡表层厚度、根土比和水分渗透速率的演替过程与规律研究,以明晰放牧高寒嵩草草甸退化过程中其系统稳定性及自我维持机制。结果表明,高寒嵩草草甸虽然结构简单,但在长期适应寒冷气候进化过程中形成了低矮化、细绒化和草毡表层加厚、极度发育等一系列特殊的稳定性维持机制,可以承受一定范围内的人为干扰和气候波动,具有较高的系统稳定性与自我调控能力,但系统遭到破坏后的恢复能力极差。今日高寒草甸的大面积退化,是人类所赋加于草地的承载力远超过其承载力阈值而导致系统稳定性崩溃的结果。     

青藏高原风火山流域凝结水动态特征分析

采用微型蒸渗仪对青藏高原风火山流域不同退化高寒草甸凝结水进行了实地观测实验,根据观测数据分析了风火山流域凝结水的形成规律。研究结果表明,青藏高原风火山流域凝结水主要来源于两个方面,空气中的水汽,包气带向上迁移的水汽。其中来源于包气带的凝结水显著大于来源于空气的凝结水。凝结水基本发生在夜间20:00至次日8:00的时段内,并且在次日6:00-8:00之间凝结量最大,其形成深度主要集中在0-5cm土壤剖面范围内。该区凝结水量随着高寒草甸的退化表现为减小趋势,凝结水对于青藏高原高寒草甸生态系统平衡的维持具有十分重要的意义。     

长江源区高寒草甸植被覆盖变化对蒸散过程的影响

为了研究长江源区植被盖度变化对高寒草甸蒸散过程的影响,在长江源区选择坡向、坡型和坡度趋于一致,植被覆盖度分别为92%,65%和30%的高寒草甸建立天然观测场,采用小型蒸渗仪称重法观测计算不同覆盖条件下的高寒草甸蒸散量,分析了不同时期蒸散的动态变化特征和主要驱动因子。研究结果表明,在生长前期,随着植被盖度降低,高寒草甸蒸散量呈增加趋势;而在生长期、生长后期和冻结期,随着植被盖度降低,高寒草甸蒸散量呈减小趋势,且盖度变化对生长期蒸散量的影响尤为显著。不同时期主导蒸散变化的因子存在差异,热量因子在生长前、后期起主导作用,而在生长期起主导作用的是水分因子。     

藏东南色季拉山西坡不同植被土壤有机碳垂直分布特征及其影响因素

  【目的】  藏东南地区高山生态系统有巨大的土壤碳汇潜力，研究其不同生态系统下土壤有机碳 (SOC) 储存的变化特征及其影响因子，有助于深入了解青藏高原土壤碳循环及区域碳源汇平衡。  【方法】  本研究在西藏色季拉山西坡海拔3000～4600 m开展密集土壤采样，研究不同海拔高度下不同植被类型SOC的储存特征，并分析其关键影响因子。  【结果】  表层0—5 cm的SOC含量随海拔升高而增加，4个植被带SOC含量平均值表现为高寒草甸 (8.31% ± 0.77%) > 暗针叶林 (7.20% ± 0.90%) > 高寒灌丛草甸 (6.74% ± 0.80%) > 针阔混交林 (3.88% ± 0.46%)。在剖面5—10、10—15、15—20、20—30、30—40、40—60 cm各层SOC含量随海拔升高呈先增加后降低趋势，SOC含量在4种植被带的平均值表现为暗针叶林 > 高寒灌丛草甸 > 高寒草甸 > 针阔混交林。SOC含量随剖面深度增加而显著下降，高寒草甸和高寒灌丛草甸SOC垂直分布特征为表层聚集型，而针阔混交林和暗针叶林SOC垂直分布特征为普通递减型。剖面0—20、20—40、40—60 cm的SOC储量随海拔升高呈先增加后降低的特征。在表层0—20 cm高寒草甸SOC储量最高 (C 95.66 ± 4.81 t/hm2)；在剖面20—40和40—60 cm暗针叶林SOC储量最高，且其在整个0—60 cm剖面的SOC总储量在所有植被类型中最高 (C 199.14 ± 11.10 t/hm2)；针阔混交林SOC储量在剖面各层均为最低，且其在整个剖面的SOC总储量 (C 111.45 ± 10.30 t/hm2) 显著低于其他植被类型。剖面各层SOC储量与年平均温度、凋落物碳氮比呈显著负相关，而与海拔高度、年平均降水量和土壤含水量呈显著正相关。逐步回归显示土壤含水量是影响剖面各层以及整个剖面SOC储存的关键因子。随机森林模型对SOC储存的解释度为50.32%～65.82%，土壤含水量对表层土体SOC预测的相对贡献最高，年平均温度、年平均降水量和凋落物质量对各层SOC预测均有显著贡献，而植被类型对SOC预测的相对贡献随剖面加深而逐步增加。  【结论】  色季拉山西坡不同海拔高度下SOC的储存特征随不同植被类型和剖面深度而发生显著变化，环境因子(如土壤水分) 对表层土体SOC储存有关键影响，植被类型对深层土体SOC储量变化的预测有重要贡献。     

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。     

基于CT研究冻融对高寒草甸土壤孔隙结构的影响

冻融是影响高寒地区土壤结构的重要物理因素,以青海湖流域高寒草甸作为研究对象,通过野外采集原状土柱、室内冻融循环模拟、CT扫描和图像解译等方法,研究冻融循环对高寒草甸冻胀丘和丘间地的土壤大孔隙结构特征的影响。结果表明,随着冻融循环次数的增加,高寒草甸冻胀丘和丘间地土壤大孔隙度均呈现“减小—增加—减小”的趋势,冻融循环对土壤大孔隙度的降低主要在第1次冻融循环内形成的,且大孔隙的平均等效直径、平均体积、平均分枝长度、分枝密度和节点密度的变化规律与大孔隙度变化规律基本一致;冻融循环对高寒草甸冻胀丘土壤大孔隙的影响明显大于丘间地,其土壤大孔隙度随土层深度变化存在2个峰值,受冻融循环的影响,峰值大小和位置有所变动,且30—80 mm土层深度的土壤孔隙结构较草毡层其他位置更为敏感。     

野外模拟降雨条件下高寒草甸区植被退化和人工植被恢复坡面的产流产沙过程

[目的] 青藏高原是我国重要生态屏障,高寒草甸是其重要组成部分,水土保持功能是高寒草甸重要生态服务功能。开展青藏高原高寒草甸区水土流失过程研究对减少人为扰动水土流失、保障西南地区生态安全具有重要意义。[方法] 选取青藏高原高寒草甸未退化、轻度退化、中度退化、裸坡与人工植被恢复5种不同类型坡面,通过野外模拟降雨试验,分析不同雨强条件下,不同植被退化与恢复坡面产流产沙过程,揭示植被退化与人工植被恢复坡面土壤侵蚀机理与水沙关系。[结果] (1)高寒草甸未退化坡面与人工植草恢复坡面因其根系较为致密,其水分下渗能力相对较弱,故初始产流时间相对较短;而对于轻度退化坡面,侧流与纵向入渗能力相对较强,初始产流时间相对较长。(2)在常规降雨条件下(30,60 mm/h),轻度退化坡面产流量最小,减流效益最高,达到77.13%;人工恢复坡面产流量与未退化坡面接近,略高于轻度退化坡面;而裸土坡面累计产流量最大,且显著高于其他坡面;极端降雨条件下(90 mm/h)未退化坡面产流量激增,仅低于裸坡并明显高于人工植被恢复坡面。(3)在常规降雨条件下(30,60 mm/h),人工恢复植被坡面减沙效益最高,分别达到81.97%和89.82%,其次是未退化坡面,且随着植被退化程度增大,减沙效益逐渐降低;但在极端降雨条件下,人工恢复植被和未退化坡面减沙效益几乎相同,而中度退化坡面产沙量是未退化坡面的4.59倍;轻度退化坡面虽然具有较好的减流效益,但是减沙效益相对较差。[结论] 研究结果可为高寒草甸区植被恢复与生态安全提供重要科学依据。     

近47年天山山区自然植被净初级生产力对气候变化的响应

利用天山山区10个对各类天然草场气候和植被类型具有较好代表性的气象台站1961—2007年的历史气候资料,使用线性趋势、Modet小波和Mann—Kendall检测等方法在对年平均气温、降水量变化趋势、变化特征分析的基础上,分别采用Miami模型、Thornthwaite Memorial模型、Chikugo模型、朱志辉模型和周广胜模型对该地区的自然植被净初级生产力（NPP）及其对气候变化的响应进行了计算和对比分析。结果表明：近47a,天山山区的气候总体呈较明显的“暖湿化”趋势,并于1970年发生了由“冷干”向“暖湿”的突变;尽管基于各模型的NPP在数值上有一定差异,但其在时空领域对气候变化响应的趋势是一致的,即：47a来,在气候“暖湿化”背景下,天山山区的NPP总体呈较明显的增大趋势,并于1970年发生了突变性的增大;与年平均气温和年降水量一样,基于各模型的NPP也具有3～22a的不同时间尺度的周期变化;在各类草场中,以草甸草原和山地草甸的NNP最高,高寒草甸次之,荒漠草原再次,高寒草原NPP最低。最后建立了基于各模型的NPP估算值之间的相互换算关系。     

高寒草甸植物地下生物量与气象条件的关系及周转值分析

分析高寒草甸植物地下生物量季节动态及年一直净生产量与气候条件之间的关系表明１．高寒草甸植物地下生物量在牧草生长季的５－１０月呈“Ｎ”型的规律,１０月最高,６月次高;７月最低．５月次低;地下生物量的这种季节性变化与土壤湿度的变化具有很好的滞后正相关。     

基于137Cs的青藏高原高寒草甸土壤侵蚀及碳流失估算

[目的] 定量分析青藏高原高寒草甸土壤侵蚀状况及其伴随的碳流失,为全面评估土壤侵蚀影响,实施有效水土保持措施提供参考。[方法] 结合¹³⁷Cs示踪技术与前人研究,对青藏高原高寒草甸土壤的整体侵蚀水平及其土壤有机碳流失进行了估算。[结果] 未受人为扰动的高寒草甸土壤自上而下表现出3个层次(A,B和C层)的理化性质特征,其¹³⁷Cs分布遵循显著指数递减模式。目前,高原草甸土壤年均侵蚀模数约为77~230 t/km²,推测其每年直接导致的土壤有机碳损失量平均不低于4.86 t/km²。[结论] 青藏高原高寒草甸土壤侵蚀水平整体较弱,但因土壤侵蚀流失的有机碳不容忽视。在未来气候变化背景下,升温导致的土壤湿度下降对植被生长的限制,以及人类活动的影响,较大可能成为诱使青藏高原草甸土壤退化和有机碳流失的潜在因素。     

放牧强度对青藏高原高寒矮嵩草草甸氧化亚氮释放的影响

依托青藏高原东北隅高寒矮嵩草草甸的5a放牧强度（禁牧、轻度放牧、中度放牧、重度放牧）试验平台,2016年在植物生长季的6-9月,基于静态暗箱-气相色谱法,测定N2O的释放特征及相应的环境、生物因子,探讨放牧强度对高寒草甸N2O释放特征的影响及其内在环境生物驱动机制。结果表明：环境、生物因子中仅表层土壤容积含水量、土壤容重及土壤有机碳含量对放牧强度响应显著（P＜0.05）。高寒草甸N2O释放的季节特征表现出生长季的早期和晚期相对较高的“U”型趋势。禁牧样地N2O释放速率最小,极显著（P＜0.01）低于其它3个放牧样地。高寒草甸N2O释放强度与放牧强度间表现出正相关趋势（R= 0.49, P＜0.01）。相关分析表明,表层土壤温度是高寒草甸N2O释放速率的主要影响因子,但放牧强度改变了土壤温度的影响程度。中短期放牧管理改变了高寒草甸植被生长季N2O释放速率,但未改变其释放的季节特征。禁牧管理提高了土壤温度,进而显著降低植被生长季N2O释放强度。     

主要草原生态系统生产力对气候变化响应的模拟

利用历史气候数据(1961-2010年)和气候情景数据(1961-2100年)驱动CENTURY模型模拟高寒草甸、温性草甸草原、温性草原和温性荒漠4类主要草原生态系统的地上净初级生产力(ANPP),分析考虑和不考虑大气CO2浓度增加的直接效益(以下简称“CO2增益”)未来气温和降水量变化对ANPP的影响.结果表明:(1)1961-2010年,高寒草甸的ANPP呈极显著增加趋势(P＜0.01),与生长季内最低气温上升密切相关;温性草甸草原、温性草原和温性荒漠的ANPP变化趋势不显著,但年际波动较大,均与同期降水量具有极显著的正相关(P＜0.01),而与同期气温的相关性较弱.(2)若不考虑大气CO2增益,在A2和B2情景下2020s(2011-2040年)、2050s(2041-2070年)、2080s(2071-2100年)时段该4类草原生态系统的ANPP相对于基准时段(1961-1990年)的平均增幅分别为4.9％、12.0％、18.6％和3.0％、6.6％、8.9％,其中温性草原的ANPP增幅最大,其次是温性荒漠,而温性草甸草原和高寒草甸的ANPP有增有减,变幅较小.(3)若考虑大气CO2增益,在A2和B2情景下2020s、2050s、2080s时段该4类草原生态系统的ANPP较不考虑大气CO2增益均有显著增加(P＜0.05),平均增幅分别为20.0％、31.8％、45.6％和9.0％、13.7％、18.0％,其中温性草原的ANPP增幅最大,其次是高寒草甸和温性荒漠,而温性草甸草原的ANPP增幅稍小.     

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。     

西藏北部不同草地类型土壤碳、氮、磷的变化特征

[目的]探讨西藏北部不同草地类型间土壤碳氮磷含量的分布规律和各养分间相互关系,为草地生态保护和评价提供理论依据。[方法]通过S形土壤取样法对西藏北部不同草地类型的土壤样品进行采集,利用试验测定土壤的碳氮磷含量,基于SPSS进行方差分析和相关性分析。[结果]山脊高寒草甸、高寒灌丛草甸和山腰高寒草甸有机碳含量主要受海拔高度的影响,有机碳含量随着海拔高度的增加而增加,随土层深度加大而降低;有机碳与全氮有极显著正相关关系,相关系数为0.968(p0.01),不同草地类型间全氮含量趋势与有机质趋势相同;除高寒沼泽草甸,其他草地类型的有效氮与全氮分布规律相同,有效氮含量和全氮含量之间存在显著正相关关系,相关系数为0.439(p0.05)。速效磷受全磷含量影响显著,速效磷与全磷的相关系数为0.442,为极显著正相关关系;全磷含量受放牧影响,但放牧对速效养分的影响更加明显。[结论]西藏北部不同草地类型土壤碳、氮、磷的具有一定的变化规律,草地退化与放牧强度具有一定联系。