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。     

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。     

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。     

高寒草甸植被层对于草地甲烷通量的影响

土壤对大气甲烷的汇是草地的一项重要生态功能,关于草地的温室气体通量已有大量研究,但鲜见关于植被层对于草地甲烷通量影响的报道。通过设置完整高寒草甸(IHC)、去除地上生物量草地(RAB)和裸地(RBB)三个处理,利用静态箱法来研究植被层对于草地甲烷通量的影响,结果显示在观测期间草地的平均甲烷氧化速率由高到低依次为:裸地[(52.2±18.9)μg/(m2·h)]去除地上生物量草地[(32.3±14.7)μg/(m2·h)]完整草地[(27.9±10.6)μg/(m2·h)],三者之间差异达到显著水平(P0.05)。根据三种处理计算出的草地根系和草地地上部分生物量2003—2004年的甲烷通量分别为(23.5±18.3)μg/(m2·h)和(7.4±11.5)μg/(m2·h),二者甲烷通量均为正值说明植物地上部分和草地根系都起到了促进甲烷排放的功能。在2003年、2004年、2005年、2006年RBB生长季平均甲烷通量分别为(-67.7±20.6)μg/(m2·h),(-60.7±18.5)μg/(m2·h),(-58.3±16.3)μg/(m2·h)和(-48.9±22.6)μg/(m2·h),表现为逐年降低的规律,但是IHC处理和RAB处理生长季甲烷平均通量的年季差异不显著,且没有明显的规律。在三年的原位观测期间,三种处理甲烷通量与土壤5cm温度、土壤湿度相关性也达到显著水平(P0.05)。     

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。     

藏北高寒草甸土壤线虫群落对围封及自由放牧的响应

为了解放牧干扰对藏北高寒草甸的影响,以及连续围封措施对草地的恢复作用,2013—2015年连续3年对那曲县围封、自由放牧天然高寒草甸土壤线虫群落进行取样调查及数据分析。结果表明:围封、放牧样地的线虫个体数量在年际间的变化均较明显,植食性线虫是整个线虫群落个体数量变化的主要贡献者;围封样地的线虫个体密度、多样性指数H′、丰富度指数SR,以及优势度指数λ的年际变化幅度均大于放牧样地;食细菌性线虫个体数量及线虫通路比值(NCR)表明放牧样地的有机质转化效率高于围封样地;成熟度指数(MI)、植物寄生线虫指数(PPI)分析表明,所研究区域经5年围封,高寒草甸生态系统稳定性没有明显的提高,相反,现有放牧强度维持或者增加了线虫群落的物种多样性,利于物种共存和草地生态系统稳定性的维持。     

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。     

长江下游地区马肝土小麦生长期土壤氮素动态的模拟

根据土壤氮素平衡原理对小麦生长期０￣４０ｃｍ土层有效氮含量进行了模拟,并用试验资料对模型进行了检验。结果表明,模拟值与实测值平均绝对误差为－２０．１ｋｇ／ｈｍ＾２,绝对误差标准误为３２．１ｋｇ／ｈｍ＾２。     

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。     

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.     

若尔盖高原高寒草甸地表能量交换和蒸散研究

若尔盖高原高寒草甸生态系统是青藏高原能量和水分循环的重要组成部分,但该地区地面水热通量观测数据非常缺乏。本研究基于涡动相关法,于2013年11月1日−2014年10月31日,利用三维超声风温仪和红外开路二氧化碳/水汽分析仪在若尔盖高原一典型高寒草甸开展周年通量观测,以揭示其地表能量交换和蒸散特征及影响因素。结果表明：高寒草甸地表能量通量各组分呈显著的日变化和季节变化特征,净辐射通量、感热通量、潜热通量和土壤热通量的年均值分别为94.5、21.0、51.8和1.2Wm−2。非生长季感热稍占优势,生长季潜热占绝对主导地位,波文比全年平均值为0.70,能量平衡闭合率年平均值为0.77。辐射是感热通量的主要气象影响因子,潜热通量则受温度、辐射和饱和水汽压差共同影响。日蒸散量变化范围为0.12～5.09mmd−1,全年平均值为1.82mmd−1。非生长季蒸散主要受土壤表面导度因子控制,生长季则由辐射主导,土壤和植被表面导度因子为次要影响因素。在季节尺度上,蒸散的变化取决于降水分布,全年降水和蒸散量分别为682.7mm和673.6mm,其中生长季分别占全年总量的84%和82%。6−7月降水匮乏抑制了蒸散,此时土壤储水成为蒸散的主要水源,从全年看,降水基本都以蒸散的方式返回大气。与青藏高原上同类观测研究相比,地表能量通量和蒸散都有相似的季节变化趋势,但观测到的年平均波文比和年蒸散量最大,气温、降水、地表植被等因素的共同作用导致这一结果。研究数据可作为地面验证资料,用于若尔盖地区陆面模式参数化方案的优化和卫星遥感反演资料的校验。     

不同放牧方式下高寒草甸土壤碳组分的对比研究

高寒草甸具有重要的碳汇功能。在冷湿环境下,土壤有机质分解缓慢,碳库积累对区域碳平衡发挥着重要的作用。然而,高寒草甸土壤退化对人类活动异常敏感,研究土壤碳库变化对放牧干扰的响应,可以为深入揭示高寒草甸的退化机理提供科学依据。藏猪放牧是目前存在于我国海拔3 000~4 000 m地区的主要放牧形式之一,本文以滇西北高原湿地——纳帕海作为研究对象,对比分析了纳帕海高寒草甸上的牛羊与猪拱放牧对土壤碳库特征的差异化影响。研究表明,猪拱放牧较牛羊放牧降低了土壤总有机碳以及活性有机碳(高活性碳、中活性碳以及低活性碳)的含量。与其他碳库相比,中活性碳库对猪拱放牧的响应最为敏感,可以作为重要的干扰指示因子。猪拱放牧影响下,土壤微生物生物量碳含量小于牛羊践踏下的土壤微生物生物量碳含量。随着土层深度的增加,土壤碳存储量呈下降趋势,对放牧干扰的响应也逐渐减弱,表层土壤(0~10 cm)受放牧干扰的影响最大。在不同研究区域上,由于土壤理化性质的差异,与沼泽化草甸相比,陆生草甸对猪拱放牧的响应较大。冗余分析(RDA)进一步表明,土壤碳库与土壤含水率、容重与孔隙度等理化因子的变化密切相关。综上,土壤碳库改变与放牧方式、放牧区域以及土壤剖面深度有关,猪拱放牧导致土壤表层裸露并引起土壤结构发生变化,进而导致土壤有机碳含量显著下降。其生态破坏程度较牛羊放牧更为严重。     

高寒草甸土壤温室气体释放对水分变化的响应

青藏高原未来气候变化引起的降水量再分配,将影响土壤水分含量状况,这会对土壤温室气体的释放产生直接影响。为了探明土壤含水量对土壤温室气体释放的影响,以青藏高原高寒草甸土为研究对象,采用室内培养的方法,研究了田间持水量30%、45%、60%、75%和90%不同水分梯度对土壤CO2、CH_4和N_2O三种温室气体释放的影响。结果表明:(1)高寒草甸土壤CO_2和N_2O累积释放量在土壤水分含量为田间持水量的60%时最大,分别为2.74 g kg~(-1)和1.54 mg kg~(-1);(2)土壤水分含量在田间持水量的30%~60%范围内,高寒草甸土壤是CH_4的"汇",土壤水分含量在田间持水量的75%~90%范围内,高寒草甸土壤转变为CH_4的"源";(3)CH_4累积释放量与土壤NO_3~--N含量呈极显著负相关关系,N_2O累积释放量与土壤NO_3~--N含量呈显著负相关关系;(4)不同水分梯度高寒草甸土壤释放温室气体的全球增温潜能(GWP)由大至小顺序为:60%75%90%45%30%。研究结果可为未来气候变化背景下青藏高原高寒生态系统土壤温室气体释放的估算和管理提供一定的科学依据。     

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。     

青海湖流域高寒草甸季节冻土土壤温湿变化特征

根据2018—2020年青海湖流域高寒草甸野外定点监测的温度、降水、土壤水热数据，分析了高寒草甸生态系统土壤冻融特征以及不同冻融阶段土壤温度、水分的日变化和季节动态过程。结果表明：(1)基于土壤温度变化特征分析，可将冻融循环过程划分为始冻期、完全冻结期、解冻期和完全融化期。各阶段持续的天数长短依次为：完全融化期>完全冻结期>解冻期>始冻期。从表层到深层土壤，完全融化天数持续增大，完全冻结天数趋于减小，0～180 cm土层完全融化期持续天数超过半年以上。(2)冻土表现出单向冻结、双向融化的规律，土壤融化速率(5.45 cm/d)快于土壤冻结速率(2 cm/d)。整个冻融过程，不同深度土壤水分的变化比温度的变化更复杂。(3)随着冻融循环过程，土壤温湿度呈现出周期性的季节变动特征。土壤温湿度日变化具有一致性，表层日较差大，随着深度的增加，日较差变小并趋于稳定。土壤剖面的结构特征对土壤水分异质性分布具有较强的解释性。