矮嵩草(Kobresia humilis)草甸内架设开顶式增温小室对微气候的影响

矮嵩草 (Kobresiahumilis)草甸内架设开顶式增温小室后 ,在牧草生长季节 ,增温小室内的气温平均提高 1 .47℃ ,土温平均提高 1 .0 0℃ ,地表温度平均提高 1 .5 4℃ ;增温小室外的湿度略高于其内部 ;增温小室外的风速明显高于其内部 ;增温小室内外的太阳水平总辐射、反射系数和极端温度差异不显著 ,但变化趋势各有异同 ;增温小室的修建对地温与湿度间、气温与空气湿度间的相关显著性有影响 ,对温度与其他气候因子间的相关关系影响不大     

水热因子对克氏针茅草原土壤呼吸及其土壤温度敏感性的影响

作为内蒙古重要的草地资源,克氏针茅草原在我国畜牧业生产中占有重要的地位。土壤呼吸是大气与陆地生态系统碳循环的主要通量,是土壤碳输出的主要途径。试验区设置在内蒙古锡林浩特市东部毛登牧场内以克氏针茅建群的典型草原;在2011-2013年采用开顶式生长室(OTC)对试验样地进行模拟增温增雨处理,在生长季(5-9月份)使用开路式土壤碳通量测量系统(LI-8100, LI-COR,NE) 对试验样地土壤呼吸强度进行测定;同时监测试验样地气温、土壤温湿度等环境因子,采集土壤样品并室内分析土壤养分特征和微生物生物量,并对土壤呼吸与环境因子间进行相关性分析。克氏针茅草原土壤呼吸受空气温度和土壤含水量影响显著(P<0.05),分别呈现出二项函数和线性相关关系;不同处理下土壤呼吸在相同时间存在显著差异(P<0.05),2012年增温增雨与增温处理下土壤呼吸速率分别为2.60和1.96 μmol/(m²·s), 2013年增温增雨与增温处理下土壤呼吸速率分别为3.38和2.09 μmol/(m²·s);增温增雨处理下,克氏针茅草原空气温度的升高和土壤含水量的降低均对土壤呼吸产生了抑制。土壤呼吸温度敏感度(Q₁₀)在2011-2012年中增温增雨处理明显高于对照处理和控温处理;2011-2013年控温处理都低于对照处理。本研究表明,土壤呼吸主要受水热条件影响,并且空气温度升高和土壤含水量的降低均对土壤呼吸有抑制作用,增温增雨处理下土壤呼吸速率要高于增温处理;土壤呼吸温度敏感系数与土壤温度、土壤含水量、土壤有机碳、全氮和微生物等环境因子之间的关系较为复杂,还有待深入研究。     

短期增温对长江源区高寒沼泽草甸植物-土壤C,N化学计量及季节变化特征的影响

为了探讨植物-土壤C,N化学计量及其季节变化特征对气候变暖的响应特征和调控机制,本研究以风火山地区高寒沼泽草甸优势种藏嵩草(Kobresia tibetica)为研究对象,采用开顶式增温室(OTC)模拟气候变暖,对2种增温幅度条件下(T_1:增温1.5～2.5℃;T_2:增温3～5℃)植物-土壤碳(C)、氮(N)化学计量及其季节变化展开研究。结果表明:植物在不同增温幅度下对C、N的利用率不同;该研究区土壤处于氮限制状态,增温加剧了这种限制,植物通过提高养分重吸收率来应对自然胁迫;植物C,N含量与土壤C,N含量呈显著相关(P0.05)或极显著相关(P0.01)。研究认为:温度变化影响了沼泽草甸植被生长及其C,N含量,但不同季节对其影响并不一致;在养分供应上,整个生长季内增温和对照处理下植物生长均受N素限制。     

模拟增温对高寒草甸植物物种多样性与初级生产力的影响

青藏高原因其环境脆弱的特征,高寒植物群落生产力和多样性对气候变化的响应极其敏感。当前,关于高寒针茅化草甸多样性和生产力对气候变化做出何种应答还不明确。本研究利用开顶气室法（Open top growth chambers,OTCs）进行模拟增温,通过研究高寒针茅化草甸生态系统植物群落物种多样性和初级生产力的变化,探讨高寒针茅化草甸对增温效应的响应。研究结果表明：1）温度升高对高寒针茅化草甸部分物种的重要值产生显著影响（P<0.05）,群落Shannon-Wiener多样性指数显著下降（P<0.05）,物种丰富度指数显著下降（P<0.05）,群落的总初级生产力变化不显著;2）物种多样性与初级生产力之间不是简单的线性关系。因此,增温处理使得土壤水资源匮乏,导致物种多样性与初级生产力的相关性减弱。     

季节性不对称模拟增温对青藏高原高寒草甸群落特征的影响

为探究全球气候变暖对青藏高原高寒草甸的影响,本文采用开顶式生长室(Open-top chambers,OTC)增温方式进行不对称季节性模拟增温,设置全年增温(T1)、夏秋冬季增温(T2)和春夏秋季增温(T3)3组不同处理,分析高寒草甸的群落组成及群落特征的变化。结果表明,增温后群落的优势种发生变化;群落的平均高度增加,其中T1和T3处理的群落平均高度显著增加;群落平均盖度无显著变化,但禾本科植物的高度和盖度增加;不同季节增温后群落的Patrick丰富度、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数均有不同程度的变化,Pielou均匀度指数则无明显变化,表现为T1处理的群落丰富度、多样性指数和优势度指数显著降低,T3处理的丰富度和多样性指数显著降低。高寒草甸植物群落对不同季节增温处理的响应程度有所不同。     

藏北高原高寒草甸地上生物量与气候因子的关系

采用收获法测量了藏北不同海拔高度(4300~4700m)2010年(6~8月)嵩草草甸群落地上总生物量,通过相关分析和多重回归分析法探讨了地上生物量与土壤温度、土壤含水量、空气温度、相对湿度、饱和水汽压亏缺以及比湿的关系。结果表明:总体而言,随着海拔高度的升高地上生物量逐渐增加,地上生物量与相对湿度、比湿以及土壤含水量分别呈极显著的正相关关系,与饱和水汽压亏缺呈极显著的负相关关系,而与土壤温度、空气温度呈不显著的负相关关系;相对湿度和饱和水汽压亏缺共同解释了地上生物量94%的变异,其中相对湿度的贡献较大。相对湿度是决定高寒嵩草草甸沿海拔分布的主导因子。     

三江源区高寒草甸OTCs模拟增温效应的研究

采用温度自动记录系统监测了开顶式生长室(OTCs)增温小室内地上5cm、地下7.5cm以及地下15cm处的增温效果,分析了生长季内OTC小室内温度的日变化、月变化以及植物生长温度的变化规律。结果表明:与对照相比,OTC小室内地上5cm的日平均温度增幅为0.35℃,月平均温度增幅为0.34℃,地下7.5cm的日平均温度增幅为0.70℃,月平均温度增幅为0.66℃,地下15cm的日均温和月均温都没有增加;OTC小室的总积温在地上5cm、地下7.5cm的增温幅度分别为54.55℃、63.37℃,而地下15cm处的积温没有增加。开顶式增温小室能够有效改变微气候环境,对地上5cm、地下7.5cm有一定的增温效应,地温的增幅比气温的增幅高。地下7.5cm土壤温度的响应程度明显大于地下15cm土壤温度;     

利用高通量测序法对模拟增温条件下藏北高寒草甸土壤线虫群落的研究

青藏高原对气候变化十分敏感,为探讨气候变化对藏北高寒草甸土壤线虫群落的影响,以开顶式气室（open top chamber,OTC）模拟增温3个月,利用高通量测序技术分析OTC内外不同深度土壤线虫的群落组成,探索这种方法在高原土壤线虫研究中的应用效果。结果表明,OTC内色矛纲（Chromadorea）线虫的相对丰度都较OTC外小,OTC内刺嘴纲（Enoplea）线虫都较OTC外大;OTC内矛线目（Dorylaimida）线虫的相对丰度都较OTC外大,OTC内垫刃目（Tylenchida）线虫都较OTC外小。土壤理化指标Cu²⁺、Zn²⁺、有机质和pH与纲水平土壤线虫相关性较大。短期增温已使藏北高寒草甸土壤线虫群落组成在纲、目水平上发生改变,在长期增温及大幅度增温的未来有可能发生更大的不可测变化,从而深刻影响青藏高原草地生态系统。     

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。     

增温对川西北高寒草甸草场植物凋落物分解的影响

凋落物分解是陆地生态系统碳循环的重要环节,温度是凋落物分解的关键影响因子。为探究增温对川西北高寒草甸草场植物凋落物分解的影响,使用开顶式生长箱(OTCs)研究模拟增温对分解袋法处理的凋落物样品的影响,以阐明增温对川西北高寒草甸生态系统中优势物种凋落物:禾本科的披碱草、发草,杂草类的野茴香、鹅绒委陵菜、蒙古蒿、星状雪兔子、长毛凤毛菊等群落混合地上凋落物和群落地下根系凋落物分解的影响。结果表明:1)模拟增温并未显著改变混合地上凋落物的分解周期,但是显著提高了根系凋落物的分解效率,地上、地下凋落物的分解周期对温度变化的响应存在差异。2)尽管不同种类植物凋落物的养分含量与化学计量特征存在显著差异(P<0.05),但与自然分解条件相比,模拟增温条件下单种植物地上凋落物的分解效率并未发生明显改变,模拟增温对单种植物地上凋落物的分解释放过程影响不显著。综上所述,川西北高寒草甸生态系统地上凋落物的分解过程对模拟增温响应不显著,而模拟增温显著影响地下凋落物分解过程。     

基于MODIS算法的藏北高寒草甸的光能利用效率模拟

 光能利用效率（ｌｉｇｈｔｕｓｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ,ＬＵＥ）是指初级生产力与植被冠层所吸收的光合有效辐射（ａｂｓｏｒｂｅｄｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｌｌｙａｃｔｉｖｅｒａｄｉａｔｉｏｎ,ＡＰＡＲ）之比,它反映了植被利用光能的能力。定量化生产力的时空变化是定量化全球碳循环的重要研究内容,而ＬＵＥ 作为光能生产力模型中的一个重要参数,是定量化生产力时空变化的基础。因此,定量化全球植被的ＬＵＥ 是定量化全球碳循环的重要组成部分。基于ＭＯＤＩＳ光能利用效率算法,本研究模拟了２００４－２００５年藏北高寒草甸生态系统的光能利用效率（ＬＵＥ_{ＭＯＤＩＳ}）,并用观测的光能利用效率（ＬＵＥ_ＥＣ）对模型进行了验证。在ＭＯＤＩＳ算法中,日最低气温（Ta_ｍｉｎ）和饱和水汽压亏缺（ＶＰＤ）分别被用来计算温度胁迫因子（T_{ｓｃａｌａｒ}）和水分胁迫因子（W_{ｓｃａｌａｒ}）。相关分析和多重逐步回归分析结果表明,相对于W_{ｓｃａｌａｒ},T_{ｓｃａｌａｒ} 更能够解释观测的ＬＵＥ 的季节变化。２００４和２００５年的模拟值分别高估了约１４．９７％ 和１６．５７％ 的观测值,但配对Ｔ 检验显示模拟值和观测值差异不显著,即基于ＭＯＤＩＳ的ＬＵＥ 算法在模拟藏北高寒草甸ＬＵＥ 方面具有较高的精度。相关分析表明,观测的ＬＵＥ 与Ta_ｍｉｎ 的相关性好于观测的ＬＵＥ 与平均气温的相关性,这表明在反应藏北高寒草甸生态系统ＬＵＥ的季节变异方面,Ta_ｍｉｎ 优于平均气温。总之,基于ＭＯＤＩＳ算法的ＬＵＥ 模型能够比较准确地定量化藏北高寒草甸生态系统的ＬＵＥ。     

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。     

气候变暖对高寒草甸气候生产潜力的影响

利用多年定位测定的草地生产力资料及同步气象因素观测数据,建立现实状况下光、温、水影响草地气候生产潜力模型 在分析现实高寒草旬气候生产力分布与环境条件关系的同时,根据该模型模拟计算未来气温升高2℃和4℃,降水增加10 %和20%状况下的气候生产力情景。在上述两种气候情景下,未来草地生产力分别出现降低(10%)和升高(1%)的两种可能。气候变暖在一定程度上减少和缓和低温对高寒草甸牧草生长的不利影响,但地表及植被的蒸散量的加大远比降水增加的快,水分则成为牧草生长的限制因素。     

青藏高原高寒草甸生态系统CO2交换量的"转折气温"

为了理解青藏高原高寒草地生态系统的碳动态变化和环境因子对其的调控关系,分析2年(2002和2003年)的涡度相关数据.结果表明,高寒草地生态系统是"碳汇",2年分别从大气吸收了286.74和284.94 g CO2.相关分析表明,高寒草甸生态系统CO2交换量与日平均气温有十分明显的相关性,而与光量子通量密度和土壤含水量没有明显的相关性."转折气温",是生态系统光合通化增长速率开始大于生态系统的呼吸增长速率时的气温.通过线性指数模型,发现高寒草甸生态系统的"转折气温"是2.47 ℃.在降雨和光量子通量密度基本不变,生态系统比较稳定的条件下,如果增温效应发生在气温大于2.47 ℃,高寒草甸生态系统的"碳汇"功能将得以加强,反之,发生在气温小于2.47℃,"碳汇"功能将被削弱乃至转变为"碳源".     

增温和氮添加对长江源区高寒沼泽草甸生态系统呼吸的影响

为探究高寒湿地生态系统对气候变化的响应,本研究对模拟增温（2.64℃）、氮添加（40 kg N·ha^-2·yr^-1）及其交互处理下的高寒沼泽草甸生态系统呼吸进行了2个生长季的监测。结果表明：增温显著提高了高寒沼泽草甸生态系统呼吸（约25%）,而氮添加对高寒沼泽草甸生态系统呼吸无显著影响;增温降低了高寒沼泽草甸生态系统呼吸对土壤温度变化的敏感性。在相对温暖的2015年生长季,增温和氮添加对生态系统呼吸起到协同促进作用。分析发现高寒沼泽草甸生态系统呼吸主要受表层土壤温度、植物生物量和土壤可溶性有机碳的影响;增温显著提高了植物地上和地下生物量,增强了自养呼吸,是增温提高生态系统呼吸的主要原因。本研究结果表明相比于大气氮沉降增加,高寒沼泽草甸生态系统呼吸对气候变暖的响应更加敏感。     

不同环境条件下几种高寒草甸植物的非克隆繁殖投入和生长

通过对高寒草甸生态系统金露梅灌丛、矮嵩草草甸、围栏矮嵩草草甸以及模拟地球增温效应下5种植物繁殖投入和生长特性的测定,结果表明,矮嵩草、麻花艽、苔草以及美丽风毛菊的叶长沿对照矮嵩草草甸、0TC、围栏以及金露梅灌丛呈现上升趋势,只是灌丛中苔草和麻花艽两种植物的叶长较围栏和OTC有所下降,而环境变化对植物的叶宽的影响较小。苔草在金露梅灌丛中的繁殖投入最大,其次是矮嵩草草甸和围栏,OTC中苔草的繁殖投入几乎为零。围栏与矮嵩草草甸内苔草的繁殖投入差异不显著,而两者中植物的繁殖投入与金露梅灌丛相比,差异性显著(P<0.05)。矮火绒草在矮嵩草草甸中的繁殖投入最大,其次是0Tc和围栏,灌丛中矮火绒草的繁殖投入最小。OTC与矮嵩草草甸内矮火绒草的繁殖投入差异不显著,而OTC与围栏中矮火绒草的繁殖投入差异性显著(P<0.05)。由此我们可以得出一个结论:繁殖投入随环境梯度的变化,反映了植物繁殖对策和繁殖投入在整个生活史特征中的可塑性。     

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。     

青藏高原高寒草甸N_2O排放速率及其对降水和气温的响应特征

在中国科学院海北高寒草甸生态系统定位研究站,利用静态密闭箱-气相色谱法,连续两年(2013,2014年)进行了高寒草甸N_2O排放速率及其对降水和气温的响应特征研究。结果表明:高寒草地N_2O年平均排放速率为32.4±3.1μg/(m~2·h),生长季排放速率为41.1±4.3μg/(m2·h),明显高于休眠季的排放速率20.2±3.2μg/(m~2·h);不同采样时期N_2O排放速率具有极显著差异;气温与N_2O的排放速率之间存在显著正相关关系(R=0.52),随着日平均气温增加,高寒草甸土壤N_2O排放速率逐渐提高;降水量与N_2O排放通量之间存在较弱的负相关关系。在未来全球增温的气候情景下,高寒草地土壤N_2O排放量将呈现上升的趋势。     

试验增温和放牧对门源草原毛虫生长发育的影响

青藏高原是全球气候变暖的敏感区域之一,门源草原毛虫作为青藏高原东北部高寒草甸的主要害虫之一,虫害爆发时造成牧草短缺,引发家畜口膜炎甚至死亡。因此,未来持续增温情况下,门源草原毛虫的表现对当地畜牧业生产安全至关重要。通过野外控制试验,探讨增温(日增温1.2℃/夜增温1.7℃)和放牧对草原毛虫生长发育的影响。结果表明,放牧显著提高了幼虫生长速率和蛹重,雌蛹增重比率约为雄蛹的2倍。增温显著缩短了草原毛虫幼虫期(雌性幼虫4.4 d、雄性幼虫7.0 d)和蛹期(雌蛹3.6 d、雄蛹4.6 d),而且引发雄性先熟,即雄成虫羽化时间较雌成虫早5.0 d。增温放牧处理下,草原毛虫的生长速率提高9%、雌蛹增重26%。可见,未来持续增温的高寒草甸牧场,门源草原毛虫适合度升高,对当地草场和家畜的威胁加大,需加强害虫的监控和防治力度。