模拟降水和不同载畜率对荒漠草原生态系统碳交换的影响

[目的] 探究不同降水梯度和不同载畜率对生态系统碳交换的影响。[方法] 试验依托内蒙古乌兰察布市四子王旗短花针茅荒漠草原不同载畜率（对照、低载畜率、中载畜率、高载畜率）平台,增设模拟降水试验（减水50%、自然降水、增水50%、增水100%）。在2017年植物生长季,采用Li-6400便携式光合仪和密闭式箱法测定生态系统净碳交换（net ecosystem carbon exchange,NEE）、生态系统呼吸（ecosystem respiration,ER）和生态系统总初级生产力（gross ecosystem productivity,GEP）对不同降水梯度和不同载畜率的响应。[结果] ①降水单因素处理对NEE、ER、GEP均产生极显著（P<0.001）影响。②高载畜率处理的ER显著（P<0.05）低于对照处理。③降水与载畜率的交互作用只对GEP产生显著（P<0.05）影响。相同载畜率处理下,降水量的增加对NEE、ER、GEP均有促进作用;相同降水处理下,对照区的ER、GEP显著（P<0.05）高于高载畜率区。ER、GEP在低载畜率条件下与土壤体积含水量的线性回归模型斜率的绝对值最大。[结论] 随着土壤含水量的增加,NEE、ER、GEP呈显著增加的趋势;随着载畜率的增加,ER显著降低,降水与载畜率的交互作用只对GEP产生显著影响,尽管水分的增加促进生态系统碳交换,但中、高载畜率条件下荒漠草原生态系统碳交换对土壤水分变化的敏感性减少。     

模拟降水变化对荒漠草原地上、地下生物量及其分配比例的影响

全球降水格局变化会对草地生态系统植物群落地上、地下生物量产生影响。为探求降水变化对草地群落生物量的影响,本研究在四子王旗荒漠草原设置了4种模拟降水梯度试验,分别为减少自然降水50%、自然降水处理、增加自然降水50%和增加自然降水100%。2018—2020年连续三年测算不同降水梯度处理下植物群落地上、地下生物量及其分配比例,发现2018年到2020年,植物群落地上、地下和总生物量均随降水梯度增加而增加;模拟降水变化对植物群落地上、地下以及总生物量因为样地被围封和降水量不同而产生年际差异。不同降水处理对0～10 cm和20～30 cm中的植物群落地下生物量影响差异显著,20～30 cm土层中,增水处理下的植物群落地下生物量则表现为三年间均为显著递增。减水处理的植物群落生物量向地下分配比例更高(P<0.05)。本试验为维持草地生产力应对未来气候变化提供了理论依据。     

不同时期干旱对青藏高原高寒草甸生态系统碳交换的影响

极端干旱事件能够显著地改变土壤水热条件和群落特征,进而影响生态系统碳交换.以青藏高原高寒草甸为研究对象,通过设置截雨棚,模拟发生在生长季前期(返青期,5-6月)和中期(快速生长期,7-8月)的极端干旱事件,研究不同时期干旱对群落特征和生态系统碳交换的影响.结果发现:不同时期干旱事件对高寒草甸生态系统的影响均表现在生长季...     

晋北赖草草地生态系统碳通量对不同放牧强度的响应

草地生态系统是最主要的陆地生态系统之一,其碳循环过程在全球碳平衡中具有重要作用。为探讨草地生态系统碳通量对不同放牧强度的响应,本研究以晋北赖草草地为研究对象,动态监测不放牧、轻度放牧、中度放牧和重度放牧下生态系统净碳交换、生态系统呼吸和生态系统总初级生产力。结果显示,2017年不同放牧强度对生态系统碳通量影响不显著;2018年中度和重度放牧通过改变土壤温度和净初级生产力,一定程度上提高生态系统呼吸和生态系统总初级生产力,但对生态系统净碳交换影响不显著。因此,晋北赖草草地生态系统碳通量对不同放牧强度的响应与放牧年限相关。     

放牧对晋北农牧交错带赖草草地生态 系统碳交换的影响

生态系统净碳交换(NEE)是评估碳循环及收支的重要指标,由生态系统总初级生产力(GEP)及生态系统呼吸(ER)共同决定。以晋北农牧交错带赖草草地为研究对象,利用LI-840a静态箱法,通过观测为期2年(2015-2016)围封和放牧管理下NEE、ER和GEP的日动态和季动态,分析其与气温、土壤温度(0~10 cm)、土壤含水量(0~10 cm),以及地上和地下生物量的相关性,旨在说明放牧对农牧交错带赖草草地生态系统碳交换的影响。结果表明:放牧显著降低了赖草草地地上、地下生物量;NEE、ER和GEP的日变化及季节变化特征明显,均呈现单峰型变化,在5、6、9月较低,在7-8月较高;生态系统碳交换的日变化主要受气温影响,而季节变化主要受表层土壤温度影响;同时NEE、ER和GEP与地上、地下生物量也存在极显著相关性;相比围封,放牧明显降低了该草地生物量和生态系统碳交换速率,但未改变日、季变化趋势。说明放牧通过破坏草地植被光合组织,降低了草地生态系统碳交换能力,减弱了草地生态系统碳汇功能。     

放牧强度对不同草地类型生态系统气体交换影响的研究

为揭示不同放牧强度下不同草原类型气体交换的变化规律,在8月中旬采用Li-6400 便携式光合仪和密闭式箱法,分别对内蒙古草甸草原、典型草原和荒漠草原不同放牧强度下气体交换进行分析研究。结果表明:不同草原类型之间的生态系统净CO₂交换(NEE)、生态系统总呼吸(ER)和生态系统总初级生产力(GEP)均存在显著差异(P<0.05)。草甸草原的NEE和GEP随放牧强度增加呈现降低趋势,ER则呈现上升趋势;典型草原的NEE和GEP随放牧强度增加呈现上升趋势,ER则呈现下降趋势;荒漠草原的NEE和GEP除对照区外,随放牧强度增加呈现上升趋势,而ER呈降低趋势。放牧通过对草原生态系统植物、土壤等产生影响,从而影响生态系统气体交换。     

放牧对草地生态系统CO2净气体交换影响研究概述

陆地生态系统与大气之间的CO2净气体交换(net ecosystem exchange of carbon dioxide,NEE)被称为生物圈的呼吸,它是陆地生态系统碳循环的重要组分,是全球气候变化研究的重点.草地生态系统是陆地生态系统的主体,约占陆地表面的40％,是气候变化的敏感区域.放牧是草地生态系统的主要利用方式,伴随着气候变化,放牧利用强度不同,对草地生态系统NEE的影响也不同.本文以放牧草地生态系统NEE组成为基础,从放牧干扰途径出发,综述了放牧对草地生态系统CO2净气体交换特征的影响.放牧主要干扰草地土壤-植被界面,通过影响植物群落组成、地上净初级生产力、地下净初级生产力来影响植被群落的光合作用和呼吸作用,使草地生态系统的NEE发生变化;放牧也可通过影响土壤包括土壤呼吸、土壤养分以及土壤温度和水分来影响NEE.放牧干扰途径的研究亦可应用于草地开垦和刈割等利用方式中,这对了解和研究草地不同利用方式下生态系统的CO2交换特征、草地碳源或碳汇的转换状态,以及草地碳贮存功能的强弱具有重要意义.     

城市绿地生态系统碳交换动态及其与环境控制因子的关系

随着城市的不断发展,城市绿地面积逐年增加,绿地生态系统潜在的碳汇和碳源功能显得非常重要。2014年1月至2016年1月,基于涡度技术对福州市绿地生态系统进行了碳通量连续两年的定位观测,并探讨了城市绿地生态系统碳交换年际动态特征及其环境调控因子。结果表明,城市绿地生态系统年总生态系统生产力(GEP)、生态系统净生产力(NEP)和生态系统呼吸(R_e)呈现出一致的变化规律,其中生态系统碳交换特征表现为生长季(4月-11月)以吸收CO_2为主,非生长季以释放CO_2为主。城市绿地R_e均与GPP、GEP呈正比关系,并且拟合线性斜率1,受生长季的降水量影响较大。采用指数方程对碳交换和土壤温度(T_a)进行模拟,生态系统日平均净碳交换量(NEE_(day))随T_a的增加呈指数增长模型,T_a可解释80%以上的变异;GEP随着T_a的增加逐渐增加,当T_a达到最高时,并未对GEP产生抑制作用;当气温低于5℃时,城市绿地生态系统以呼吸作用为主导,当气温高于5℃,城市绿地生态系统净吸收大气CO_2为主导。光合有效辐射(PAR)与NEE呈直角双曲线关系,当光补偿点PAR小于350μmol·(m~2·d)~(-1)时,NEE为正值,此时生态系统呼吸大于光合生产;当PAR大于500μmol·(m~2·d)~(-1)时,生态系统呼吸与光合生产持平,其碳吸收量基本达到饱和。生态系统最大光合速率、白天平均生态系统呼吸强度、表观量子效率(α)与温度和PAR的季节变化趋势相一致,均在7月最大和5月最小。相关性分析可知,不同月份NEE残差均与降水量呈负相关关系,与饱和水汽压差(VPD)呈正相关关系。上述研究结果为估算、模拟和预测城市绿地生态系统碳交换提供了基础数据支持和理论基础。     

降水调节荒漠草原生态系统碳交换对增温和氮添加的响应

气候变暖和大气氮沉降对草地生态系统功能有重要影响。然而,降水变化如何调节荒漠草原生态系统生产功能对气候变暖和氮沉降的响应还不清楚。本研究基于内蒙古短花针茅(Stipa breviflora Griseb.)荒漠草原长期增温和氮添加试验平台,分析两个连续降水差异较大年份中植物生产力和生态系统碳交换对增温和氮添加响应的不同。结果表明：(1)植物群落地上生物量在干旱和湿润年份有显著差异。在干旱年份,氮添加使得C₃植物地上生物量显著降低了10.50%;在湿润年份,氮添加使得植物群落地上生物量和C₃植物地上生物量分别显著增加了11.69%和8.06%。(2)在干旱年份,氮添加显著促进了净生态系统碳固定,而增温显著降低了总生态系统生产力;在湿润年份,增温和氮添加对生态系统碳交换均没有显著影响。因此,野外长期监测结合年际间降水波动对分析全球变化影响草原生态系统功能十分必要。     

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。     

放牧强度对青藏高原高寒草甸净生态系统交换量的影响

放牧是青藏高原主要的土地利用方式之一。放牧强度不同,对青藏高原高寒草甸生态系统NEE的影响也不同。为揭示不同放牧强度下高寒草甸生态系统气体交换的变化规律,同时为生态系统碳收支核算提供基本数据,本研究于2012年5-10月采用Li-6400便携式光合仪和密闭式箱法,对青藏高原高寒草甸生态系统不同放牧强度下的气体交换进行分析测定。结果表明,1)净生态系统交换量(NEE)、生态系统呼吸量(Reco)和生态系统初级生产力(GPP)均表现出明显的季节变化,NEE在整个生长季的变化趋势呈“U”型,Reco和GPP为单峰型变化趋势;2)从5月中旬到9月中旬,NEE为负值,表明高寒草甸生态系统为CO2净吸收;3)在放牧率为50%的中度放牧强度下,高寒草甸的NEE和GPP具有最大值,表明中度放牧生态系统具有较高的碳汇水平。     

陇东典型草原不同坡向土壤呼吸对模拟降雨的短期响应

降雨是影响草地土壤呼吸的关键环境之一,为研究典型草原土壤呼吸对降雨的短期响应,2012年在陇东黄土高原开展模拟降雨试验。结果表明,降雨对阳坡草地土壤温度的短期影响明显,对阴坡草地温度无影响。15和30 mm降雨后,阳坡草地土壤呼吸速率急剧升高,分别是无降雨样地的9.0倍和10.3倍,且30 mm降雨土壤呼吸速率显著高于15 mm降雨的草地(P0.05);阴坡草地土壤呼吸速率则分别是无降雨样地的6.2倍和9.0倍。降雨处理5 h后草地的土壤呼吸速率与无降雨样地无差异。降雨发生后,草地土壤CO2日排放量为无降雨草地的2～3倍。因此,在估测土壤CO2排放量时应考虑降水对土壤呼吸的激发作用,有必要依据降雨数据对结果进行校正。     

不同放牧制度下短花针茅荒漠草原土壤呼吸动态研究

采用动态密闭气室法(IRGA),对短花针茅荒漠草原土壤呼吸进行野外定位观测,分析了生长季不同放牧制度土壤呼吸速率的日变化、季节变化及其与环境因子的关系。结果表明,1)不同放牧制度下短花针茅荒漠草原土壤呼吸日、季节动态差异不大,日动态受温度影响呈单峰曲线,季节变化主要受到水分因子的影响;2)与自由放牧土壤呼吸日均速率(0.449 7 μmol CO₂/m²·s)相比,划区轮牧(0.504 7 μmol CO₂/m²·s)在干旱月份较大,围栏禁牧(0.529 5 μmol CO₂/m²·s)除生长季初都显著增大,但纵观整个生长季,不同放牧制度下土壤呼吸均值差异不显著;3)土壤呼吸日均速率与气温的相关性大于与土壤温度的相关性,水温复合模型较单因子模型更好地解释土壤呼吸速率的变化;4)划区轮牧和自由放牧较围栏禁牧增大了土壤呼吸的温度敏感性(水分充足时),降低了土壤水分对土壤呼吸的影响。研究表明,不同的放牧方式对土壤呼吸速率及其环境因子效应影响较小,围栏禁牧较自由放牧改变了土壤呼吸日均速率及水热因子效应。     

降水水平对荒漠草原生物土壤结皮碳、氮和微生物的影响

生物土壤结皮是荒漠化地区地表景观的基本组成部分和土壤养分的主要供给来源,降水格局影响该区域生态系统的稳定性.以自然降水为对照,通过使用遮雨棚和喷灌系统控制降水输入,探究降水量对生物土壤结皮及下层土壤碳、氮和微生物的影响,为气候变化对荒漠草原生态系统稳定性的影响提供基础数据.结果表明:1)-50％降水处理有利于土壤有机碳...     

遮荫对冷季型混播草坪土壤呼吸速率、温度及生物量的影响

以草地早熟禾、多年生黑麦草和高羊茅组成的冷季型混播草坪为研究对象,测定了树冠遮荫41%和全光照下的草坪的土壤呼吸速率、叶绿素和地上生物量等指标。试验结果表明：（1）遮荫下混播草坪在白天的土壤呼吸速率低于光照充足下的草坪,尤其在14∶00时有着显著差异（P〈0.05）;（2）从土壤温度和土壤水分的日变化分析,遮荫降低了混播草坪的土壤温度,到14∶00以后与全光照处理趋于一致;土壤水分含量的变化呈先降低,后升高的趋势,从8∶00～12∶00,遮荫下的土壤水分含量均高于全光照混播草坪;（3）全光照下草坪的土壤呼吸速率与土壤水分含量存在显著的正相关,但遮荫下二者的相关性不显著;（4）遮荫显著地提高了草坪草的叶绿素a、b及整个叶绿素含量,降低了地上部生物量。