高寒草甸优势种功能多样性对增温和模拟放牧的响应

为探究全球变化背景下高寒草甸优势牧草的功能性状与生态系统功能的关系及变化,本研究以高寒草甸的3种优势种矮嵩草（Kobresia humilis）、冷地早熟禾（Poa crymophila）和垂穗披碱草（Elymus nutans）为试验材料,采用国际通用的开顶式生长小室（Open top chambers,OTC）的增温方法模拟全球变暖,测定增温后优势种的功能多样性指标以及群落的生产力和稳定性。结果表明：中度增温对高寒草甸群落功能丰富度和功能离散度有积极影响,但降低了功能均匀度,而轻牧只提高了功能离散度;增温和放牧均会降低高寒草甸群落稳定性和地上生产力。高寒草甸的群落稳定性与地上生产力没有显著关系;优势种的功能多样性并不影响群落稳定性,但是与群落地上生物量是负相关关系,增温没有改变这种影响方式,轻度放牧会调控优势种的功能多样性以提高地上生产力。在未来持续气候变化的背景下,适度放牧是一种保持草地可持续发展的良好管理方式。     

藏北高寒草甸土壤线虫群落结构对增温的响应

为揭示增温对高寒草甸土壤线虫群落的影响,利用OTC模拟短期和长期增温对藏北高寒草甸土壤线虫群落进行比较研究。结果表明,短期和长期增温改变了土壤线虫的群落组成,增加了双垫刃属(Ditylenchus)和丽突属(Acrobeles)丰度。长期增温导致食真菌类线虫丰度显著增加,但各处理间食细菌类线虫、植物寄生类线虫、杂食/捕食类线虫丰度以及cp1-5类群的丰度和属数量无显著差异(P0.05)。短期和长期增温均降低了土壤线虫的多样性和均匀度,其中2015年短期增温处理显著降低了其多样性。2015年和2016年短期和长期增温土壤显著降低了线虫数量,较对照分别降低了34.45%、32.09%和25.34%和22.66%。各处理样地间MI(Maturity index)、NCR(Nematode channel ratio)、PPI(Plant parasite index)和WI(Wasilewska index)指数无显著差异(P0.05),且均表现出WI1,NCR0.5,表明增温对高寒草甸的健康状态影响不大,土壤有机质矿化途径主要由食细菌和真菌线虫参与。环境因素与土壤线虫数量冗余分析表明,植物总盖度、莎草科盖度、土壤温湿度、细菌和真菌数量对土壤线虫数量影响达到显著水平(P0.05),增温通过改变植物、土壤理化性质和微生物数量等环境因子而影响高寒草甸土壤线虫群落组成。     

梯度增温对高寒草甸物种多样性和生物量的影响

本研究以青藏高原高寒草甸为试验对象,利用开顶室增温装置（Open-Top-Chambers,OTCs）,探讨4种增温幅度对物种多样性和生物量的影响。结果表明：群落盖度在高度增温下显著减少（P<0.05）;低度增温下的Simpson指数、Shannon指数和Pielou指数显著低于对照处理（P<0.05）;地上生物量与总生物量在高度增温下显著减少（P<0.05）;10~20 cm处地下生物量在高度增温下显著增加（P<0.05）,0~10 cm处地下生物量在高度增温下下减幅最大,20~30 cm处地下生物量在低度增温下增幅最大。本研究表明,在研究周期内物种丰富度对梯度增温响应不敏感,高度增温减少地上生物量的积累,地下生物量在不同幅度的增温处理下没有显著的变化规律性,响应并不敏感。     

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。     

青藏高原东北边缘地区高寒草甸群落特征对封育的响应

封育是退牧还草恢复退化草地的主要措施,而封育的时效限制着该措施的实施年限。本研究连续6年监测了青藏高原东北边缘天祝县高寒草甸群落特征对封育的响应。结果表明,高寒草甸群落盖度、高度、物种多样性及生物量均随着封育年限增加表现为先显著降低,后显著升高,再显著降低(P<0.05),第4年时群落高度和盖度最高,物种多样性和生物量最大,说明高寒草甸适宜封育时间是4年。     

藏北高原高寒草甸光能利用效率对短期模拟增温的响应

光能利用效率(light use efficiency,LUE)是一个非常重要的生理生态指标。定量化不同时空尺度上的LUE对研究全球碳循环和气候变化有重要的指示作用。为了评估LUE对气候变暖的短期响应,2013年6月底在藏北高原一个高寒草甸布设了模拟增温实验,采用开顶式气室提高环境温度。通过控制开顶式气室的开口大小实现两个幅度的增温,开口直径分别为0.60和1.00 m。基于MODIS算法,利用观测的日最小空气温度和白天的平均饱和水汽压差模拟了2013年7-9月的各个处理的LUE。结果表明,开口直径0.60和1.00 m的开顶式气室分别显著增加了0.60和0.20 kPa的2013年7-9月份平均的饱和水汽压差。开口直径0.60 m的开顶式气室显著增加了0.66℃的2013年7-9月份平均的日最低空气温度,而开口直径1.00 m的开顶式气室则非显著增加了0.25℃的2013年7-9月份的日最低空气温度。 开口直径0.60和1.00 m的开顶式气室分别显著减少了约12.9%(即0.06 g C/MJ)和3.1%(即0.01 g C/MJ)的2013年7-9月份平均的LUE。因此,气候变暖将可能会减少藏北高原高寒草甸的光能利用效率,且可能会随着增温幅度的增大LUE的减少幅度增大。     

模拟增温与增雨对克氏针茅光合作用的影响

本文在全球气候变化的背景下,利用开顶式生长室(OTC, open top chamber)于2011与2012年进行模拟增温,同时实施降水量增加的处理,研究增温与增水处理及其交互作用对内蒙古典型草原优势植物克氏针茅光合作用的影响。于2012年生长季使用Li-6400对克氏针茅叶片的各光合作用特征参数进行测量。结果表明,增温明显降低克氏针茅的叶片光合速率(P_n)与气孔导度(G_s),并存在明显季节变化趋势。在7月与9月增温分别使P_n降低17%和27%,使G_s分别降低24%和32%。同时增温降低克氏针茅蒸腾速率(T_r)、叶绿素含量、核酮糖-1,5-二磷酸(RuBP)羧化的最大速率(V_cmax)、RuBP再生能力的最大速率(J_max)、表观量子效率(AQE)与最大光合速率(P_nmax),但使水分利用效率(WUE)增加16.5%。降水增加对高温条件下的光合作用具有补偿效应。降水增加促进了克氏针茅的P_n、G_s、T_r、叶绿素含量、V_cmax、J_max、AQE与P_nmax,但对WUE影响不明显。温度水分对克氏针茅光合作用与WUE的影响,是由气孔开合与非气孔因素共同引起的。增温与增水条件下克氏针茅气孔导度在光合速率与蒸腾速率间存在权衡。温度与降水增加显著影响克氏针茅叶片各光合特性参数,但二者交互作用对植物光合作用无显著影响。     

青藏高原高寒草甸群落特征对氮沉降和增水的响应

试验选择高寒草甸为研究对象,通过连续两年定位观测,采用模拟氮沉降与增水及其交互作用对高寒草地群落特征的影响,为高寒草地生产力功能提升提供科学依据。结果表明:模拟氮沉降和增水及其交互处理,当年均能够显著增加高寒草甸地上总生物量、禾本科植物、豆科植物生物量,但显著降低莎草科植物生物量;而在第2年,增水处理并未明显增加地上生物量,氮沉降与增水交互作用可以稳定地提高高寒草地生产力,各处理均能够明显提高禾本科和莎草科生物量、降低杂类草生物量。增水当年能够显著提高高寒草甸物种丰富度和生物多样性指数,但氮沉降和增水交互降低物种多样性指数;而在第2年,各处理物种数目和多样性指数均降低,且氮沉降与增水的交互作用影响效应达到极显著性检验水平。综合分析,氮沉降和增水及其交互作用在提升草地生产力、优良牧草生物量的同时,也可能造成高寒草甸物种丰富度和多样性指数降低,在草地的适应性管理方面需要引起足够的关注。     

高寒草甸茎直黄芪物候对模拟季节性不对称增温的响应

植物物候是植物为适应其生长环境而呈现的节律性变化,是气候变化的最敏感指示器之一.为了探讨高寒植物对其生长环境水热变化的响应特征和机制,本研究利用开顶式模拟增温装置进行增温,以茎直黄芪(Astraga-lusstrictus Grah.Ex Bunge)为研究对象,探讨其返青、枯黄物候和生长期长度对2016—2019年季...     

模拟增温对高寒草地土壤原核生物群落组成及多样性影响

全球变暖成为目前关注的热点话题,而微生物对环境变化的反馈对研究全球变暖具有重要意义,本文通过对青藏高原高寒草地土壤原核生物群落组成、多样性与环境因子进行相关性分析,研究不同的环境因子与土壤原核生物群落结构的关系,旨在揭示土壤原核生物群落与全球变暖的关系,为预测全球变暖将如何改变生态系统功能做铺垫。结果表明：温度增加会使原核生物群落α多样性和丰富度降低;模拟增温处理下土壤原核生物群落以变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、奇古菌门（Thaumarchaeota）等为主要优势菌门;模拟增温处理对原核生物群落结构没有显著的影响;铵态氮、植株高度、物种数是主要影响原核群落结构的因子。     

贝加尔针茅草原主要植物地上生物量分配对放牧梯度的响应

通过对放牧梯度下贝加尔针茅草原主要植物不同器官(茎、叶、花或果)的生物量分配格局变化进行探索,结果表明:贝加尔针茅草原主要植物的繁殖分配随牧压梯度增加,表现出明显的规律性,中牧条件下,贝加尔针茅草原植物群落的繁殖分配与优势种羊草等较耐牧植物变化趋势一致,均较轻牧下显著增加,而优良禾草、豆科牧草等均显著减少;重牧条件下,植物群落的繁殖分配与优良禾草、豆科牧草等以及退化标志植物变化趋势一致,均较中牧下显著减少,而较耐牧植物羊草等均显著增加。     

青藏高原高山草甸群落生物量及多样性对氮素添加的响应

为了探测大气氮沉降对高山草甸的影响,设置对照(N_0)、低氮14.3g·m~(-2)(N_5)、中氮28.6g·m~(-2)(N_(10))和高氮57.1g·m~(-2)(N_(20))4个氮素(NH_4NO_3)添加水平,连续3年对青藏高原东部的高山草甸群落进行施氮处理,测定各添加水平下群落生物量及物种多样性的变化。结果表明,随着氮素添加量的增加,地上生物量逐渐增加,在N_(20)达到最大,且地上生物量在空间格局上呈现向上转移的趋势;随氮素的增加,地下生物量先增大后减小,在N_(10)最大,且有向浅层表土(0-10cm深度)转移的趋势。各功能群中,禾草类植物的地上生物量从N_0到N_(20)逐渐增加,在N_(20)达到最大,其在地上总生物量中所占的比例也在N_(20)达到最大。另外,随着施氮量的增加,植物物种多样性呈现出逐渐降低的趋势。可以看出,氮素添加对高山草甸群落的结构有着明显的影响。     

半干旱沙地草本植物群落特征对短期降水变化的响应

在半干旱地区,降水是制约草本植物群落结构与物种组成最主要的生态因子,而植物群落特征对降水变化的响应研究仍有很多不确定性。针对此现象,于2018年生长季在科尔沁沙地运用野外增减雨装置开展控制试验,通过自然对照、减少30%降水量、减少60%降水量、5月起连续干旱45 d、6月起连续干旱45 d、增加30%降水量、增加60%降水量7种试验处理,以期揭示草本植物群落特征及其物种组成对降水变化的响应,从而为植物生长对降水变化的适应机制研究提供理论依据。研究结果表明:1) 减少60%降水量将造成沙地草本群落向单一结构发展,使物种丰富度指数、优势度指数和多样性指数显著减少,其减少率依次为8.57%、1.36%和4.80%,同时降低植物生产力。2) 5月起连续干旱45 d对沙地草本植物物种组成、物种多样性和群落生产力无显著影响。3) 6月起连续干旱45 d影响沙地草本植物多个物种重要值,导致物种密度减少,但对植物物种多样性和群落生产力影响不显著。半干旱沙地植物群落对长期干旱事件响应较大,对短期极端干旱事件具有一定的抵抗力。     

短期增水对高寒草甸补播草地植被群落和土壤养分的影响

为探究全球气候变化导致的青藏高原降雨增加对退化补播草地植被群落和土壤养分变化产生的影响,本试验依据当地植被生长季（5-9月）多年平均降水量对人工草地设置了5种增水处理,即增水6.25%（W1）,12.5%（W2）,25%（W3）,50%（W4）以及不增水（CK）来研究不同增水对植被和土壤的影响。结果表明：短期增水可以有效增加高寒草甸生长季植被地上生物量和盖度,增水50%处理下生物量增产最高,可达200%;增水显著提高生长季初期（6月）植被物种丰富度指数,但对Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Pielou指数的影响较小;不同增水处理下土壤微生物碳、土壤有效磷、土壤铵态氮、硝态氮等速效养分差异显著,增水量较多（W3,W4）处理下微生物碳含量较高。增水对土壤有机质、全氮、全磷含量有一定影响,但与对照处理差异不显著。可见,在高寒草甸进行短期增水处理可以显著提高植被生物量和盖度,在50%的增水处理下影响最为明显,各梯度增水处理对不同土壤养分类型的影响不一,但总体上促进了土壤养分的累积。     

不同干扰对典型草原群落物种多样性和生物量的影响

采用样方法对内蒙古典型草原区围封27年(E27)、7年(E7)、1年割1次(M)和中度放牧(G)样地的群落物种多样性、群落高度、群落密度、地上生物量进行实地调查分析,以研究不同干扰对典型草原群落物种多样性和生物量的影响。结果表明,围封27年和中度放牧样地的丰富度指数、多样性指数、均匀度指数仍显著高于围封7年和1年割1次样地,但围封27年样地与中度放牧样地之间无显著差异,围封27年和中度放牧相对于围封7年和1年割1次可以维持群落物种多样性;1年割1次和中度放牧样地退化指示植物糙隐子草重要值显著高于围封样地,草原群落呈退化趋势;围封7年样地的地上现存量为454.06 g/m2,显著高于其他样地。说明围封7年可显著提高草原生产力,但围封时间过长将不利于其维持较高的生产力。     

受损矿区草原群落物种多样性和地上生物量对覆土厚度的响应

为修复库尔木图矿区受损草原植被群落,对矿区受损草原实施覆土0,10,14和18 cm恢复措施,实地调查分析群落盖度、高度、地上生物量和物种多样性,以研究不同覆土厚度对矿区受损草原群落物种多样性和生物量的影响。结果表明,1)覆土厚度在14和18 cm时,矿区草地植物种类和数量频度最多,物种组成最为丰富,且随着覆土厚度的增加,草地植物群落的盖度、高度和地上生物量呈逐渐增加趋势,但覆土14和18 cm草地的植物高度、盖度和地上生物量差异不显著。2)在4种覆土厚度样地中,覆土14 cm草地的物种丰富度指数和多样性指数均最高,均匀度指数最低,具体表现为:群落均匀度指数(J_sw和Ea)排列顺序为覆土0 cm>覆土18 cm>覆土10 cm>覆土14 cm,群落丰富度指数(R和Ma) 为覆土14 cm>覆土10 cm>覆土18 cm>覆土0 cm,群落多样性指数(D和H')为覆土14 cm>覆土18 cm>覆土10 cm>覆土0 cm。3)不同覆土厚度样地群落生产力与Shannon-Wiener和Simpson多样性指数之间呈弱正相关关系。因此,综合考虑该地区恢复受损草原的经济投入和所产生的生态效益,进行草原植被生态恢复的适宜覆土厚度为14 cm。     

不同人工草地对青藏高原温性草原群落生物量组成及物种多样性的影响

青藏高原天然草地生产力较低,草畜矛盾长期尖锐。人工草地逐渐在该区域发展,但不同种植模式人工草地的影响和应用适宜性尚未得到准确的量化评估。以青海省天然草地(NP)为对照,选取相互毗邻的3种不同人工草地:单播垂穗披碱草人工草地(A₁)、单播燕麦人工草地(A₂)和混播燕麦、青稞和油菜的人工草地(A₃)设置实验样地,通过群落调查、刈割称重、根钻采样等方法,测定分析4种群落物种组成、生物量及物种多样性,探讨燕麦和垂穗披碱草两种牧草及单播和混播两种种植方式的差异性影响。结果表明:3种不同人工草地均显著减少有毒植物生物量(P<0.05),显著提高优质牧草占比(P<0.05),改善牧草质量。A₂地上生物量最高(1263.21 g·m^-2),为NP的9.77倍,显著高于其他3种草地(P<0.05)。本研究草地地下生物量占比高(73.22%~95.79%),3种人工种草对地下生物量改变不显著,对总生物量的影响也不显著。A₂、A₃的物种组成与NP迥异,A₂的Pielou均匀度指数显著低于NP和A₃(P<0.05),A₃的Shannon-Wiener指数显著低于NP(P<0.05);而A₁的Gleason指数、Shannon-Wiener指数和Pielou均匀度指数均较高,与NP差异不显著。基于结果,认为相比于天然草地,单播燕麦人工草地可以获得更高的地上生物量,但强烈改变群落物种组成,降低群落物种多样性;而种植垂穗披碱草地上生物量增幅不显著,但其群落物种多样性、均匀度均较高,有利于群落在不利条件下维持相对稳定的生产力。     

短花针茅荒漠草原植被群落结构及生物量对水氮变化的响应

为了解降水变化和氮沉降对荒漠草原植被群落结构和生物量的影响,在内蒙古四子王旗短花针茅荒漠草原进行水氮交互试验,采用裂区试验设计,主区为CK(自然降水)、W(增水30%)、R(减水30%),副区为0 (N₀)、30 (N₃₀)、50 (N₅₀)、100 (N₁₀₀) kg N·hm^-2·a^-1共12个处理。结果表明:1)水氮的介入导致植物群落组成、重要值发生了明显变化,R中群落物种数最低,提高了优势种在群落中的重要值,氮素添加导致群落物种数呈“抛物线”型,群落物种数先增多后减少。2) CK、W、R条件下随施氮量增加,物种丰富度、Shannon-wiener多样性指数和Pielou均匀度指数均先增大后减小,2016和2018年在CK-N₃₀、W-N₃₀、R-N₅₀达到最大值,干旱年份(2017)分别在CK-N₃₀、W-N₅₀、R-N₁₀₀达到最大值。水分主效应、氮素和水氮交互作用均对以上3个植物多样性指数有显著影响(P<0.05)。3)水分和氮素刺激了地上生物量的增加,短期氮素添加使多年生禾草生物量在地上总生物量中占比增加,多年生杂草生物量在地上总生物量中占比减小。水分、氮素、水氮交互均对地上生物量有显著影响(P<0.05)。