青藏高原高寒草甸土壤N_2O排放通量对温度和湿度的响应

试验采用室内培养的方法研究了青藏高原矮嵩草草甸土壤氧化亚氮(N2O)排放通量对土壤温度和湿度的响应过程。结果表明:随培养温度增加,培养初期矮嵩草草甸土壤N2O排放速率逐渐降低(P0.05),最高排放速率为4.75±0.24g/(kg·h),最低排放速率仅为2.92±0.19g/(kg·h);而经过7d培养,高寒草甸土壤N2O排放速率先降低,而且转变为弱汇,而后升高,30℃时最高,为0.67±0.06g/(kg·h),各处理均显著低于短期培养时排放速率(P0.05);随土壤湿度增加,短期培养矮嵩草草甸土壤N2O排放速率先降低随后升高,在土壤湿度为60%时排放速率最高,为(3.62±0.38)g/(kg·h),而在75%时排放速率最低,为(3.38±0.25)g/(kg·h);随着培养时间延长,高寒草甸土壤N2O排放速率逐渐降低,最高排放速率为(0.55±0.32)g/(kg·h);土壤湿度分别为45%和温度为20℃、以及60%和30℃时,1d和7d培养矮嵩草草甸土壤N2O排放速率最高;而在土壤湿度为45%和30℃、以及75%和30℃时,1d和7d培养矮嵩草草甸土壤N2O排放速率最低,后者呈现吸收现象,吸收速率约为-1.84g/(kg·h)。     

冻融交替对高寒草甸N_2O排放速率的影响

采用室内培养方法,分析了高寒矮嵩草草甸土壤N_2O排放速率对土壤冻融交替作用的响应特征。结果表明:随着冻结时间增加,-10℃和-5℃冻结土壤N_2O排放速率均明显降低,且前者的降低速率显著高于后者、均低于对照土壤N_2O排放速率;随着冻结土壤的融化,-10℃和-5℃培养土壤N_2O排放速率急剧增加,融化2h出现排放峰值,而后逐渐降低,但均高于对照样地,在冻结21d时,各处理高寒草甸土壤N_2O排放速率达到最低值。随着冻融交替循环次数从1次增加到12次,高寒草甸土壤N_2O排放速率明显增加,从最初的1.23±0.05g/(kg·h)增加到3.34±0.59g/(kg·h)。从第12次到第24次冻融循环时,高寒草甸土壤N_2O排放速率显著下降(P0.05),降低幅度达到31.7%。土壤冻融过程会显著激发高寒草甸N_2O排放速率,有助于科学估算高寒草甸N_2O排放量。     

青藏高原高寒草甸生态系统CO2通量研究进展

高寒草甸是广布于青藏高原的主要植被类型,是青藏高原大气与地面之间生物地球化学循环的重要构成部分,在区域碳平衡中起着极为重要的作用。本研究首先系统回顾了青藏高原高寒草甸生态系统CO2通量日、季、年等不同时间尺度的变化特征,以及温度、光合有效辐射、降水等主要环境因子对高寒草甸生态系统CO2通量的影响;其次比较了青藏高原3种典型高寒草甸生态系统类型源汇效应和Q10值;最后针对青藏高原高寒草甸生态系统CO2通量研究现状,分析了当前存在的一些不确定性,展望了未来工作的重点。     

青藏高原高寒草甸氧化亚氮排放特征及其与土壤理化性质耦合关系

在青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站,以高寒矮嵩草草甸为研究对象.通过静态密闭箱-气相色谱法,监测生长季盛期高寒草甸N2O排放特征,同时基于路径分析方法,解析土壤理化性质和地上生物量对高寒草地生态系统N2O排放的影响作用.结果 表明:生长季高寒草甸N2O排放速率存在较大时间异质性特征,平均排放速率为(39....     

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".     

青藏高原高寒草甸组分种花期物候对施肥响应

青藏高原东部高寒草甸封育和施肥生境中18个植物物种物候对施肥的响应结果表明,施肥导致双子叶植物(不含豆科)的始花期、开花峰值期和终花期轻度提前或者轻度推迟,花期持续时间轻度延长或者缩短;豆科植物的始花期轻度推迟,开花峰值期和终花期与对照无差异,花期持续时间轻度缩短;施肥未能够显著改变双子叶组分种的花期物候。施肥导致禾本科物种的始花期、开花峰值期、终花期显著推迟,花期持续时间轻度延长或者缩短。对照(封育)群落组分种种间开花峰值期为集中分布,科内开花峰值期为随机分布;施肥处理下群落组分种间开花峰值期为集中分布,双子叶组分种科内开花峰值期为随机分布,禾本科组分种科内开花峰值期为集中分布;施肥改变了施肥生境中禾本科组分种的花期分布模式。高寒草甸群落组分种花期物候对施肥响应存在差异。     

西藏纳木错高寒草原、高寒草甸和沼泽化草甸主要温室气体通量对比研究

青藏高原高寒草地占我国天然草地的40%,研究其温室气体源汇强度及驱动因子具有重要意义。采用静态箱-气相色谱法,在西藏纳木错地区开展高寒草原、高寒草甸和沼泽化草甸的生态系统呼吸、CH₄和N₂O通量观测,生长季内的观测表明：高寒草原和高寒草甸生态系统呼吸分别为（283.7±14.4） mg·m^-2·h^-1和（275.7±20.6） mg·m^-2·h^-1,低于有机质丰富的沼泽化草甸,为（591.6±53.2） mg·m^-2·h^-1。高寒草原和高寒草甸均是CH₄的汇,其生长季均值分别为（-84.9±7.6） μg·m^-2·h^-1和（-39.2±4.6） μg·m^-2·h^-1;而沼泽化草甸是CH₄的源其均值为（149.2±34.2） μg·m^-2·h^-1。高寒草原、高寒草甸和沼泽化草甸均为N₂O的源,生长季排放量分别为（7.3±2.8）,（3.0±1.1）和（2.2±4.3） μg·m^-2·h^-1。土壤水分总体控制着高寒草地CH₄通量的时空变化,在土壤水分含量约大于30%的沼泽化草甸表现为CH₄的排放源,而在土壤水分含量低于30%的高寒草原和草甸表现为CH₄的汇;生长季水分含量越高,对CH₄的吸收越弱。     

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。     

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。     

青藏高原高寒草甸种子萌发行为沿海拔梯度的分异特征

为探究海拔梯度上高寒草甸植物种子萌发行为的分异特征及温度对不同海拔种群萌发行为的影响,本研究选取青藏高原东缘高寒草甸为研究区,选用31种常见植物种,沿海拔梯度共采集79个种群的种子,设置昼夜温度15℃/5℃和25℃/10℃开展萌发试验,探讨高寒草甸植物种子萌发行为与海拔的关系。研究结果表明：温度对种子萌发行为影响显著,25℃/10℃比15℃/5℃处理下的半数萌发时间（The time to achieve 50% germination,T₅₀）缩短7.20 d,萌发率（Germination percentage,GP）增加12.83%。萌发行为与海拔间的关系与萌发温度有关,15℃/5℃处理下,海拔对T₅₀的影响不显著,GP随海拔的升高显著增加;但在25℃/10℃处理下,T₅₀随海拔升高而显著延长,GP随海拔升高显著下降。温度升高时,部分高海拔种群中的种子倾向选择延迟萌发。延迟萌发对策能够促进有限的环境资源在时间和空间尺度上分化,有利于避免不可预测环境下大量同步萌发所面临的灭绝风险,对物种更新和续存起到重要作用。     

青藏高原高寒湿地地表能量分配的动态变化

依据中国通量网2005年在青藏高原高寒湿地观测的地表能量数据, 分析了青藏高原高寒湿地地表能量分配的日变化和季节动态, 及非生物因素对其的影响.结果表明,潜热通量是地表有效能量的主要消耗部分,净辐射通量和潜热通量呈现出明显的单峰式变化,分别在8月和7月达到其最大值,显热通量在8月达到最大,而后缓慢降低.降雨能显著降低能量通量的各分量.相关性分析的结果表明,净辐射通量和潜热通量与非生物要素的存在较为明显的相关性,显热通量的相关性则较差.能量平衡比率平均为50.7%,其在生长季节明显高于非生长季节.     

牦牛粪沉积对青藏高原高寒草甸土壤酶活性的影响

牦牛粪归还是维持青藏高原草地生态系统功能的主要途径之一.以往的研究主要关注牦牛粪沉积对土壤理化性质的影响,但是对土壤微生物群落及其功能的研究较少.本研究分析了牦牛粪沉积对青藏高原高寒草甸土壤酶活性及其潜在调控因子的影响,结果表明:牦牛粪添加显著增加了土壤微生物生物量碳(MBC)(P<0.001)和土壤微生物生物量氮(MBN)(P<0.001)含量,分别增加了14.24％和20.29％.牦牛粪添加显著增加了土壤β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)(P<0.001)、β-1,4-木糖苷酶(BX)(P<0.001)和脲酶(URE)(P<0.001)活性,分别增加了8.4％、8.2％和6.6％.牦牛粪添加显著增加了土壤水分含量(SMC)(P<0.01)、可溶性有机碳(DOC)(P<0.001)和可溶性有机氮(DON)(P<0.001)含量,但降低了土壤pH(P<0.001).冗余分析表明,土壤酶活性与DOC(P<0.001)、DON(P<0.001)、MBC(P<0.001)和MBN(P<0.001)呈显著正相关关系,而与土壤pH(P<0.05)呈显著负相关关系.此外,可利用性基质(DOC和DON)对土壤酶活性的调控比微生物生物量(MBC和MBN)更重要.本研究结果表明,牦牛粪沉积通过为土壤微生物提供易于利用的碳源和养分,促进了土壤微生物活动,在调节青藏高原放牧生态系统土壤碳和养分循环中起着重要作用.     

围栏封育对青藏高原东缘高寒草甸种子雨的影响

围栏封育是一种常见的退化草地恢复措施,其改变了草地植物生长繁殖的小环境。在青藏高原东缘高寒草甸中,采用定点监测的方法研究了封育8年之后围栏内外植被与种子雨的差异。结果表明,围栏封育显著降低了植被中物种丰富度、Shannon Wiener指数以及植株个体密度,但显著提高了种子雨中物种丰富度和种子雨密度,种子雨密度增加主要由禾本科植物种子数量增加所致;种子雨中物种多度等级分布模式在封育地中符合生态位优先占据模型,而在放牧地中符合对数正态模型。围栏封育对种子雨的季节动态没有明显影响,表现为放牧地与封育地的种子雨均为单峰模式。封育地中种子雨与植被相似性略高于放牧地,但封育地与放牧地中种子雨具有极高相似性。     

气候变化对东祁连山禾草——嵩草草甸生产力的影响

通过对金强河高山草原定位试验站气候变化和禾草—嵩草草甸生产力分析,探讨了气候变化和草地退化的关系。结果表明,自从1980～1998年,金强河流域大气温度10年间变化梯度约为0.286℃;2000～2006年平均温度为0.899℃,温度增幅加大;平均降水量408.3±52.4 mm,在1988年达到峰值后,降水量有减小趋势;草原湿润度K平均值2.778±0.475,减少幅度约为每年0.003,在草原综合顺序分类法中仍为"寒温潮湿寒温性针叶林类"草地,尚未改变草原类型中类的划分。降水量减少趋势缓慢,但草产量变化表现出明显的下降趋势,这种降水量持平、草产量快速下降的事实也说明了人为因素造成的牲畜超载过牧是加速高寒草甸退化的主导因子,即该草地生产力降低的主要原因是由人为过度利用造成。     

基于静态模拟模型的青藏高原东缘高寒草甸区草畜平衡研究

以澳大利亚反刍动物营养标准为参考,Stage one模型为框架,家庭牧场为研究尺度,从家畜营养角度出发,将代谢能(Metabolisable energy,ME)和氮维持需要量作为放牧家畜的营养单位,建立营养模型,模拟该地区典型家庭牧场欧拉型藏羊能、氮需求的月际变化及冬季暖棚利用对于藏羊体况维持的作用,研究青藏高原东缘高寒草甸区典型藏羊生产体系下的草畜平衡问题。结果表明:高寒草甸草地牧草消化率高,能量浓度高,高放牧强度(3.5头/hm~2)下,藏羊仍能获得足够的代谢能用于增重,而冷季由于草地消化率低,能量浓度差,在低放牧强度(3.5头/hm~2)即使放牧率低于暖季藏羊摄取能量仍不足以满足维持代谢,表现为减重(成年母羊平均5kg/头)。冷季低温造成典型牧户藏羊畜群维持代谢能每羊单位提高22%,且怀孕后期(1到2月)母羊能量需求高,草畜能量不平衡严重,因此,冷季补饲应以精饲料为主。暖棚可降低家畜御寒代谢能消耗,并降低冷季维持代谢能水平,有助于减少家畜掉膘,典型牧户藏羊畜群维持代谢能1到4月可分别降低1.08、1.23、1.28、1.26 MJ/(头/d)。冷季精饲料补饲+暖棚是较为可行的管理方式。     

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。     

短期牦牛放牧对青藏高原高寒草地土壤真菌群落的影响

牦牛放牧是青藏高原重要的人为干扰形式,放牧管理方式以及放牧强度对维持草地健康具有重要作用。为了明晰牦牛短期放牧对高寒草甸土壤真菌群落的影响过程,本研究在川西北典型高寒草甸进行牦牛放牧强度试验,设置了对照(禁牧)、轻度放牧(1头牦牛·hm^-2)、中度放牧(2头牦牛·hm^-2)和重度放牧(3头牦牛·hm^-2)4种放牧强度。结果表明短期(2年)放牧处理通过增加土壤中子囊菌门的相对丰度、降低担子菌门的相对丰度从而改变土壤真菌群落结构;土壤真菌群落多样性与丰富度在各放牧强度间差异不显著,但放牧均有增加土壤真菌群落多样性与丰富度的趋势。通过对真菌群落结构变化进行方差分解,发现放牧强度通过改变土壤养分进而影响真菌群落结构;通过对真菌的共现网络进行模块化分析发现,短期的牦牛放牧对真菌相互作用主要模块的相对丰度影响不显著,而放牧强度通过影响土壤中的养分含量来影响模块相对丰度。