青藏高原高寒灌丛草甸生态系统碳平衡研究

利用静态密闭箱—气相色谱法观测的高寒金露梅Dasiphora fruticosa灌丛、丛间草甸土壤微生物呼吸CO2通量结果,结合研究区群落生物量及样方调查,对高寒灌丛草甸生态系统的碳平衡状况作了初步估测。结果表明:植物生长季高寒灌丛草甸生态系统初级生产力年净固定碳量461.83g/(m2·a),土壤通过微生物呼吸年碳净排放量376.78g/(m2·a)。碳素输入大于输出,系统存在较强的CO2吸收潜力,是大气CO2的汇,其年净交换吸收碳量85.05g/(m2·a)。     

放牧改变了藏北高原高寒草甸土壤微生物群落

本研究基于2008年7月布设的3个围栏与自由放牧样地(一个高寒草原化草甸,冬季牧场;一个高寒草原化草甸,夏季牧场;一个典型高寒草甸,夏季牧场),开展了藏北高原高寒草甸土壤微生物群落组成对放牧的响应研究。土壤微生物群落组成采用磷脂脂肪酸方法(phospholipid fatty-acid,PLFA)测定。结果表明,冬季放牧显著降低了高寒草原化草甸的土壤真菌、革兰氏阴性细菌、放线菌和原生动物。夏季放牧显著降低了典型高寒草甸的土壤总PLFA、真菌、细菌、革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌、放线菌、丛枝菌根真菌和原生动物。基于冗余度分析,3个放牧与围栏条件下的土壤微生物群落组成都存在显著差异。土壤无机氮和水溶性有机氮显著影响着高寒草原化草甸冬季牧场的土壤微生物群落组成,而硝态氮和水溶性有机碳显著影响着高寒草原化草甸夏季牧场和典型高寒草甸夏季牧场的土壤微生物群落组成。因此,放牧对高寒草甸土壤微生物群落的影响与放牧季节和草地类型有关。     

不同放牧模式下青藏高原高寒草甸植被群落和土壤差异

不同放牧模式会对草原植物群落和土壤产生不同的影响,目前少有研究系统关注冬季、夏季和全年放牧对高寒草甸植物群落和土壤影响的差异。本研究以位于青藏高原东缘四川省红原县境内的全年放牧(AG)、冬季放牧(WG)和夏季放牧(SG)的高寒草甸为研究对象,分析了3种放牧模式下高寒草甸植物群落和土壤理化性质的差异。结果表明:1) AG模式下草甸的群落盖度和物种数均显著低于WG和SG (P 0.05);AG和SG模式下草甸的群落高度、地上生物量和地下生物量均显著低于WG (P 0.05),而杂草类牧草比例相反;同时根冠比在这3种放牧模式下无显著差异(P0.05)。2)植物群落优势种在3种放牧模式下发生明显变化,即AG模式下以菊科和毛茛科植物为主,WG则以禾本科、毛茛科和莎草科植物为主,而SG以菊科和禾本科植物为主。3)土壤pH (0-20 cm)在AG和WG影响下无显著差异(P 0.05),但均显著高于SG (P 0.05),并在两个土层深度(0-10 cm和10-20 cm)间无显著差异(P 0.05);土壤铵态氮、硝态氮、速效磷和全氮含量均是WS和SG高于AG,而土壤全磷含量则是AG和SG间无显著差异(P0.05),但均低于WG;同时上述指标均是0-10 cm土层土壤中的值显著高于10-20 cm土层(P 0.05)。本研究表明,与季节放牧(WG和SG)相比,全年放牧降低了群落高度、盖度、生物量、凋落物和物种数,并改变了牧草比例,从而降低了高寒草甸植物群落的稳定性,使得土壤养分流失严重,肥力降低。研究结果显示,季节性放牧能让草甸植物群落更加稳定,群落生产力及稳定性能够得以维持,有利于青藏高原高寒草甸牧场的可持续发展。     

不同利用方式下高寒草甸的植被变化

本文研究了不同利用方式对高寒草甸植被特征的影响。结果表明高寒草甸在中度放牧条件下物种数、多度和物种多样性最高,植被高度、盖度随放牧强度增加而降低;冬季牧场的地上生物量最高,可达1316.74g/m2;禾草和莎草功能群重量随放牧强度增加表现出先增加后降低的趋势,在中度放牧下最大;重度放牧下毒杂草所占比重显著增加;相比不同放牧强度的草地,冬季牧场的禾草功能群和莎草功能群比重较大,草地质量优于夏季草场;同时还可在一定程度上说明轮牧是改善退化草甸的有效途径。     

海北高寒灌丛草甸生态系统CO2释放速率的季节变化规律

在中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站干柴滩地区以金露梅Potentilla fruticosa灌丛草甸生态系统为研究对象,应用静态密闭箱-气相色谱法对高寒灌丛(GG)、丛内草甸(GC)和次生裸地(GL)的CO2释放速率进行了长期观测,并对年释放量作了初步估测.结果表明,GG,GC和GL CO2的释放速率在一年内有明显的季节变化.植物生长季CO2释放量明显高于枯黄期,释放速率GG>GC>GL(P＜0.01),且均表现为正排放.不同季节CO2释放存在明显差异,表现为夏季＞秋季＞春季＞冬季.2003年6月30日至2004年6月28日,高寒灌丛植被-土壤系统CO2释放量为4 293.63±955.75 g/m2,丛内草甸植被-土壤系统CO2释放量为3 319.68±806.19 g/m2,裸地CO2的释放量为1 724.14±444.14 g/m2.CO2释放速率的季节变化与土壤5 cm温度呈显著正相关关系(P＜0.01).     

不同放牧模式下青藏高原高寒草甸植被群落和土壤差异

不同放牧模式会对草原植物群落和土壤产生不同的影响,目前少有研究系统关注冬季、夏季和全年放牧对高寒草甸植物群落和土壤影响的差异.本研究以位于青藏高原东缘四川省红原县境内的全年放牧(AG)、冬季放牧(WG)和夏季放牧(SG)的高寒草甸为研究对象,分析了3种放牧模式下高寒草甸植物群落和土壤理化性质的差异.结果表明:1)AG模式下草甸的群落盖度和物种数均显著低于WG和SG(P<0.05);AG和SG模式下草甸的群落高度、地上生物量和地下生物量均显著低于WG(P<0.05),而杂草类牧草比例相反;同时根冠比在这3种放牧模式下无显著差异(P>0.05).2)植物群落优势种在3种放牧模式下发生明显变化,即AG模式下以菊科和毛茛科植物为主,WG则以禾本科、毛茛科和莎草科植物为主,而SG以菊科和禾本科植物为主.3)土壤pH(0?20 cm)在AG和WG影响下无显著差异(P>0.05),但均显著高于SG(P<0.05),并在两个土层深度(0?10 cm和10?20 cm)间无显著差异(P>0.05);土壤铵态氮、硝态氮、速效磷和全氮含量均是WS和SG高于AG,而土壤全磷含量则是AG和SG间无显著差异(P>0.05),但均低于WG;同时上述指标均是0?10 cm土层土壤中的值显著高于10?20 cm土层(P<0.05).本研究表明,与季节放牧(WG和SG)相比,全年放牧降低了群落高度、盖度、生物量、凋落物和物种数,并改变了牧草比例,从而降低了高寒草甸植物群落的稳定性,使得土壤养分流失严重,肥力降低.研究结果显示,季节性放牧能让草甸植物群落更加稳定,群落生产力及稳定性能够得以维持,有利于青藏高原高寒草甸牧场的可持续发展.     

夏季放牧对大通河上游高寒沼泽草甸植被和土壤化学计量特征的影响

为探究放牧对大通河上游高寒沼泽草甸植被与土壤化学计量特征的影响,在祁连县默勒镇瓦日尕村一高寒沼泽草甸草场进行连续两年的牦牛放牧试验。结果表明:高寒沼泽草甸休牧一年后,草地植被株高、优良牧草盖度、地上植物量均呈现出上升趋势,草地状况有较大改善;放牧显著降低草地植物株高、地上植物量和优良牧草的地上植物量(P<0.05),豆科和杂类草植物量略有上升趋势,但差异不显著(P>0.05)。草地植物总盖度、各经济群落的分盖度、地下植物量、土壤含水量均略有下降趋势,但差异不显著(P<0.05)。土壤养分中,全钾和速效氮略有上升趋势,但差异不显著(P>0.05),有机质、全氮、全磷、速效磷和速效钾均不显著降低(P>0.05)。     

青藏东缘高寒草甸植物群落结构及功能群特征对长期季节放牧的响应

为阐明高寒草甸植物群落对长期季节放牧的响应机制,本试验选取有10年以上冷、暖季放牧历史的湿生、中生、旱生高寒草甸进行探究。结果显示暖季放牧(6月至10月)下,湿生草甸香农指数与物种丰富度均显著小于冷季放牧(11月至翌年5月)(P<0.05),而旱生草甸多样性指数显著大于冷季放牧(P<0.05);冷季放牧地上生物量显著高于暖季放牧(P<0.05),其中暖季放牧下莎草科地上生物量所占比例最高。湿生草甸暖季牧场与旱生草甸冷季牧场莎草科重要值最高,其余牧场均为双子叶杂草重要值最高(P<0.05);经ANOSIM检验,季节性放牧下群落结构均有显著差异(P<0.01),湿生、旱生草甸群落结构差异较大,而中生草甸群落结构差异较小。本研究表明长期季节性放牧会影响植物群落结构特征,研究可为不同生境草甸的放牧制度和可持续发展提供理论基础。     

放牧管理对西藏高寒沼泽植物群落结构和土壤碳氮的影响

对西藏当雄县3种不同放牧管理模式(冬季放牧、冬春季放牧和全年放牧)下的高寒沼泽的植物群落结构和土壤碳氮进行了调查。调查发现,3种放牧管理模式下的高寒沼泽植物群落总盖度差异不显著,而优势物种藏嵩草的高度和盖度差异显著;放牧管理对沼泽群落结构和物种多样性影响较大,随着放牧强度的增加,物种丰富度增加;放牧利用显著降低了高寒沼泽湿地群落优势物种藏嵩草的高度和盖度,其优势度也显著降低,使得高寒沼泽逐渐退化。冬季放牧、冬春季放牧和全年放牧沼泽地上生物量和地下生物量依次降低。同时,随着放牧强度的增加,高寒沼泽表层土壤有机碳氮的含量也显著降低,且高寒沼泽表层土壤碳氮与地上和地下生物量显著正相关。通过对比分析,冬季放牧是当前西藏高寒沼泽较好的放牧管理模式。     

牦牛放牧强度对青藏高原东缘高寒草甸群落结构与土壤理化性质的影响

为探究牦牛放牧干扰对不同地区高寒草甸的影响,本研究分析了青藏高原东缘甘肃省甘南州玛曲县(放牧强度:G_1=13 sheep·hm~(–2),G_2=17.6 sheep·hm~(–2),G_3=32.5 sheep·hm~(–2))和青海省果洛州玛沁县(放牧强度:G_1=13.2 sheep·hm~(–2),G_2=15 sheep·hm~(–2),G_3=43.5 sheep·hm~(–2))高寒草地在不同放牧强度(G_1 G_2 G_3)下的牧草地上生物量(aboveground biomass, AGB)、地下生物量(belowground biomass, BGB),物种丰富度(Richness)、多样性指数(Shannon-Wiener diversity index)、优势度指数(Simpson dominance index)、均匀度指数(Pielou evenness index)、0–10 cm土壤水分(soil moisture,SM)及土壤有机碳(soil organic carbon, SOC)含量。结果表明:1)甘南和果洛地区AGB均随着放牧强度的增加而下降,且放牧区的AGB均低于未放牧区域;放牧强度为G3时,果洛的AGB显著低于甘南(P 0.05)。在同等放牧强度下,果洛的BGB都显著低于甘南(P 0.05)。2)在甘南地区,植物群落Richness、Shannon-Wiener index以及Pielou index均随放牧强度增加而增加。放牧强度为G1时,果洛地区高寒草甸的Richness、Shannon-Wiener index、Simpson index以及Pielou index均显著高于甘南地区(P 0.05)。3)在禁牧区域,优良牧草(禾本科+莎草科)的AGB约占草地生物量的50%;随着放牧强度的增加,优良牧草的比例降低而杂草(可食杂草+有毒杂草)比例增加。4)在G_1和G_2放牧处理下,甘南地区高寒草地的土壤有机碳显著高于果洛(P 0.05);长期的放牧干扰显著降低了土壤水分,且甘南显著低于果洛(P 0.05);地区差异对物种多样性和土壤有机碳、土壤水分产生影响。综上所述,放牧对甘南的植被和土壤影响更大。     

不同放牧率对混播草地牧草与羔羊生产的影响

通过三种放牧率对混播草地牧草和羔羊生产的影响进行了研究。结果表明，随着放牧率的增加，牧草产量、叶面积指数明显下降（Ｐ＜０．０５）并使茎叶比显著减少（Ｐ＜０．０５）。放牧率的增大，羔羊个体生产速度显著降低（Ｐ＜０．０１），单位面积的畜产品产量依次为中组＞低组＞高组。并得出羔羊生长量与放牧强度及采食牧草干物质量存在密切关系，同时放牧率影响肉的品质，放牧率不同，草地系统生物学转化效率中组比低、高组高，且草地生产能力最大。由此得出，混播草地以中等放牧率为最佳。     

不同生长年限苜蓿栽培草地CO2通量的初步研究

以种植第1年、第2年、第3年和第5年的紫花苜蓿阿尔冈金（Medicago sativa cv. Algonquin）为对象,通过研究其光合生理特性、土壤呼吸以及土壤有机碳的净通量等分析不同生长年限苜蓿草地碳通量的变化规律。结果表明,不同生长年限的苜蓿草地净光合速率呈单峰曲线,第1年和第5年在盛花期达到最大,分别为50和69 μmol/(m2·s),第2年和第3年在结荚期达到最大值,分别为60和72 μmol/(m2·s),与叶绿素a和b的含量不相关（P＞0.05）。苜蓿草地土壤呼吸的动态变化呈不规则单峰曲线变化,6月24日达到最小值,7月达到最大值,平均值为第5年＞第2年＞第3年＞第1年。土壤呼吸速率与土壤温度无明显的相关性（P＞0.05）;除第1年外,与土壤湿度显著相关（P＜0.05）,其中,第3年和第5年极显著相关（P＜0.01）。第1年、第2年、第3年和第5年的苜蓿土壤有机碳的净通量分别为3.71、-1.71、12.17和12.53 g/kg。     

江河源区披碱草和星星草混播草地土壤物理性状对牦牛放牧强度的响应

在江河源区披碱草Elymus natans 星星草Puccinellia tenuflora混播人工草地上研究了牦牛放牧强度对土壤物理性状的影响,2年的试验结果表明:随着放牧强度的增加,不同土壤层含水量均呈降低趋势,土壤容重、土壤坚实度呈增大趋势.相关分析表明, 放牧强度与不同土壤层含水量呈极显著的负相关(P＜0.01), 与土壤容重和坚实度呈极显著的正相关(P＜0.01),而且土壤容重和坚实度均具有累积效应.     

东祁连山灌-草群落交错带土壤呼吸动态及影响因子分析

为探究高寒灌-草交错带土壤呼吸动态及影响因素,应用LI-8100A土壤呼吸自动测定系统,对东祁连山典型灌丛-草地交错带土壤呼吸动态及土壤因子进行测定,分析呼吸速率与土壤因子的相互关系。结果表明,整个交错带内土壤呼吸速率的均值介于2.3~7.2 μmol/(m²·s),各样地间土壤呼吸速率大小顺序为珠芽蓼草甸中心(S₁)>草甸-金露梅灌丛交错区(MSC₁)>金露梅灌丛中心(S₂)>金露梅-杜鹃灌丛交错区(MSC₂)>杜鹃灌丛中心(S₃),S₁和MSC₁样地的土壤呼吸日变化呈单峰型,峰值出现在14:00,S₂、MSC₂、S₃样地峰型不明显,且日变幅较小,仅为0.3~1.1 μmol/(m²·s);交错带内土壤物理性质和养分储量呈明显的垂直分异规律,土壤呼吸速率与土壤温度、全磷储量呈极显著的正相关(P<0.01),与土壤含水量极显著负相关(P<0.01),与0~20 cm土壤有机碳储量呈显著负相关(P<0.05);拟合分析显示,土壤温度、含水量和全磷储量是土壤呼吸速率的主要限制因子,土壤呼吸与土壤温度拟合系数最高,可解释土壤呼吸空间变异的79.9%。     

不同载畜率下短花针茅和土壤生态化学计量特征研究

以荒漠草原建群种短花针茅为研究对象,分析不同载畜率(对照,CK;轻度放牧,LG;中度放牧,MG和重度放牧,HG)对短花针茅与其对应土壤(0～20 cm和20～40 cm)碳(C)、氮(N)、磷(P)及化学计量比的影响.结果表明:放牧对短花针茅N、P及C:N:P化学计量比没有显著影响,但C含量随载畜率的增加而显著增加(P...     

短花针茅荒漠草原不同载畜率的土壤呼吸与植物地下生物量的关系

本文运用开路式土壤碳通量测量系统-LI-8100在短花针茅(Stipa breviflora Griseb)荒漠草原测定4组不同载畜率的土壤呼吸速率动态,并用土钻法测定了植物地下累积生物量,埋根袋法测定了根系净生长量。目的是比较不同载畜率对土壤呼吸、植物地下累积生物量和根系净生长量的影响,并探讨生长季土壤呼吸、8月份土壤呼吸对植物地下累积生物量、根系净生长量的响应。结果表明:随着载畜率增加,植物地下累积生物量减少,根系生长减缓,但对土壤呼吸无显著影响;生长季土壤呼吸与植物地下累积生物量呈线性正相关,8月份土壤呼吸值随根系净生长量增大而增大。土壤呼吸受植物地下生物量影响显著,生长季初期,新根刚开始生长,土壤呼吸大部分来自老根,到了生长旺季,新根生物量增多,土壤呼吸速率加快,新根主导了土壤呼吸。     

云雾山草原不同深度土壤的呼吸特征及其对温度变化的响应

土壤呼吸及其对温度的敏感性是预测碳循环过程的重要参数,近年来受到了广泛关注。但在黄土高原地区,不同深度土壤微生物呼吸特征及其对温度变化响应的相关研究尚未见报道。本研究选取黄土高原云雾山草原自然保护区围封30年的典型草地作为研究地点,采集了不同深度的土壤样品(0-10、10-20、20-30、30-40、40-50、50-60cm),在室内25和35℃条件下对土壤样品进行培养,探讨不同深度土层的土壤呼吸及其对温度敏感性的变化。结果表明,土壤有机碳、全氮、有效氮、速效磷,全磷及微生物生物量碳氮含量均随土层深度的增加而显著降低(P0.05)。随着培养时间和土层深度的增加,两个温度培养下的土壤呼吸速率和土壤呼吸累积碳释放量均显著下降(P0.05)。然而,随着土层深度增加,土壤呼吸温度敏感性呈上升趋势。冗余分析表明,土壤呼吸速率与土壤性质均有较好的正相关,而土壤呼吸温度敏感性与各土壤因子呈负相关。     

西南旱地不同种植模式下土壤呼吸及水热因子对极端低温的响应

极端气候频现是全球气候变化的重要特征之一,其中极端低温不仅影响农业生产,也影响着农业碳排放。土壤呼吸作为农业碳排放的主要途径,缺乏在极端低温环境下的深入研究。本研究以我国西南地区旱地为研究对象,通过测定冬季低温环境下的土壤呼吸及其水热因子,分析了土壤呼吸等在极端低温环境下的响应特征,发现秸秆覆盖条件下紫云英与油菜混作的土壤呼吸和根呼吸最大,种植紫云英可显著提高10 cm处的土壤温度、土壤含水量和土壤电导率;在极端低温环境下,土壤呼吸和根呼吸显著降低,土壤呼吸的温度敏感性显著提高,Q₁₀值由0.31增加到1.19,同时改变了土壤呼吸与土壤电导率之间的关系。无秸秆覆盖时紫云英单作、紫云英与油菜混作的根呼吸比重分别提高了12.07%和8.15%;而秸秆覆盖下紫云英单作、油菜单作以及紫云英与油菜混作的根呼吸比重分别降低了28.55%、38.87%和24.80%。     

围封对伊犁河谷春秋草地土壤种子库的影响

以伊犁河谷昭苏马场春秋草地不同围封年限草地(围封6年、围封5年、围封1年和未围封)为对象,采用空间序列代替时间序列的方法,对围封条件下退化草地自然恢复过程中持久土壤种子库的变化进行了研究。结果表明:随着围封年限的增加,土壤种子库的密度和物种数逐渐增加,显著增加了禾本科草类和豆科草类土壤种子密度,杂类草所占比例逐渐下降。禾本科草类和莎草类种子只存在0~5cm土壤表层。土壤种子库与地上植被的物种相似性,随草地的恢复呈增大—减小—增大的变化趋势。