模拟增温和不同氮素添加对三江源区高寒草甸草地生产力影响初步探究

为了研究高寒草甸草地植被对模拟增温和不同氮素添加的响应机制,试验在野外条件下对三江源区高寒草甸进行模拟增温和铵态氮、硝态氮的氮素添加,进行植物群落结构调查,检测物种丰富度、多样性指数、植物种群重要值。结果表明:增温施铵态氮、增温施硝态氮处理的植被高度显著高于对照(P0.05),盖度无显著差异(P0.05);生物量增温施铵态氮、增温施硝态氮处理显著高于增温不施氮处理和对照(P0.05),并且从高度和优良牧草生物量来看增温施铵态氮、增温施硝态氮处理均高于其他处理,但高度增温施硝态氮增温施铵态氮,生物量增温施铵态氮增温施硝态氮,增温施铵态氮处理优势种重要值比较高,增温不施氮处理能增加群落丰富度指数、均匀度指数和多样性指数,且阻碍了土壤水分含量的增加,增温施铵态氮处理的土壤水分含量相对较高。说明增温和施铵态氮互作更有利于植物的生长。     

增温施氮素对三江源区高寒草甸五种植物生长影响的初步研究

通过在野外条件下对三江源区高寒草甸5种植物进行模拟增温和氮素添加试验,以了解模拟增温和氮素添加对五种植物生长的影响。结果表明,小嵩草、垂穗披碱草、美丽凤毛菊高度均为增温施氮处理最高,而麻花艽增温不施氮处理最高、株芽蓼不增温施氮处理最高;美丽风毛菊叶片数不增温施氮处理最高,麻花艽不增温施氮处理显著高于增温施氮和增温不施氮处理(P<0.05),株芽蓼不增温不施氮处理显著高于其他处理(P<0.05);风毛菊叶长增温施氮处理最高,且显著高于不增温不施氮处理(P<0.05),麻花艽不增温施氮处理最高,株芽蓼叶长各处理之间均无显著差异(P>0.05);风毛菊叶宽幅增温施氮处理最高,且显著高于不增温不施氮处理(P<0.05),麻花艽不增温不施氮处理最高,株芽蓼叶宽幅各处理之间均无显著差异(P>0.05)。总的来看,增温施氮对不同植物影响差异较大。     

三江源区高寒草甸土壤呼吸空间异质性的研究

为了研究三江源区高寒草甸土壤呼吸变异特征,试验采用野外调查和密闭气室法,测定了三江源区土壤有机碳和土壤呼吸指标,并应用地统学软件Surfer和Variowin进行了分析。结果表明:土壤有机碳和土壤呼吸率分别为10.28 g/kg,5.41μ·mol/(m2·s),变异系数为0.28,0.21;土壤呼吸和土壤有机碳间线性相关,且存在半方差结构,样区空间异质性和结构因素二者共同起主导作用;土壤呼吸和有机碳变程分别为80.92 m和76.53 m,差异范围不大,二者在相同的尺度上起作用,表现分布不连续,具有明显的斑块不均匀分布,进一步证实了青藏高原高寒草甸生态系统的脆弱性。     

三江源区退化高寒草甸蒸散的变化特征

为揭示三江源区退化高寒草甸水分收支变化特征,利用涡度相关和微气象方法对青海省果洛州大武镇退化高寒草甸生态系统的年蒸散变化进行了定量研究,并探讨了环境和生物因子对其影响。结果表明:年总蒸散量为481.9mm,年蒸散量约占年降水量的97%。生长季中日均蒸散量为2.3mm·d-1,而非生长季日均蒸散量仅为0.6mm·d-1。温度与蒸散量呈明显的指数关系;该区接收的太阳辐射较强,但净辐射占太阳辐射的比例相对较低(46%),在非冻土时期,蒸散量与净辐射呈线性关系;研究区降水量相对丰沛,与温度和净辐射相比,土壤含水量对蒸散的影响相对较小。本研究说明高寒草甸的退化加剧了生态系统的蒸散量,从而降低了生态系统涵养水分的能力,净辐射和温度是驱动三江源区退化高寒草甸生态系统蒸散最主要的环境因子。     

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。     

三江源区高寒沼泽草甸日蒸散估算模型研究

蒸散作为重要的水文特征参数,是高寒沼泽草甸能量和水分消耗的主要途径,直接影响着生态系统的物质和能量循环。在高寒地区应用涡动相关法、波文比法、大型蒸渗仪等方法获取大范围实际蒸散较为困难。本研究通过高原地区辐射模型的比较、波文比系统观测,构建基于常规气象要素的高寒沼泽草甸实际蒸散模型,为高寒区域沼泽草甸大范围蒸散估算提供可能。研究结果表明,左大康辐射模型（ZUO）对青藏高原高寒沼泽草甸日辐射模拟效果最佳;采用FAO56 P-M,Priestley-Taylor,Hargreaves,Makkink等方法建立青藏高原高寒沼泽草甸日蒸散量估算参考蒸散量与实际蒸散量之间的经验模型,通过比较4种经验模型的RMSE,MAE和AI,发现经验模型FAO56 P-M,Makkink,Priestley-Taylor和Hargreaves都可以很好的估算高寒沼泽草甸的实际蒸散,其中FAO56 P-M,Priestley-Taylor和Makkink模型的模拟效果优于Hargreaves模型。     

高寒草甸区土壤水分动态的模拟研究

土壤水分在植物生长期间的动态变化,可分解为周期项和随机波动项两个部分。利用1992年土壤水分观测资料,以谐波分析法对周期项进行随时间序列的模拟处理,以剩余土壤水分(随机波动项)建立与自然降水量的线性回归关系后,依加法模式确定高寒草甸地区土壤水分动态变化的预报模型方程为: 对1992年土壤水分资料进行回代模拟,拟合率很高,平均相对误差为7.2％。对1993年土壤水分动态变化进行预测预报,准确率较高,其相对误差平均为8.9％。结果表明,该模拟方程,能准确预报土壤水分动态变化的过程,进而对研究草地物质能量循环等生态过程均具有一定的实用价值。     

三江源区高寒草甸退化对土壤呼吸的影响

为了探讨退化对高寒草甸土壤呼吸的影响及不同退化程度高寒草甸土壤呼吸基本特征,在具有典型高寒草甸退化特征的样地采用动态密闭气室分析法测定了不同退化程度高寒草甸土壤呼吸速率。结果表明:不同退化程度高寒草甸间土壤CO2释放速率差异极显著(P0.01),变化范围为4.42~7.67 g/(m2·d)。说明随着高寒草甸退化程度的加剧,土壤CO2释放速率呈下降趋势。不同退化程度高寒草甸土壤CO2释放速率呈明显的日变化特征,土壤CO2释放速率在14:00最高,在凌晨4:00最低,土壤CO2释放速率白天大于夜晚。不同退化程度下土壤CO2释放速率在一天中各时刻均表现为未退化轻度退化中度退化重度退化极度退化,土壤CO2释放速率日动态与5 cm土壤温度的日动态趋势一致;土壤温度和土壤湿度是影响高寒草甸土壤呼吸速率的重要因子,土壤呼吸双因素关系模型中b值变化范围为0.112~0.168,c值变化范围为1.166~3.119,拟合模型R2值变化为0.832~0.907,且呈极度退化重度退化中度退化轻度退化未退化的变化趋势,不同退化程度高寒草甸Q10值变化范围为2.775~3.424。     

三江源区高寒草甸植物多样性的海拔分布格局

三江源地区是我国受气候变化影响最大且最敏感的区域之一。研究高寒草甸植物多样性海拔分布格局及其与环境的关系,能为预测气候变化对植物多样性的影响和响应提供科学依据。本研究以青海三江源地区的6个样地/海拔梯度共78个样方的高寒草甸样地为研究对象,了解高寒草甸植物多样性和群落结构,分析海拔分布格局及其与环境的关系,旨在以空间替代时间的实验系统来揭示植物对气候变化的响应。统计分析发现,6个高寒草甸样地共有植物21科、51属、74种,且在中海拔和高海拔地区,高寒草甸以藏嵩草、高山嵩草、矮嵩草等莎草科植物占优势,低海拔地区高寒草甸则以针茅、早熟禾、垂穗披碱草等禾本科植物为优势种群。方差分析表明,随着海拔的降低,高寒草甸群落的物种多样性和物种丰富度均呈“单峰”分布格局,而均匀度指数逐渐升高。DCA分析发现,高寒草甸植物群落沿着海拔梯度呈现有规律的变化,具有从高寒草甸向高寒草原化草甸的逐渐过渡的特征,海拔梯度明显的影响了植物群落结构和多样性。此外,CCA结果表明,土壤pH值是影响高寒草甸植物群落分布格局的主要因素,土壤含水量、土壤温度、土壤有机碳、碱解氮含量与全钾含量是影响植物群落分布格局的关键因子。综上所述,我们推测气候变化极有可能影响三江源地区高寒草甸植物群落结构与分布格局。     

施肥对三江源区高寒草甸草场地上生物量的影响

在三江源区高寒草甸草场进行施肥试验,以确定不同施肥时期、不同施肥量对天然草地牧草产量（干重）的影响。结果表明：施肥可大幅度提高牧草产量,且因施肥量及施肥时期的不同,牧草产量差异大。施肥时间和施肥量间存在着交互作用,两者共同作用于牧草产量。由两年的数据可知,随着施肥时间的逐渐后移,氮肥对牧草的增产作用逐步降低,牧草产量（干重）呈下降趋势;3个不同施肥量处理的牧草产量分别比不施肥的增加138.65%、161.72%和122.51%,施肥量在0~450kg/hm2区间内,牧草产量变化呈抛物线型。通过综合比较分析,三江源区高寒草甸最佳施肥时间是6月10~25日间,最佳施肥量（尿素）为150~300kg/hm2具有较高的牧草产量和低施肥成本。     

三江源区高寒草甸草场放牧牦牛采食量的测定

试验选用约2．5岁公牦牛8头，在三江源地区玉树县的高寒草甸草场，应用4N盐酸不溶灰分法（4N—AIA）和木质素标记物法测定了不同物候期（青草期和枯黄期）放牧牦牛日采食量及牧草营养成分的消化率。结果表明：2．5岁牦牛在青草期、枯黄期的100kg体重日采食量分别为3．69kg和2．96kg，差异极显著（P〈0.01）；其不同物候期的千物质消化率分别为65．70％、61．72％（P〉0．05），粗蛋白的消化率为62．25％、39．00％（P〈0．01），粗脂肪为49．36％、58．18％（P〈0．05），ADF的消化率为57．88％、62．67％（P〉0．05），NDF的消化率为69．09％、79．38％（P＜0．01）。     

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。     

模拟增温与施肥对高寒草甸土壤酶活性的影响

摘要：采用开顶式生长室模拟增温的方法,研究了气温升高和施肥对高寒草甸土壤酶活性的影响。研究表明,单独增温导致高寒草甸土壤纤维素酶和磷酸酶活性分别提高了12.4%、29.1%,而脲酶活性降低了18.0%,过氧化物酶和多酚氧化酶活性无明显变化,说明增温促进高寒草甸土壤中碳磷循环。在不增温条件下,施肥抑制了土壤纤维素酶、多酚氧化酶和过氧化物酶活性,而施NPK则提高了脲酶和磷酸酶活性。增温条件下,施肥不会引起土壤纤维素酶、多酚氧化酶和过氧化物酶活性的显著变化,而施可溶性碳肥使脲酶活性显著升高（P<0.05）,施NPK使磷酸酶活性显著降低。增温和施肥的交互作用对土壤纤维素酶、过氧化物酶、磷酸酶和脲酶活性有显著影响,而对多酚氧化酶无明显影响。因此,预测在未来气候变暖背景下,高寒草甸土壤中的多种酶活性对施肥的响应可能不显著。     

三江源区高寒草甸43种植物繁殖体质量比较

研究了青藏高原三江源地区高寒草甸43种植物的繁殖体(13种为种子,30种为果实)质量,其质量差别很大,最小的单粒质量不足0.03 mg,最大的超过5 mg。有15种植物繁殖体单粒质量小于1 mg,可能具有持久土壤种子库;多年生草本植物较一年生草本植物的繁殖体质量大(P0.05);杂草较优良牧草的繁殖体质量大(P0.01);菊科植物的繁殖体较禾本科、莎草科的质量大(P0.05);繁殖体附属物在植物的传播和定居方面具有重要的作用:75%的菊科植物具有冠毛,易于被风传播,89%的禾本科植物具芒,被风传播的概率小。     

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。     

模拟增温对高寒草甸土壤三大类微生物数量的影响

采用野外模拟增温(OTC)方法,研究了模拟增温对高寒草甸土壤三大类微生物数量和分布的影响。结果表明:增温有利于增加三大类群微生物数量,增加百分比从大到小依次为:细菌放线菌真菌;增温对0~15cm土层中三大类群微生物数量增加明显(P0.05);增温对细菌、放线菌和真菌数量的增加主要集中于7月份和8月份(P0.05),9月份增温对三大类微生物数量的影响不显著(P0.05)。     

放牧对三江源区高寒草甸主要植物表型特征的影响

矮嵩草和高原早熟禾是青藏高原的主要优势植物,研究其对放牧的表型反应对揭示高寒草甸生态系统的放牧响应机制具有代表意义。以青藏高原三江源区高寒草甸为例,通过设置自由放牧与围封禁牧试验,研究了高原早熟禾和矮嵩草茎叶功能性状对放牧的响应。结果表明:与围栏禁牧相比,放牧抑制了高原早熟禾和矮嵩草的生长,导致了2种植物株高、叶面积的显著下降(P0.05),植物个体表现出明显的矮小化现象。而长期放牧后,短期围封对于植物叶片数、根长、根粗等功能性状的恢复效果并不显著(P0.05),说明放牧退化草原植物性状具有保守性。     

高寒草甸植物对长期增温的响应

【目的】探求高寒草甸植物对持续模拟增温的响应机制,为退化植被的生态恢复和自然植被的合理保护提供科学依据。【方法】采用国际冻原计划(ITEX)模拟增温试验装置,以草甸和灌丛中的代表植物为试验对象,研究了植物营养成分(粗灰分、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、木质素、粗脂肪、粗蛋白)含量的变化和地上生物量及高度的改变。【结果】在草甸及灌丛上,长期模拟增温能影响植物的营养成分含量,在退化草甸上此影响更明显。增温降低了优良牧草(禾草和莎草)粗脂肪、粗蛋白的含量,而粗灰分、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和木质素含量增加,降低了牧草消化率。草甸和灌丛生物量的P值分别为0.054和0.015草甸长期增温后在一定程度上增加了生物量(P=0.054),而灌丛的生物量增加显著(P=0.015);高度在草甸和灌丛的P值分别为P=0.006 P=0.000,两者高度明显增加;盖度在草甸和灌丛的P值分别为P=0.918,P=0.008,这种变化在长期状态下,势必会使植物功能群发生改变,从而影响群落结构。【结论】长期的增温所形成的小气候作用,不仅改变了牧草的营养成分,而且使得高寒草甸植物群落的结构及功能发生了变化。     

模拟增温和添加氮素对高寒草甸草地生产力影响的初步研究

为探索高寒草地植被对模拟增温和添加氮素的响应机制,通过在野外对高寒草甸进行模拟增温和硝态氮、铵态氮的氮素添加试验,研究模拟增温和添加氮素对高寒草地群落物种组成、生产力及土壤水含量的影响.结果表明:增温和添加氮素可显著增加植物地上总生物量、优良牧草地上生物量和植被平均高度(P <0.05).增温处理能增加植物种类,且有利于杂类草生物量的增加;对几种主要植物来说,增温施氮互作下植株高度高于其他处理,土壤0～15和15～30 cm水分均先减少后增加,且都为不增温不施肥处理最高.可见增温施氮互作处理能够促进植被的生长,但不利于土壤水分的增加.     

三江源区高寒草甸退化对土壤养分和土壤酶活性影响的研究

研究了三江源区高寒草甸退化对土壤养分和土壤酶活性造成的影响,结果表明:在极端环境下高寒草甸退化对土壤有机质和全氮含量的影响一致,随着退化程度的加重出现先升高而后降低的现象,重度退化阶段土壤表层含量降低,中下层土壤含量升高;全磷的含量先随着退化加剧降低,在重度退化阶段升高;退化导致土壤全钾含量降低.速效养分含量的变化也不相同:速效氮的含量在轻度和中度退化阶段降低,在重度退化阶段升高;速效磷的含量呈升高趋势;速效钾的含量先升高后降低.草甸退化使土壤脲酶和蔗糖酶活性出现了显著变化(P<0.05),脲酶活性在不同土层间差异显著(P<0.05),蔗糖酶没有表现出土体层次性差异;相关分析表明,高寒草甸的土壤酶活性与营养成分含量之间相关不显著.