西藏安多草地退化对植物生物量和土壤养分的影响

以西藏安多县原生小嵩草(Kobresia pygmaea)草甸草原与退化小嵩草草甸草原2种类型草地为研究对象,对其草地的地上和地下生物量、土壤的有机碳、全氮、全磷、有效氮和有效磷含量进行研究,了解退化对草地植物生物量和基本养分含量的影响。结果表明,退化小嵩草草甸草原的地上、地下以及总生物量均显著下降,地上0~10、10~20cm土层生物量和总生物量分别相当于小嵩草草甸草的80.9%、22.1%,15.8%和20.0%;2种类型草地土壤的全量和有效碳氮磷含量均较低,退化对土壤全量和有效养分的影响并不一致,退化导致0~10和10~20cm土层的有机碳、全氮和全磷含量均显著升高,而导致0~10和10~20cm土层的有效氮和有效磷含量均显著降低,2种类型草地随着土层的加深,土壤有机碳、全氮、全磷、有效氮和有效磷含量没有明显差异。     

祁连山南麓高寒禾草-矮嵩草草甸土壤水源涵养功能的特征

青藏高原被誉为“中华水塔”,高寒草甸是主要植被类型但其水源涵养功能有待准确量化。以祁连山南麓高寒禾草-矮嵩草草甸为研究对象,通过分析2014—2018年的植被生长季(6—9月)土壤体积含水量的长期观测数据,探讨了土壤有效水源涵养量(土壤现实持水量与最小持水量之差)和水文调节功能(有效水源涵养量的时间变化速率)的变化特征及其环境调控机制。结果表明:高寒草甸0—100 cm年均土壤有效水源涵养量为(44.3±8.7)mm(平均值±标准差,下同),呈现出双峰型的季节趋势,最高峰和次高峰分别为6月下旬的(57.8±14.4)mm和9月中旬的(59.2±15.7)mm。浅层(0—20 cm)、中层(20—60 cm)和深层(60—100 cm)土壤有效水源涵养量占比分别为53.1%,34.9%和12.0%,土壤有效含水源涵养量随土层深度增加表现为对数衰减(R²=0.82,p<0.001)。增强回归树的结果表明土壤有效水源涵养量的季节变化主要受控于土壤温度,尤其是5 cm土壤温度,二者呈现出显著负相关。不同深度的年均土壤有效水源涵养量和土壤黏粒比例显著负相关(R²=0.99,p=0.004)。根系区(0—40 cm)年均土壤吸湿速率和脱湿速率分别为(0.21±0.02)mm/h和(0.22±0.02)mm/h,t检验的结果表明除了0—5 cm之外,根系区土壤脱湿速率显著大于吸湿速率。分析表明土壤温度是土壤吸湿和脱湿速率的显著环境驱动因子。因此,土壤温度是高寒禾草-矮嵩草草甸土壤有效水源涵养量和水文调节功能的主要影响因素,维持土壤的低温是高寒草甸水源涵养功能保育和提升的重要基础。     

高寒草甸植被生育期耗水量和耗水规律的分析

用１９９１～１９９３年在高寒草甸地区植被生育期测定的土壤水分资料，联系土壤水分平衡方程，讨论高寒草甸植被生育期的耗水量和耗水规律的特征，结果表明，草甸地区植被生育期５月２０日～９月１５日，３年平均耗水量约为３６１．０ｍｍ；全年牧草地上净初级生物量与耗水量具有一定的相关性；植被生育期内气温、降水的协调配合能提高牧草地上净初级生物量。５～９月，植被耗水量变化量单峰型曲线，３年平均表明，７月耗水量最高，５月最低。     

青海湖芨芨草干草原浅层土壤温度和导温率的基本特征

通过解析芨芨草(Achnatherum splendens)干草原原生植被生长季中期5、10、20、40、60和80cm 6个土层连续监测的土壤温度资料,探讨其生长季土壤温度和土壤导温率的基本特征。结果表明:芨芨草干草原表层(<20cm)土壤温度日变化明显,遵循正弦波动规律;20-40cm为正弦波动和线性振荡的过渡层,40cm以下无显著日变化。土壤温度日变化振幅(A)和相位(φ)随土壤深度(z)增加分别呈现几何级数衰减(A=4.60e-6.74z,R2=0.93)和线性延迟(φ=6.14z+7.67,R2=0.95)模式;表层土壤温度对脉冲式降水表现为渐变式响应并出现同温层;典型晴天下土壤导温率(κ)随土壤深度增加而指数升高(κ=2×10-7e4.21z,R2=0.92),34.7cm土层的土壤温度日变化与5.0cm反相,而土壤温度日变化恒温层为86.0-102.0cm土层。     

高寒草甸不同植被功能群盖度对模拟气候变化的初期响应

为进一步研究高寒生态系统植被群落对气候变化响应方式和适应机理,我们在青藏高原东北祁连山南坡,沿海拔梯度对嵩草(Kobresia bellardii)草甸、灌丛草甸、杂草草甸和稀疏植被4种植被类型进行双向移栽实验,以期获得高寒草甸植被群落较为详尽而真实的响应特征。4个功能群(莎草类、禾本类、豆科类和杂草类)绝对盖度的方差分析结果表明:高寒草甸生态系统植被群落对气候变化较为敏感。莎草类植被盖度与土壤含水量线性负相关,在3600 m处最大。禾本类和豆科类分别与土壤含水量和气温线性正相关,两者在3200 m处最为适宜。海拔与杂草类盖度的二次方程可解释其63%的变异。莎草类与禾本类、豆科类植被盖度存在较弱的补偿作用,而禾本类与豆科类之间具有显著的补充作用。对比80年代的植被盖度,嵩草草甸优势种对模拟降温的响应暗示其稳定性较高。     

三江源退化高寒草甸草毡表层剥蚀过程及发生机理的初步研究

草毡表层是高寒草甸系统分类的诊断层,是高寒草甸稳定性维持的物质基础,而草毡表层剥蚀是三江源区退化高寒草甸的主要表观特征之一。2008年8月,通过对高寒草甸退化状况进行的野外调查发现,退化高寒草甸具有2种不同的剥蚀过程,其发生的动力也不同。其中,位于山间滩地和缓坡地段的高寒草甸,其土壤剥蚀呈现草毡表层极度加厚、老化、死亡、开裂、剥蚀过程,其发生动力是鼠类的挖掘与冻融交替作用,剥蚀发生时地表草皮处于死亡或半死亡状态;而处于陡坡地段退化高寒草甸的剥蚀由于植被的不同,呈现水分对草皮下土壤的潜蚀、倒钩蚀,发生草皮悬空、坍塌,其剥蚀动力为水分冲蚀和重力作用,剥蚀时草毡表层牧草生长良好。放牧压力下高寒草甸草毡表层的加厚是造成其土壤发生剥蚀的主要原因。     

高寒湿地植物残体降解的动态分析

用尼龙网袋法测定了高寒湿地植物残体的降解动态.结果表明,立枯体和草根的分解率均显示出明显的季节变化,主要失重发生在样品埋放初期和植物生长季节,非生长季节和样品埋放后期分解作用很弱.不同月份植物残体的分解率呈不同程度的差异性,在立枯体埋放的第1个月,沼泽草甸的分解率略高于矮嵩草草甸,以后两草甸的分解率趋于相当;矮嵩草草根在沼泽草甸的分解率显著高于在矮嵩草草甸的分解率.相关分析表明植物残体的降解与土壤微生物群落、土壤温度、水分都有明显的相关关系,植物残体的化学品质也是影响分解率的重要因素.     

人类活动对高寒矮嵩草草甸的碳容管理分析

应用空间尺度代替时间尺度的方法研究青藏高原高寒矮嵩草草甸退化演替系列与人工草地恢复演替系列植物、土壤及植物-土壤系统有机碳分布及储量特征,以探讨该类型草地的适宜碳容管理方式。结果表明,随着草地退化程度的加剧,草地载畜能力逐渐下降;地上植物有机碳储量逐渐降低,最高值出现在禾草-矮嵩草草甸,为(145.9±6.7) g/m²;土壤有机碳储量和土壤-植物系统有机碳储量均先增高后降低,最高值均出现在矮嵩草草甸,其土壤及植物-土壤系统有机碳储量分别为(14 023.1±289.5) g/m²和(18 555.7±879.7) g/m²。对极度退化的高寒矮嵩草草甸(黑土滩-杂类草次生裸地)进行人工草地建植,随着建植年限的增加,地上植物、土壤及植物-土壤系统有机碳储量较建植前有不同程度提高。说明矮嵩草草甸是该退化演替系列中碳储能力、经济生产服务能力及生态系统稳定性配比最合理的阶段,是该退化演替系列的适宜碳容管理阶段;对黑土滩-杂类草次生裸地建植人工草地后围栏禁牧,可以明显提高草地的生态及生产服务能力,是该类草地的适宜碳容管理方式。     

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)。     

绿色植物在大气甲烷循环中的作用

甲烷是引起气候变暖的一种重要温室气体,近年来一些研究发现陆地植物具有排放甲烷的能力,打破了植物仅为连通土壤-大气气体交换通道的原始理念,但由于其发生机理尚无法解释,也引起了人们的质疑。对绿色植物在大气甲烷循环中的作用进行了文献综述,对主要研究结果之间的差异进行了比较,同时就未来绿色植物在大气甲烷循环中的作用进行了阐述,拟为进行植物在地球甲烷循环中的功能及潜力的估测提供理论依据。