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。     

青藏高原高寒草甸的植被退化与土壤退化特征研究

对青藏高原典型高寒草甸在不同退化程度下植物群落、生物量和土壤特征的研究结果表明,随着高寒草甸退化程度加大,植被盖度、草地质量指数和优良牧草地上生物量比例逐渐下降,草地间的相似性指数减小,而植物群落多样性指数和均匀度指数在中度退化阶段最高,随着退化程度加大,呈单峰式曲线变化规律.地上总生物量在轻度退化阶段最高,在极度退化阶段最低,随着退化加剧,杂草生物量显著增加,而莎草和禾草生物量显著减少.地下总生物量(0～40 cm)、莎草和禾草地下生物量随着草地退化程度的加重而递减,杂类草地下生物量的变化则是逐渐上升,至极度退化阶段有所降低.随着退化程度加剧,分布在各层的植物根系量越来越少,地下根系具有浅层化特点.各类群地上、地下生物量之间均为正相关,达到显著水平.随着草地退化程度的加大,土壤有机质、速效磷、速效钾和交换性锰的含量以及土壤坚实度、湿度都减小,土壤容重增加.土壤速效氮含量在极度退化阶段不能满足植物生长的需要.随高寒草甸退化程度加大,有机质含量在表层土壤中流失严重.在各个退化阶段,有效锌和交换性锰的含量均能满足植物生长的需求,而有效铜含量偏低,对牧草生长不利.随着植被的退化演替,土壤退化越来越严重,土壤越来越贫瘠化.     

高寒草甸牧草产量形成过程及与气象因子的关联分析

高寒草甸牧草产量的形成过程与生物量的积累过程和自然界各种生物种群消长规律一样,可用逻辑斯谛生长函数来描述。随着季节的进程,依环境条件的周期变化表现为有缓慢积累-快速增加-相对稳定-折损减少等4个阶段。对气象因子影响高寒草甸牧草产量灰色关联分析结果表明,高寒草甸地区降水量可基本满足牧草生长发育的需求,而温度因子则成为主要的限制因子。其气象因子影响程度大小的序次为：1月平均气温>5-8月平均气温>5-8月日照时数>5-8月水热综合配合(降水量与气 温的比值)>5-8月降水量>上年度末9-11月的降水量。在分辨系数取0.5的条件下,以上各因子所对应的关联度排列为：0.835>0.791>0.771>0.754>0.743>0.638。将上述各气象因子进行主成分处理后,建立评估或预报高寒草甸牧草产量的模拟模型方程：GW=a+aj覺j。其拟合及试报效果很好,可作高寒草甸牧草产量的评估或预测预报工具。     

高寒金露梅灌丛生物量及年周转量

采用样方调查与挖掘相结合的方法,以金露梅(Potentilla fruticosa)灌丛多年累积枝干、地下生物量和当年新生枝叶量及6-9月冠面长度、宽度和高度为参数进行线性回归分析,结合金露梅灌丛与草本植物在样地所占比例,估算其年净初级生产量及年净固碳量。结果表明:2004年金露梅灌丛地下实际周转量为53.7 g/m²,周转率为26%;当年新生枝叶量为41.0 g/m²,年净初级生产量94.7 g/m²;以草本植物与金露梅灌丛在样地所占比例为60%和40%进行估算,2004年金露梅灌丛草甸总净初级生产量为858.3 g/m²,固碳量481.9 g/m²。     

矮嵩草草甸生物量季节动态及其与气候因子的关系

测定高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸地上、地下生物量季节动态,分析生物量季节动态与气候因子的相关性,建立了地上生物量动态变化的模拟模型。结果表明:高寒矮嵩草草甸地上生物量动态变化历经萌动期、返青期、旺盛生长期、稳定期和折损减少期等5个阶段;地下生物量自5-9月表现出升高-降低-升高的变化规律,且变化幅度较高;2003年地下净生产量633.46g/m²,周转率0.3193;利用海北高寒草甸多年观测资料,建立了气象因子影响植被年生产量的预报模型。     

高寒矮嵩草草甸4种主要植物补偿生长变化与耐牧性比较研究

为了探讨高寒矮嵩草草甸4种主要植物的补偿生长机制和耐牧性差异,通过裂区区组设计的方法进行刈割（留茬1 cm、3 cm及不刈割对照）、施肥（施尿素和磷酸二胺、不施）和浇水（浇、不浇）控制实验,调查研究了垂穗披碱草(Elymus nutans)、异针茅(Stipa aliena)、矮嵩草(Kobresia humilis)和粗喙薹草(Carex scabrirostris)分株密度、株高和分株地上生物量及其相对生长率的变化。研究结果表明：2种禾本科植物垂穗披碱草和异针茅的补偿高度和地上补偿生物量对刈割的响应更加敏感;刈割后异针茅、矮嵩草和粗喙薹草的分株密度发生超补偿,4种植物的株高相对生长率都显著增加,地上生物量相对生长率在种间存在较大差异。4种植物的耐牧性大小顺序为矮嵩草>粗喙薹草>垂穗披碱草>异针茅。施肥能显著提高4种植物的补偿高度、地上补偿生物量、株高相对生长率和耐牧性,说明在具有明显的土壤养分限制作用的高寒草甸群落中,植物的耐牧性依赖于土壤速效养分的可获得性。     

藏北高寒草原群落维持性能对封育年限的响应

针对近年来退化高寒草原的恢复和合理利用的问题,对自然放牧、封育3年和7年的藏北申扎高寒草原设置样地,采用群落调查、收割法收集地上生物量,根钻法收集地下生物量等,比较分析不同封育年限下草地群落各生态指标。结果表明,高寒草原围栏封育后,随自然放牧到3年禁牧再到7年禁牧,植被高度持续增加,地上地下生物量、总盖度、物种多样性维持性能增加再降低,Pielou 均匀度指数在自然放牧草地最大。随封育年限延长,禾草类及莎草类植物功能群生物量及重要值显著增加,杂草类功能群生物量及重要值显著降低,说明封育措施有利于群落的正向演替。但通过对群落总盖度、地上生物量及群落种类组成与封育年限间关系进行统计分析表明,藏北高寒草原封育达3到5年后以1.23只羊单位/hm²的放牧强度放牧为佳。     

氮素富集对青藏高原高寒草甸土壤有机碳迁移和累积过程的影响

为深入揭示陆地生态系统碳固定对大气氮沉降增加的响应机理,基于海北高寒草甸多形态(NH4Cl、(NH4)2SO4、KNO3)、低剂量(N 0、10、20、40 kg hm-2a-1)的增氮控制试验平台,采集各处理水平下不同深度土壤样品,利用颗粒分组法分离测定总土壤有机碳(SOC)以及各粒径组分的碳含量和δ13C值。研究结果表明:低氮显著增加了土壤粗颗粒态有机碳(Macro POC)和矿质结合态有机碳(MAOC)的含量,而高氮处理正好相反。施氮一致降低土壤细颗粒态有机碳(Micro POC)含量。此外,添加硝态氮肥对SOC各组分含量和δ13C值的影响显著高于铵态氮肥。总体而言,低氮导致地表30 cm层SOC储量增加了4.5%,而中氮和高氮导致SOC储量分别下降了5.4%和8.8%。低氮处理时新增的碳以Macro POC为主,而高氮处理时损失的碳主要是Micro POC。连续5 a施氮促进了颗粒态有机碳(POC)组分的分解,进而导致SOC稳定组分的比例增加。可以认为,大气氮沉降或低剂量施氮(10 kg hm-2a-1)短期内有利于青藏高原高寒草甸土壤碳截留,硝态氮较铵态氮输入对土壤碳储量增加更为有益。     

围封和放牧条件下高寒矮嵩草草甸土壤性质的比较

选取自2002年围封禁牧和持续冬季适度放牧两种处理下的高寒矮嵩草（Kobresia humilis）草地为研究对象,分别对其土壤呼吸速率、根系生物量、土壤含水量、土壤容重、土壤有机碳和全氮含量进行了比较分析。结果表明,持续冬季放牧条件下的土壤呼吸速率、根系生物量和土壤容重均高于围封禁牧的高寒草地,而土壤含水量、有机碳和全氮含量均显著低于围封草地。适度的放牧活动有利于地下生物量的积累,促进生物量向地下的转移,可以加速氮的矿化和土壤有机碳的分解,增加土壤的活性;适当的围封措施则可以保持土壤养分,避免土壤有机质流失。     

青海湖东北岸草甸化草原植物群落特征及多样性分析

2008年对海北牧业气象站附近的草甸化草原植物群落特征及生物多样性进行了监测和研究。结果表明,研究区内群落的组成成分单一,植物种类比较贫乏,主要植物有23种,隶属9科,21 属,主要优势种为西北针茅（Stipa krylovii）;次优势种为矮嵩草(Kobresia humilis)、冷地早熟禾(Poa crymophila)等。北温带分布的属占优势植物群落,其生活型多年生植物占绝对优势,尤其是多年生非禾草类植物是群落的主要生活型;群落垂直结构不太明显,大体分3层;从物种多样性分析看,4条样线中,物种丰富度指数（R1、R2）、Shannon Wiener指数(H)、Simpson指数(D)及匀均度指数（E1、E2）变化差异不显著（P>0.05）,表现出基本一致的变化趋势。