放牧季节及退化程度对高寒草甸土壤有机碳的影响

高寒草甸是青藏高原的主要植被类型,本研究以青海省高寒草甸为研究对象,探讨不同放牧季节及退化程度下高寒草甸土壤有机碳含量及密度的分异特征。结果表明,在0-30 cm土层内,土壤有机碳含量随土层深度逐渐减小。土壤有机碳含量暖季放牧与冷季放牧之间无显著差异(P0.05),且在不同土壤深度中一致。不同放牧季节下土壤理化性质及生物量各不相同。0-30 cm土层内,除0-5 cm未退化阶段土壤有机碳含量最高,其余各层土壤有机碳含量均在轻度退化阶段达到最大。土壤理化性质在不同退化阶段也变化各异,地下生物量随草地退化呈先增加后减小的趋势,而地上生物量随草地退化呈逐渐减小的趋势。冷季放牧高寒草甸土壤有机碳含量随草地退化呈逐渐减小的趋势,而暖季放牧土壤有机碳含量随草地退化呈先增加后减小的趋势。0-30 cm土层冷季放牧不同阶段土壤有机碳储量均低于暖季放牧,但未达到显著水平。可见,放牧强度的不同会对土壤有机碳的影响比放牧季节更大。     

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)。     

气象因子对青藏高原高寒草甸 参考蒸散的驱动特征

青藏高原被誉为"中华水塔",在全球气候变化的大背景下,青藏高原的水热平衡发生了一系列变化,研究青藏高原蒸散与气候变化关系,对于揭示气候变化对高原水文过程影响具有重要意义。基于2011-2016年6年自动观测连续数据,选取净辐射总量、气温、饱和水汽压差、降水、风速、相对湿度、日照时数7个主要气象因子,采用随机森林分析方法,分析了参考蒸散的季节及年际变化趋势,评估各气象因子对青藏高原参考蒸散的贡献。结果表明:1)在季节尺度上,参考蒸散总体表现为单峰曲线,即1-7月呈增加趋势,7月份达到最大值(132.48mm),7-12月开始逐渐下降;在年际尺度上,参考蒸散总体呈现递增的趋势,平均为1 023.03mm,且每年以29.61mm增加趋势上升。2)净辐射是影响参考蒸散年内变异最重要的气象因子,其他气象因子对其影响强弱排序为饱和水汽压差最高气温日照时数平均气温;对于生长季参考蒸散,气象因子对其影响强弱依次排序为净辐射日照时数饱和水汽压差最高气温。而降水、风速、最低气温和平均气温对年内参考蒸散和生长季参考蒸散影响较小。对非生长季参考蒸散,其所受气象因子强弱排序为净辐射饱和水汽压差风速最高气温平均气温,而相对湿度、日照时数、降水和最低气温对非生长季参考蒸散贡献较小。本研究表明,青藏高原矮嵩草(Kobresia humilis)草甸参考蒸散主要受净辐射驱动,且相比于平均温和最低气温,最高气温对其参考蒸散影响更大,这对于明晰高寒草甸水循环过程具有重要意义。     

微生物菌肥对高寒草甸土壤养分的影响

采用纤维素分解菌肥、联合固氮菌肥、EM混合菌肥3种微生物菌肥配以水分添加和划破草皮等方法对退化高寒小嵩草草甸进行土壤养分改良,以土壤中速效养分含量及pH变化评价改良状况。结果表明,退化高寒小嵩草草甸土壤中添加微生物菌肥+划破草皮处理与对照相比,没有明显改变0~20cm土层速效磷含量、速效钾含量和pH剖面分布特征;不同微生物菌肥+划破草皮处理明显改变土壤中速效氮含量的分布特征,其中,EM处理明显提高土壤表层硝态氮含量,CD处理明显提高土壤中表层氨态氮含量,CD和EM处理可以显著提高土壤表层速效氮(硝态氮+氨态氮)含量,但单纯划破草皮G处理只能改变不同形式的速效氮在土壤垂直剖面中的分布格局,没有明显提高土壤中速效养分含量。因此,采用EM和CD处理均可以改善土壤中速效氮缺乏的现状,但作用微弱,可能同选用的微生物菌肥在青藏高原高寒恶劣气候条件下活性变弱有关。筛选或分离适应高寒草甸生态系统生存的微生物菌肥再配以适宜的施用方法可改善退化草地土壤养分状况。     

高寒矮嵩草群落退化演替系列氮、磷生态化学计量学特征

运用历史资料与实地调查相结合的方法,以多元数量统计为手段确定采样地点,以空间尺度代替时间尺度,确定演替系列,以生态化学计量学为基础探讨了高寒矮嵩草草甸退化演替系列氮(N)磷(P)含量及化学计量学特征,发现:1)高寒矮嵩草草甸土壤全量N、P含量随退化演替程度的加深而呈倒"V"字形变化趋势,速效N、P含量随退化程度的加深呈降低趋势,但土壤草甸全量及速效N/P化学计量学特征则呈现降低趋势;2)地上植物N/P化学计量学特征在整个退化演替过程没有明显的差异。说明高寒矮嵩草群落退化改变了土壤中全量及速效N、P的积累和分解速率,打破了土壤系统养分平衡模式,但并没有明显改变植物地上部分整体的N/P化学计量学特征,因此在退化演替过程中植物N/P比为草地退化诊断的惰性指标;土壤N/P化学计量学特征变化同草地退化演替过程具有较好的同步性,其对草地退化演替的敏感性较高,有可能成为未来草地退化诊断的生态指示指标。     

高寒矮嵩草草甸退化过程土壤碳氮储量及C/N化学计量学特征

以空间尺度代替时间尺度对青藏高原高寒矮嵩草草甸退化演替系列土壤表层有机碳和全氮储量及碳/氮比化学计量学特征进行了分析。结果表明:随退化程度的加深,高寒矮嵩草草甸退化演替系列0～10cm、10～20cm和0～20cm土壤有机碳储量变化趋势呈倒"V"字型,最高值出现在小嵩草草甸草毡表层开裂期,最低值出现在小嵩草草甸草毡表层剥蚀期;0～10cm、0～20cm土壤全氮储量变化特征与对应层次有机碳储量特征变化相同,而10～20cm土壤全氮储量变化趋势较有机碳滞后,最高值出现在小嵩草草甸草毡表层加厚期,最低值出现在黑土滩-杂类草次生裸地。土壤碳/氮比化学计量学变化趋势亦呈倒"V"字型,其中0～10cm、10～20cm最高值出现在正常小嵩草草甸,0～20cm最高值出现在矮嵩草草甸,各土壤层次碳/氮比最低值均出现在小嵩草草甸草毡表层开裂期。高寒矮嵩草草甸退化演替系列有机碳、全氮储量同碳/氮比分异特征表明,土壤碳/氮比化学计量学特征对草地退化的响应较储量特征敏感,其拐点正常小嵩草草甸是草地碳积累速率最高点,小嵩草草甸草毡表层开裂期是碳源汇转换拐点。     

青藏高原高寒栽培草地植物在光照变化和增温影响下矿物元素蓄积分异性初探

为了解释高寒草地植物中矿物元素蓄积分异性发生机理,采用盆栽垂穗披碱草和青海冷地早熟禾等高寒草地植物,通过遮阴和增温等处理,试验样品的采集分析,结果表明：遮阴组和增温的对照组草地植物中矿物元素具有蓄积分异性,高寒草地植物体内矿物元素营养的蓄积增加是草地植物对生长环境变化的响应与适应,而生物矿物元素饥饿效应可能是生物矿物元素蓄积分异行为发生的内动力之一。     

大兴安岭几种典型林分林冠层降水分配研究

对大兴安岭7种典型林分林冠层降水分配进行了研究,结果表明,2007年5-9月,大气总降水量为236.62 mm,平均每次降雨量11.27 mm;随着降雨量的增加,穿透雨量、茎流量和林冠截留量都增加,林冠截留率降低;7种林分穿透雨量分别为151.48 mm,156.16 mm,141.40 mm,162.11 mm,182.35 mm,148.69 mm,156.29mm,分别占林外降雨总量的64.02%,66.0%,59.76%,68.51%,77.06%,62.84%,66.05%;7种林分单株树干茎流量分别为4.99 mm,2.45 mm,0.82 mm,1.28 mm,3.30 mm,2.94 mm,1.67 mm,分别占降雨总量的2.11%,1.04%,0.35%,0.54%,1.39%,1.24%,0.71%;以线性回归方程来拟合穿透雨(y)和林外降雨(x)之间的关系最好;树干茎流与林外降雨的关系用线性回归方程拟合较好,但是树干径流与林外降雨之间关系不如穿透雨与林外降雨之间关系紧密;林冠截留量与降雨量之间存在紧密的正相关关系.     

高寒草甸非生长季土壤表层水汽传输阻抗的变化特征和水热驱动

土壤表层水汽传输阻抗是估算区域蒸散的关键参数之一,但其与土壤水热参数的数量关系的研究在高寒系统中十分薄弱。利用涡度相关系统观测的2014/2015年度高寒草甸非植被生长季(11月-翌年4月)的土壤蒸发数据,基于Penman-Monteith方程反推得出非生长季土壤表层阻抗的昼(9:00-18:00)变化特征,并研究其与土壤5cm温度和土壤5cm含水量的关系。结果表明,非生长季土壤表层阻抗表现出单峰型日变化特征,其最大值一般出现在15:00前后。逐时土壤表层阻抗与土壤5cm温度呈极显著幂函数阈值关系(R2=0.38,P0.01,N=115),即土壤温度为–4.25℃时土壤表层阻抗最大;与土壤5cm含水量呈极显著指数负相关(R2=0.12,P0.01,N=115)。非生长季逐日土壤表层阻抗的变化无明显季节规律,与土壤5cm温度(R2=0.69,P0.01,N=10)和土壤5cm含水量(R2=0.27,P0.01,N=10)均表现为极显著指数负相关。相关分析表明,非生长季土壤蒸发主要受太阳总辐射(R20.50,P0.01)的控制。研究结果表明土壤温度而非土壤含水量主导着高寒草甸非生长季土壤表层阻抗的变化。