牧压梯度下青藏高原高寒杂草类草甸生态系统呼吸和碳汇强度估算

于2010年5月-2011年12月在祁连山北坡夏季牧场的高寒杂草类草甸进行生物量监测,并利用密闭箱-气相色谱法进行土壤呼吸观测,以探讨不同牧压梯度下生态系统呼吸、土壤呼吸及碳汇强度的变化.结果表明,(1)生态系统和土壤呼吸速率与5cm日均地温具有极显著的指数关系(P＜0.01),轻牧、中牧和重牧条件下生态系统呼吸对温度的敏感性系数(Q10)分别为4.28、4.16和4.43,土壤呼吸的Q10分别为3.33、3.24和3.44;(2)生态系统呼吸和土壤呼吸均表现出冬季低,夏季高.轻牧、中牧和重牧梯度下生态系统年呼吸碳量分别为854.64、909.79和811.70g·m-2·a-1,而土壤呼吸碳量分别为564.24、606.92和534.56g·m-2·a-1.各牧压梯度下生态系统和土壤的年总释放碳量均无显著差异;(3)随着放牧强度增大,净初级生产碳量(分别为766.65、707.75和570.36g·m-2·a-1)和生态系统碳汇能力(分别为351.93、261.68和177.46g·m-2·a-1)逐渐减弱,但均表现为强碳汇区.研究结果可为了解青藏高原高寒杂草类草甸碳循环特征提供依据.     

青藏高原草地地下生物量与环境因子的关系

青藏高原草地生物量大部分分布于地下,地下生物量在其碳循环研究中起着重要的作用.基于大规模野外样地调查数据,分析比较了青藏高原南北和东西样带上草地地下生物量与环境因子的相关关系,探讨了环境因子对地下生物量控制作用的区域差异.研究结果表明:对于所有采样点而言,青藏高原草地地下生物量的环境控制因素主要有土壤含水量、表层土壤有机碳和全氮含量.通过比较南北和东西样带研究结果发现,草地地下生物量与土壤含水量、土壤表层有机碳和全氮含量相关的显著性水平,在东西样带上明显高于南北样带.同时,东西样带上草地地下生物量与降水量有显著正相关关系,这种关系在南北样带上不显著,表明水分对东西样带草地地下生物量的控制作用较强.气温与南北样带草地地下生物量呈显著负相关,但与东西样带草地地下生物量相关不显著,由此说明环境因子对青藏高原草地地下生物量的控制存在显著区域差异.     

青藏高原高寒草甸植被特征与温度、水分因子关系

以广布于青藏高原的高寒草甸为研究对象,进行模拟增温实验,探讨高寒草甸植被特征与温度、水分因子关系,并试图论证高寒草甸植被是否符合生物多样性代谢理论.结果表明:①高寒草甸植被物种多样性的对数与绝对温度的倒数呈显著线性递减关系,空气-地表-浅层土壤(0-20 cm)温度(R2 ＞0.6,P＜0.01)较深层土壤(40-100 cm)温度(R2＜0.5,P＜0.05)对物种多样性影响大;其植被新陈代谢平均活化能为0.998-1.85 eV,高于生物多样性代谢理论预测值0.6-0.7 eV,这是高寒草甸植被对长期低温环境适应进化的结果.②除趋势对应分析和冗余分析显示,温度对植被地上部分影响较大,而土壤水分对全株影响均较大,适当的增温与降水均可极显著促进高寒草甸植被生长.③逐步回归和通径分析显示,40 cm、60 cm深度土壤水分对植被地上部分产生直接影响,20 cm高度空气相对湿度和40 cm深度土壤温度对其产生间接影响;40 cm深度土壤温度和60 cm深度土壤水分对植被地下部分产生直接影响,红外地表温度对其产生间接影响.深层土壤温度和水分对高寒草甸植被具有影响作用,这可能与增温后冻土的融化有关,但其机理尚待进一步研究.     

放牧强度对夏季高寒草甸生物量和植被结构的影响

讨论了放牧强度对高寒草甸夏季草地上生物量和植被结构的影响。结果表明 :轻牧组、中牧组及重牧组各放牧强度对草地优良牧草所占比例影响较大 ,其中 :禾本科牧草分别提高 2 0 .5 %、6.5 % ,减少1 3.5 % ;莎草科牧草分别提高 2 0 .3%、1 0 .4% ,减少 7.7% ;杂类草分别减少 2 0 .5 %、6.5 % ,提高 1 3.5 %。再从草地盖度看 ,优良牧草 (禾草 +莎草 )在轻牧组提高 1 .4% ,中牧和重牧组分别减少 2 .2 %和 6.4% ;杂类草盖度在轻牧和中牧组分别减少 2 1 .3%和 7.2 % ,而在重牧组则提高 3.2 %。     

草甸植物群落的发生学基础

各类草甸有不同的形成途径和流水作业发状况及其决定因素，但都表现出对地带性气候的依赖性，不论是低地草甸，山地草甸，还是高寒草甸，其植物群落发生的基本因素是充足的水分条件，草甸植物群落所具有的明显的低地，山地，亚高山，高山等地形和所反映的各种类型草甸土的湿润土壤，正是其群落发生的立地条件，并且是个重要因素，多年生中生草本植物的聚集是草甸群落发生的内在因素，同时在草甸的发生与发展及生态关系中居核心地位，因此，水分条件，地形土壤条件，多年生中生草本植物是草甸植物群落发生的基础。     

高寒草甸冷季牧场不同休牧期对土壤种子库的影响

为明晰青藏高原高寒草甸冷季牧场的适宜休牧期,在东祁连山天祝高寒草甸设置了土壤解冻临界期—牧草枯黄期(RP1)、土壤解冻后期—牧草枯黄期(RP2)、牧草返青初期—牧草枯黄期(RP3)、牧草返青后期—牧草枯黄期(RP4)和当地传统休牧(优势牧草高5 cm—牧草枯黄期)(RP5)5个休牧期,研究了土壤种子库的物种组成、密度、多样性及其与地上植被的关系。结果表明：供试土壤种子库中共萌发27种植物,分属12科23属;5个休牧期土壤种子库密度表现为RP1(2 136.67粒·m^-2)>RP2(1 983.33粒·m^-2)>RP3(1 576.67粒·m^-2)>RP4(1 220粒·m^-2)>RP5(863.33粒·m^-2);香农-威纳指数和辛普森多样性指数在RP1休牧土壤种子库中较高,Pielou均匀度指数在RP5中最高;5个休牧期土壤种子库与地上植被的Sorensen相似性指数在0.38～0.49,其中RP1休牧与地上植被的相似性最高。综上,土壤解冻临界期—牧草枯黄期休牧更有利于土壤储备植物种子,增加草地的抗干扰能力。     

不同养分添加对高寒植物功能性状的影响

为研究不同养分添加下高寒植物功能性状的变化情况,预测大气氮、磷沉降加剧背景下植物功能性状的演变趋势,本试验分析了高低浓度梯度氮、磷养分添加对青海省门源县典型高寒草甸10种常见物种功能性状的影响。结果表明:氮单独添加和氮、磷交互作用对所测6种功能性状均无显著影响;磷单独添加和高磷单独添加分别对比叶面积、叶干物质含量影响显著(P<0.05),对其余功能性状无显著影响;氮、磷混合添加显著影响了除地上生物量外5种功能性状(P<0.05);大部分物种对氮、磷单独添加不敏感,氮、磷混合添加对除甘肃棘豆(Oxytropis kansuensis)和美丽风毛菊(Saussurea pulchra)外的8种植物多种功能性状影响显著(P<0.05)。本研究表明大气氮、磷沉降持续加剧可能会使高寒植物高度增加、叶片变大变薄,茎密度减小,地上生物量变化不明显或仅略微增加。     

基于STARFM的草地地上生物量遥感估测研究——以甘肃省夏河县桑科草原为例

遥感数据具有实时、动态、大范围等特点,在草地资源监测与管理研究中获得了广泛应用。然而,单一的遥感植被指数无法同时满足草地地上生物量观测中时空分辨率的需求。因此,本研究基于时间序列Landsat NDVI和MODIS NDVI数据,结合时空融合算法（spatial and temporal adaptive reflectance fusion model, STARFM）,生成了2000-2016年高时空分辨率的植被指数数据集（NDVI_STARFM,时间分辨率为16 d,空间分辨率为30 m）,并基于2013-2016年地面实测草地地上生物量数据,构建了夏河县桑科草原高寒草地地上生物量遥感反演模型,分析了2000-2016年研究区草地地上生物量生长状况和变化趋势。结果表明：1）基于NDVI_STARFM的最优估测模型为乘幂模型,其R²为0.58,均方根误差（root mean square error, RMSE）为795.62 kg·hm^-2,模型的表现能力次于Landsat NDVI最优估测模型（R²=0.76,RMSE=634.83 kg·hm^-2）,而优于MODIS NDVI最优估测模型（R²=0.24,RMSE=937.79 kg·hm^-2）;2）基于NDVI_STARFM最优估测模型对各样区草地地上生物量总产的估测精度优于MODIS NDVI而次于Landsat NDVI,总体精度达84.05%;3）2000-2016年来,夏河县研究区草地地上生物量总体呈现增加趋势,其中90%左右的区域年增量大于30 kg·hm^-2,草地地上生物量呈现减少趋势的区域仅占2.30%。     

青藏高原东北边缘云杉-冷杉林火烧迹地不同坡向植物群落结构与多样性研究

采用野外调查与植物群落相似性分析,研究了青藏高原东北边缘云杉-冷杉林火烧迹地不同坡向植物群落组成和物种多样性特点,结果表明：经过火后15年恢复,云杉-冷杉火烧迹地有草本植物22科40属46种,其中优势科有菊科,种类数最多（11种）,其次为毛茛科6种,伞形科4种,蓼科3种,茜草科、龙胆科、蔷薇科和忍冬科各2种;在草地北坡、西北坡、东北坡和东坡分别分布着高山冷蕨+密生薹草+总状橐吾群落、密生薹草+高山冷蕨+野草莓群落、密生薹草+野草莓+箭竹群落和密生薹草+野草莓+总状橐吾群落;北坡的Margarlef丰富度指数和Shannon-Wiener多样性指数最高,东坡的Simpson优势度指数最高,而4个坡向草地的Pielou均匀度指数差异不显著;不同坡向植物群落存在一定的梯度格局,但是彼此分布之间存在一定的差异。通过研究分析可以得出：随着坡向由阴坡（北坡）到半阳坡（东坡）的变化,植被盖度逐渐减小;北坡的Margarlef丰富度指数和Shannon-Wiener多样性指数均最大,其次是西北坡和东北坡,而东坡的最小;不同坡向植被类型分异现象较弱,植物群落存在相似性。     

雾灵山亚高山草甸植物群落特征研究

通过对雾灵山亚高山草甸植物群落基本特征的研究发现，在调查所涉及的69种植物中，大叶章、便质早熟禾、地榆、藁本、双花堇菜、红叶藁木、银莲花、披针叶苔草以及细叶苔草等植物的重要值较高，在群落中占据明显优势；群落的Simpson指数为11．75；Shannon-Wiener指数为4．19；PIE指数为0．91。以这3个指数为基础的群落均匀度指数分别为0．17，0．69，0．93。从总体来看，群落的生态优势度指标偏高，而物种多样性指数偏低。