增温和增氮及其交互作用对藏北高寒草甸植物群落结构与物种多样性的影响

为探讨气候变暖和区域性氮沉降增加对青藏高原高寒草甸植物群落特征的影响,选择西藏自治区那曲市典型高寒草甸为研究对象,于2014年5月设置对照(CK)、增温(W)、增氮(N)、增温增氮(WN)4个处理,并在2017年和2018年观测了不同功能群植物地上生物量、高度、盖度和物种多样性指数等群落特征对增温增氮及其交互作用的响应,为当地高寒草地畜牧业发展提供有力依据。结果表明:(1)各处理均使群落总生物量显著增加(P0.05);(2)在增温处理下,禾本科高度显著增加,增温、增氮处理下,杂草高度显著增加;增氮处理下,莎草科盖度显著增加,增温增氮处理下,豆科盖度显著增加(P0.05);(3)2018年增温增氮处理下Simpson指数和莎草科物种丰富度显著降低,增氮处理下莎草科物种丰富度显著增加(P0.05);(4)相关分析表明,豆科物种生物量与土壤含水量呈显著负相关。综上所述,高寒草甸在未来气温和氮沉降增加趋势下,总生物量显著增加,物种多样性降低。     

放牧管理对藏北高寒沼泽草甸群落结构的影响

采用样带法研究了冬季放牧、冬春季放牧和全年放牧3种放牧管理模式对西藏高寒沼泽草甸高度、盖度、地上生物量及群落结构的影响.研究表明,3种放牧管理模式下的高寒沼泽草甸植被群落物种数差异不显著（p〉0.05）,高度、盖度和地上生物量差异显著（p〈0.05）。冬季放牧、冬春季放牧和全年放牧沼泽草甸地上生物量依次降低。放牧管理对沼泽草甸群落多样性影响较大,不同放牧管理模式下的沼泽草甸Shannon-Wiener指数差异显著（p〈0.05）,冬春放牧沼泽草甸Shannon-Wiener指数较冬季放牧和全年放牧沼泽草甸低。冬季放牧和全年放牧沼泽草甸Margalef指数和Pielou指数差异不显著,显著（p〈0.05）高于冬春季放牧沼泽草甸。     

刈割时间对典型草原建群植物大针茅种群特征的影响

通过测定不同刈割时间处理(不刈割、8月1日刈割、8月16日刈割、8月31日刈割)下锡林郭勒盟典型草原大针茅(Stipa grandis)种群地上生物量和高度、密度、盖度、分枝数、每枝叶片数等5种个体性状以及大针茅种群粗蛋白含量、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维等营养物质含量之间的差异性及各项指标之间的相关性,为探究不同的刈割时间对锡林郭勒盟典型草原建群植物大针茅种群特征的影响提供理论依据,也为草地生态系统的合理利用提供技术支持。结果表明:不同时间刈割对典型草原大针茅种群特征有显著的影响。与不刈割对照相比,8月16日刈割处理大针茅种群的密度和盖度均达到最大值,分别为45.28%和16.64%;8月1日刈割处理大针茅种群的株高、分枝数、每枝叶片数等个体性状,生物量及营养物质含量均达到最大值;大针茅种群的生物量与植株高度、分枝数之间存在极显著的正相关关系(r~2=0.5130、P0.0001;r~2=0.9075、P0.0001),与盖度之间存在显著的正相关关系(r~2=0.3498、P0.05);大针茅的高度、分枝数、密度、盖度之间具有相互影响的内在关联性(P0.05)。     

藏北高寒草地地下生物量特征及其与土壤水分的关系

植物地下生物量是高寒生态系统重要的碳库,可以反映植物对极端环境的适应特征。以高寒草原、高寒草甸草原和高寒草甸3种主要草地类型为对象,对比分析了非生长季和生长季的地下生物量,探究不同类型的高寒草地地下生物量分配机制及其动态变化过程。结果表明:(1)3种草地地下生物量的空间分布在生长季和非生长季均呈现"T"字型分布。在这两个时期,3种草地0~10 cm的生物量占总地下生物量的比例均表现为:高寒草原(91.20%,94.72%)高寒草甸草原(83.17%,92.07%)高寒草甸(67.04%,68.38%),且其比例在生长季均有增加;(2)两个时期高寒草甸地下生物量均最高(1 620.39±71.09)g·m~(-2),(3 950.08±291.46)g·m~(-2),非生长季高寒草原最低(136.24±9.14)g·m~(-2),生长季高寒草甸草原最低(133.97±6.93)g·m~(-2);高寒草甸和高寒草原地下生物量在生长季都有显著增加,而高寒草甸草原显著减少;(3)地下生物量与土壤含水量有显著的正相关关系,在同样的温度条件下,土壤含水量是地下生物量的重要影响因子;而生长季是藏北地区降水比较集中的时期,土壤表层水分的增加促使根系向表层生长。     

藏北高原高寒草甸生态系统呼吸对增温的响应

生态系统呼吸(ER)作为生态系统最大的碳通量途径之一,其微小的波动都会引起大气中二氧化碳浓度的显著变化。本研究利用开顶箱(OTCs)式装置在藏北高原高寒草甸生态系统设置不同增温梯度实验,模拟未来增温2℃(T1)和增温4℃(T2)情景,探究增温对生态系统呼吸(ER)的影响。研究结果表明:(1)在2015整个生长季及生长季前期,模拟未来增温2℃和4℃均显著降低了ER(2015年整个生长季T1减少了ER为34%,T2减少了ER为31%;生长季前期T1减少了ER为35%,T2减少了ER为36%),但在生长季后期,模拟未来实验增温2℃显著降低ER(T1减少了34%),而模拟未来实验增温4℃没有显著改变ER;(2)回归分析结果表明,在整个2015年生长季及生长季前期,土壤水分是决定生态系统呼吸(ER)的关键因素,而生长季后期ER主要受土壤温度影响,因此在半干旱的高寒草甸生态系统中,土壤水分和土壤温度二者共同调节生态系统呼吸(ER)。研究结果表明,在干旱的生长季,未来增温可能会抑制高寒草甸生态系统的碳排放。     

多梯度增温对青藏高原高寒草甸温室气体通量的影响

高寒草甸是青藏高原重要的草地类型之一。目前增温对高寒草甸温室气体通量影响的研究较少,尤其在不同尺度的增温条件下,温室气体通量的响应尚不明确。因此,设置多梯度增温实验,模拟未来不同幅度增幅情况,对预测高寒草甸温室气体通量的变化具有重要意义。为深入地认识气候变暖对高寒草甸温室气体通量的影响,假设高寒草甸温室气体通量的周转速率在增温条件下随增温梯度而加快。在青藏高原纳木错地区高寒草甸,采用开顶箱法(Open-top chambers,OTCs)设置对照(T0,不增温)以及4个不同程度的增温处理(T1、T2、T3、T4,分别增温1、2、3、4℃),结合静态箱-气相色谱法对增温处理后的CO_2、CH_4和N_2O通量进行同步观测。对3个生长季(2013—2015年)进行连续观测发现:(1)地下5 cm土壤3年的平均温度相对于对照处理分别增加1.73℃(T1)、1.83℃(T2)、3.03℃(T3)和3.53℃(T4);(2)高寒草甸生长季平均呼吸(CO_2)为(42.6±9.11)mg·m~(-2)·h~(-1),同时具有较强的CH_4吸收能力,达到(-47.96±8.76)μg·m~(-2)·h~(-1),其N_2O通量维持在较低水平,为(0.3±0.46)μg·m~(-2)·h~(-1);(3)在高寒草甸生长季,温室气体通量与温度以及水分均具有显著的相关关系,但增温未能显著改变生长季温室气体平均通量。以上结果表明,增温所引起的其他环境因素的改变(如伴随不同梯度增温下土壤水分变化的不确定性),导致高寒草甸在短期内进行内部调节,并维持温室气体通量稳定。     

狼毒对西藏高原高寒草甸退化的指示作用

局部草甸退化是西藏高原面临的主要生态问题,狼毒在高寒退化草甸中的入侵、扩散也日益严重,已经成为退化草甸中主要的毒杂草之一.为了解狼毒对高寒草甸退化程度的指示作用,在西藏当雄县草原站选择3处不同退化程度的高寒草甸群落,调查植物群落组成,并测定各群落表层土壤的理化指标.结果显示:随着狼毒分布增加,草甸呈逐步退化的态势,一方面,草甸群落的优势物种组成从以牧草为主转变为以毒杂草为主,狼毒盖度、地上生物量及重要值逐渐增加,而禾本科、莎草科等优良牧草的盖度、地上生物量以及重要值逐渐降低;另一方面,草甸表层土壤表现出贫瘠化的趋势,土壤有机质、全氮含量、土壤含水量均显著降低,无机氮(硝态氮、氨态氮)也呈降低的趋势,而pH值、土壤容重则呈增加趋势.狼毒盖度及地上生物量与牧草地上生物量、土壤全氮、有机碳及土壤含水量呈显著的负相关(P0.05),而与土壤容重和pH值呈极显著正相关(P0.01).因此,较易测定的狼毒盖度及地上生物量能较好地指示当雄草原化草甸的退化程度,可作为判定草甸退化程度的指标.     

碳、氮添加对高寒草甸植物群落物种多样性和生物量的影响

氮素对青藏高原高寒草甸植物群落结构和生物量的影响尚存争议,而外源碳对青藏高寒草甸植物群落结构和生物量的影响鲜见。该研究在西藏那曲封育草甸开展为期4年的多梯度碳(蔗糖)、氮(尿素)添加试验,探究碳、氮添加对高寒草甸植物群落物种多样性特征、生物量以及群落物种多样性指数与生物量之间的相关关系。结果表明,(1)碳×氮交互作用对高寒草甸植物群落地上生物量有显著增加的作用(P0.05),与对照4年地上部分植物生物量总和(549.1 g·m~(-2))相比,在N100 kg·hm~(-2)、C60kg·hm~(-2)、C120 kg·hm~(-2)添加处理下,4年地上部分植物生物量总和增加到了747.5、692.6、730.4g·m~(-2)。其中N100 kg·hm~(-2)、C60kg·hm~(-2)×N 50 kg·hm~(-2)×C 60 kg·hm~(-2)×N100 kg·hm~(-2)、C 60 kg·hm~(-2)×N 100kg·hm~(-2)和C 120kg·hm~(-2)×N 100 kg·hm~(-2)添加处理对高寒草甸植物群落地上生物量的影响不显著。(2)4年碳、氮添加研究结果显示,碳、氮分别添加以及碳氮交互作用对高寒草甸植物群落物种多样性没有显著影响。(3)地上植物群落生物量与群落物种多样性指数之间从2011到2014年均没有显著的相关关系。4年地上部分植物生物量总和与4年总体植物群落物种多样性指数之间有显著的负相关关系(P0.01),但相关性较为微弱(r~2=0.159)。     

川西北高寒沙化草地治理恢复过程中CO_2通量变化

川西北高寒草地生态地位突出但沙化严重,为了解其在沙化治理恢复中的碳通量变化机制,于2016年草地生长季节(7-9月)在红原县沙化草地治理恢复区分别选择恢复初期、恢复中期、恢复后期、未恢复治理4类沙化草地,利用仪器LI-8100测定CO2通量,并分析影响碳通量变化的因素.结果表明,随着治理恢复程度的加深,沙化草地碳汇功能逐渐增强,恢复初期、中期、后期样地在生长季净生态系统CO2交换量(NEE)分别为-1.61、-3.55、-4.38μmol m-2s-1,恢复初期到中期碳通量变化最为剧烈,提高了约120.50%.恢复治理也使沙化草地生态系统呼吸(ER)和土壤呼吸(SR)加强(P0.05).7月中下旬,各恢复梯度样地NEE、ER和SR分别达到峰值,之后随生长季延长,各指标均接近零.生长季7-9月期间,对照样地碳通量日动态变化平缓,均表现为全天排放;在各恢复治理阶段沙化草地中,碳通量日动态均呈单峰型格局,且随着沙化恢复的进程,日动态峰值绝对值显著升高(P0.05),表现出更强的碳汇能力.回归分析表明,碳通量与植被盖度、地上生物量、土壤0-5 cm含水量达到极显著正相关(P0.01),与0-5 cm土壤温度相关性较弱,表明在川西北高寒沙化恢复草地生长旺季,与0-5 cm土壤温度相比,0-5 cm土壤含水量对碳通量的影响更大.综上所述,沙化治理显著提高了川西北高寒沙化草地生长季的固碳能力,且在恢复中期,受植被恢复和表层土壤(0-5 cm)含水量状况改善的影响,固碳能力显著提升.     

藏北高原高寒草甸光能利用效率对增温增水的响应

量化植被光能利用效率对增温增水的响应是全球碳循环研究的重要组成部分。为了探讨藏北高原高寒草甸光能利用效率对气候变暖和降水增多的响应,2014年6月在藏北高原高寒草甸布设了1个增温增水实验平台,采用了完整的两因子(增温和增水)实验设计,每个因子设置3个处理水平(不处理、低幅度和高幅度处理),共9个处理组合。设置40 cm和80 cm的开顶式生长箱实现两个幅度的实验增温(分别增加了0.34℃和1.11℃的日最低空气温度),低幅度和高幅度增水处理分别增加了15%和30%的降水。基于中分辨率成像光谱仪的植被光能利用效率算法,利用观测的饱和水汽压差和日最低空气温度模拟了2014—2016年生长季节(6—9月)植被的光能利用效率。结果表明,增温对日最低空气温度(F=39.10,P=0.000)、饱和水汽压差(F=47.45,P=0.000)和光能利用效率(F=4.20,P=0.032)都有显著影响,而增水对饱和水汽压差(F=5.72,P=0.012)有显著影响。增温引起的光能利用效率的变化与增温幅度表现为二次曲线关系,与增温引起的饱和水汽压差的变化量表现为负相关关系。增水处理对光能利用效率无显著影响,且增水引起的光能利用效率的变化与增水引起的饱和水汽压差的变化量呈负相关关系。因此,降水增多可能对藏北高原高寒草甸的光能利用效率无显著影响,而光能利用效率随着增温幅度的变化而变化。     

模拟增温和中度放牧对青藏高原东部高寒草甸生态系统净碳交换及组分的影响

青藏高原高寒生态系统碳循环对气候变暖和放牧等的响应依然存在很大不确定性.采用开顶式温室模拟增温,采用刈割和牲畜粪便归还相结合的方法模拟中度放牧,研究气候变暖和中等强度放牧对青藏高原东部高寒草甸生态系统碳交换、生态系统光合、生态系统呼吸与土壤呼吸的影响.结果显示:模拟气候变暖和中度放牧显著改变青藏高原东部高寒草甸生态系统净碳交换及其组分,并且生态系统碳循环的响应随时间呈现不同的变化.增温显著提高净生态系统碳交换和生态系统光合,增加生态系统净碳固定;中度放牧降低生态系统呼吸和土壤呼吸,而对生态系统净碳交换、生态系统光合的影响存在明显季节动态变化,即在处理初期(8月上旬)明显降低,而后逐渐上升,在生长季后期、末期(9月中下旬-10月份)显著高于对照;增温和中度放牧未表现明显的交互作用,增温+放牧处理增加了季节性平均净生态系统碳交换和生态系统光合,但没有显著影响季节平均生态系统呼吸.增温和中度放牧的交互作用对碳交换的影响存在时间尺度上的变化.本研究表明,在未来气候变暖和中等强度放牧的背景下,青藏高原东部高寒草甸碳汇功能有可能增强.     

刈割对南方草地植物补偿性生长的影响——以渝东北部岐山草场为例

在全球气候变暖的背景下,碳排放权成为制约我国经济发展的基础.我国草地是个巨大的碳库,但大部分草地并未得到合理利用,未能充分发挥其固碳潜力.因此,探讨合理的草地利用管理方式以提高其碳汇功能,是为我国争取更多碳排放权的有效途径.以重庆云阳岐山草场为研究对象,进行野外刈割梯度试验(留茬高度6 cm、9 cm、12cm),探讨刈割对草地补偿生长的影响.基于一个生长季的研究发现:(1)在轻度和重度刈割处理下,群落地上部分实现了超补偿(P0.01),而在中度刈割处理下实现了等补偿(P0.05).(2)不同功能群物种对刈割的响应差异很大.轻度、中度和重度刈割处理下,禾草类的地上生物量(AB)分别提高了20%、18%和27%,地上部分碳储量(AC)分别提高了21%、19%和25%,普遍实现了超补偿(P0.01),这主要与其优势物种鸭茅和黑麦草的超补偿有关;杂类草的AB分别提高了72%、45%和22%,AC分别提高了71%、46%和22%,也普遍实现了超补偿(P0.01);而菊科的AB分别降低了61%、69%和51%,AC分别降低了61%、70%和51%,普遍实现了不足补偿(P0.01);轻度和中度刈割使豆科AB分别提高了22%和22%,AC分别提高了20%和23%,都实现了超补偿(P0.01).(3)轻度、中度和重度刈割导致群落根系生物量(RB)下降了9%、10%和19%,根系碳储量(RC)下降了13%、11%和20%,发生不足补偿(P0.01),这主要与在刈割处理下鸭茅和牛尾蒿RB和RC的减少有关.(4)刈割对群落地上部分和根系的总碳储量影响不显著(P0.05),但对优势物种总生物量(TB)和总碳储量(TC)的影响差异很大.在轻度、中度和重度刈割下,黑麦草的TB分别增加了24%、28%和82%,TC分别增加了22%、32%和93%,实现了超补偿(P0.01),而菊科优势物种牛尾蒿的TB却分别减少了83%、83%和78%,TC分别减少了83%、84%和78%,普遍了不足补偿(P0.01).(5)刈割对生态系统碳交换过程(NEE,GEP,ER)的影响较小,表明短期内刈割对草地的固碳无影响.本文研究结果表明,短期内轻度刈割能促进草地产量的提高,但对草地的固碳能力无影响;而在刈割管理下,适当补播黑麦草有利于提高我国南方草地的固碳潜力.     

藏北高原不同海拔高寒草甸群落地上部分碳氮含量对模拟增温的响应

气候变暖影响着高寒植物的生长及其碳含量和氮含量。为了探讨藏北高原高寒草甸群落地上部分碳含量和氮含量对气候变暖的响应,2008年7月在西藏当雄县草原站沿着海拔梯度(即4 300、4 500和4 700 m)布设了一个模拟增温实验(增温方法采用开顶式生长室,开口和底部直径分别为1.00和1.45 m,高度为0.40 m)。通过统计分析三海拔高度上的高寒草甸的2011年7月和2012年7月的群落地上部分碳含量、氮含量和碳氮比,探讨了藏北高原高寒草甸群落地上部分碳含量、氮含量和碳氮比对模拟增温的响应。结果表明,模拟增温显著降低了海拔4 300 m 2011年7月10.5%(2.43 g·kg-1)的氮含量(F=14.95,P=0.018),显著增加了海拔4 300 m 2011年7月12.1%(2.27)的碳氮比(F=22.67,P=0.009);显著增加了海拔4 700 m 2012年7月16.3%(4.44 g·kg-1)的氮含量(F=17.03,P=0.015),显著降低了海拔4 700 m 2012年7月8.6%(1.24)的碳氮比(F=12.60,P=0.024);对三海拔2011年7月(4 300 m:F=0.89,P=0.400;4 500 m:F=0.28,P=0.627;4 700 m:F=2.65,P=0.179)和2012年7月(4 300 m:F=0.000 4,P=0.985;4 500 m:F=4.21,P=0.109;4 700 m:F=2.40,P=0.196)的碳含量都无显著影响;对海拔4 300 m 2012年7月(氮含量:F=0.13,P=0.736;碳氮比:F=0.10,P=0.764)、4 500 m 2011年7月(氮含量:F=0.01,P=0.912;碳氮比:F=0.12,P=0.750)和2012年7月(氮含量:F=0.48,P=0.525;碳氮比:F=0.004,P=0.951)以及4 700 m 2011年7月(氮含量:F=0.78,P=0.428;碳氮比:F=0.01,P=0.942)的氮含量和碳氮比都无显著影响。因此,模拟增温对高寒草甸群落地上部分碳含量、氮含量和碳氮比的影响随着海拔高度和观测年份发生变化。     

不同放牧强度对高寒草甸生态系统呼吸的早期影响

放牧是高寒草甸一种重要的利用方式,对土壤理化性质和植被会产生重要影响,研究放牧对高寒草甸生态系统呼吸的影响对估算碳交换和制定合理放牧政策具有重要意义.利用静态箱-气象色谱法,于2012年8月到2013年7月在青藏高原东缘高寒草甸对轻度、中度和重度3种放牧强度下的生态系统呼吸进行每月至少一次的连续观测,以估算高寒草甸生态系统呼吸,并探讨放牧强度对生态系统呼吸的作用.结果显示:轻度、中度和重度放牧条件下,年均生态系统呼吸(以C计)分别为226.33±62.30、213.63±53.22和215.15±53.19 mg m~(-2) h~(-1),三者之间无显著差异(P0.05);在生长季生态系统呼吸分别为367.97±47.86、324.62±44.95和348.37±43.10 mg m~(-2) h~(-1),在非生长季生态系统呼吸分别为105.81±22.13、96.55±14.69和110.61±16.89 mg m~(-2) h~(-1),在不同放牧强度下生态系统呼吸均表现出明显的季节特征,但在相同季节不同放牧强度间生态系统呼吸差异不显著;月累积降水量与生态系统呼吸呈显著正相关关系;该区域放牧地生态系统平均年累积呼吸为472.63 g m~(-2) h~(-1).本研究表明,在试验初期不同放牧强度对生态系统呼吸无显著作用.     

三江源国家公园不同草地土壤微生物功能基因的差异性分析

土壤微生物在陆地生物地球化学循环过程中起着非常重要的作用。为了探索青藏高原高寒草地类型地上植被特性和地下土壤环境与土壤微生物功能基因之间关系,以三江源国家公园高寒草原、高寒沼泽化草甸及高寒草甸3种典型草地类型为研究对象,利用基因芯片(GeoChip 5.0)技术测定其微生物功能基因丰度,并分析它们之间的差异及影响因素。结果表明:(1)3种草地类型地上群落结构和地下土壤环境存在差异性,其中高寒草原物种多样性指数、pH值较高,沼泽化草甸中土壤含水量、微生物量碳、地上生物量、土壤速效氮含量较高,高寒草甸中则是土壤微生物量氮含量较高;(2)3种高寒草地类型的碳循环、氮循环、磷循环、有机修复的土壤微生物功能基因丰度存在显著差异,其中这些功能基因的丰度在高寒沼泽化草甸最高,高寒草甸、高寒草原次之;(3)地上植物物种多样性虽对功能基因丰度变化的解释率(r2)在57.1%-61.2%之间,但统计学上不显著(P>0.05),而微生物基因丰度随地上生物量的增加而增加,且解释率(r2)为77.5%-80.0%(P<0.05)。在pH、土壤含水量、土壤微生物量等地下土壤环境因子中,pH对功能基因丰度存在显著影响(P<0.01)解释率在83.4%-87.5%间,且土壤微生物功能基因丰度随土壤pH的增加而降低;土壤含水量、土壤微生物量对土壤微生物功能基因丰度的解释率分别为81.9%-83.1%(P<0.05)和76.8%-86.2%(P<0.05),微生物功能基因丰度随这两者含量的增加呈上升趋势。进一步运用RDA分析发现,pH、土壤微生物量、地上生物量是影响微生物功能基因丰度的主要因子,其中土壤微生物量是土壤有机质的重要组成部分,土壤有机质又是通过地上植被凋落物沉积所得到的。因此,地上植被特性的自上而下控制因子影响了土壤环境中自下而上的控制因子,间接的影响了微生物功能基因丰度。由此得出,地上植被特性和地下土壤环境因子共同作用控制了微生物功能基因丰度使其出现差异性。     

藏北3种高寒草地植物根系碳氮磷密度的非生长季和生长季差异

根系碳(C)氮(N)磷(P)密度影响植物与土壤间碳氮磷养分的循环过程,从而影响生态系统的地球化学循环。以申扎县高寒草原、高寒草甸草原和高寒草甸3种草地为对象,探究非生长季(4月)和生长季(8月)3种高寒草地根系C、N、P密度的分布规律及其差异。结果表明,(1)3种草地根系C、N、P密度在两个时期均呈现"T"字型空间分布,即3种草地根系C、N、P密度均随着土壤深度的增加而降低,且整体上高寒草甸的养分密度显著高于其他两种草地。3种草地根系C、N、P密度范围分别为57.287—1 130.753、1.457—38.243、0.090—3.217 g·m~(-2)。(2)3种草地的C、N、P密度具有显著的季节差异。生长季,高寒草原总地下C、N密度显著高于非生长季,分别高出非生长季47.822%和60.910%,而总地下P密度无显著差异;而生长季高寒草甸草原总的和每层的地下C、N、P密度显著低于非生长季。高寒草甸总地下C、N、P密度表现为生长季高于非生长季。高寒草原和高寒草甸增加的养分密度集中在0—10 cm深度。高寒草甸、高寒草原及高寒草甸草原的物种组成不同,土壤养分含量差异及土壤水分状况的不同可能是导致3种草地根系养分密度差异的原因。本研究可以为高寒草地根系养分密度季节变化提供基础资料,进一步认识草地根系在养分循环中的作用提供理论支持。     

不同光环境下刈割对黑麦草补偿性生长及叶片氮含量的影响

补偿性生长(Compensatory growth)是植物对外界干扰的积极响应,其补偿能力与外界光环境密切相关,而刈割后造成草地冠层下光环境变化会对刈后植物的补偿性生长产生影响.为深入了解补偿性生长机制,通过设置自然光(Natural light,NL)、红光(Red light,RL)和遮荫(Shading,SH)3种光环境,模拟刈割后草地群落光环境变化,研究黑麦草(Lolium perenne)刈割两次后生物量累积、分配及叶片氮含量的变化,探讨其补偿性生长对光质和光强变化的响应.结果显示:(1)NL和RL下,刈割后黑麦草的累积地上生物量与未刈割处理相比分别增加了24.44%和14.06%,表现为超补偿生长,SH下刈割与未刈割处理并无显著差异,表现为等补偿生长;(2)刈割后黑麦草地下相对生长速率(RGR)仅RL表现为增加,而NL和SH均为降低,且SH在未刈割下已为负增长,说明RL下刈割后黑麦草地上部分的超补偿生长并未影响地下部分的生长,而NL和SH下地上部分发生补偿生长后均抑制了地下部分的生长;(3)光环境变化和刈割明显影响了黑麦草叶片中的氮含量,3种光环境中,刈割与不刈割下黑麦草叶片氮含量均为SH>NL>RL,而刈割处理显著增加了叶片氮含量,与未刈割相比分别增加了43.86%、21.58%和13.16%;(4)3种光环境下,刈割和不刈割黑麦草生物量分配与其叶片氮含量之间的相关性均达到了极显著水平(R2=0.84,P<0.001).本研究表明,黑麦草的补偿性生长与外部光环境密切相关,其补偿能力取决于刈后剩余叶片的光合效率;光质对刈后黑麦草生物量分配模式有重要影响,因此红光下地上部分的超补偿生长不以牺牲地下生长为代偿;叶片氮含量是影响植物补偿性生长的关键因素,黑麦草补偿性生长主要通过增加叶片氮含量来实现,而生物量分配则与叶片中氮含量的多少有关.     

极端干旱对荒漠草原群落物种多样性和地上生物量碳氮的影响

极端干旱及其对植物群落物种多样性的影响是气候变化及其影响评估的重要内容之一,而有关干旱荒漠草原区气候变化与植物群落多样性及其功能关系的研究鲜见报道。为明晰极端干旱对荒漠草原物种多样性和地上生物量的影响,利用野外极端干旱处理试验平台,研究了荒漠草原沙生针茅群落物种多样性和地上生物量及其碳、氮密度对极端干旱的响应特征。结果表明,极端干旱改变了荒漠草原沙生针茅(Stipa glareosa)群落的物种组成,进而使物种多样性发生变化。在8月份,生长季5-8月截雨66%和6-7月干旱60 d两种极端干旱处理都降低了群落的Shannon-Wiener指数和物种丰富度指数。两种极端干旱处理使地上现存生物量较对照降低了50%以上(P0.05)。生长季5-8月截雨66%干旱处理使凋落物生物量较对照降低了61%(P0.05),同时使凋落物生物量的碳氮密度显著低于对照。两种极端干旱处理使地上现存生物量的碳氮密度显著低于对照。因此,极端干旱不仅改变了荒漠草原群落的物种组成,而且改变了地上生物量,影响了植被碳氮密度,从而减弱荒漠草原植物群落地上部分的碳氮汇功能。     

模拟放牧强度与施肥对青藏高原高寒草甸群落特征和物种多样性的影响

通过为期6年的野外人工控制实验,研究了刈割和施肥对青藏高原高寒草甸群落特征、生产力水平和多样性水平的影响,以期为天然草场的合理利用提供科学依据。结果显示,(1)刈割后群落的物种组成发生了变化,与对照相比,中度和重度刈割区矮嵩草的重要值分别增加了13.28%和27.89%,同时一些适口性差的毒杂草的重要值也相对增加。(2)中度和重度刈割后,禾本科重要值由48.65%分别降至36.63%和40.15%,豆科重要值由2.78%分别增至7.49%和7.53%,杂草重要值由38.78%分别增至46.61%和44.34%;而施肥后,禾本科重要值由35.85%增至47.78%,豆科和杂草的重要值分别由8.18%和46.32%降至3.68%和40.17%。(3)中度和重度刈割后群落高度由19.62 cm分别降至7.58 cm和5.88 cm,而盖度由62.78%分别增至77.96%和75.04%,密度由644 ind·0.25 m~(-2)分别增至876 ind·0.25 m~(-2)和924 ind·0.25 m~(-2),生产力由104.63 g·0.25 m~(-2)分别增至117.62 g·0.25 m~(-2)和123.72 g·0.25 m~(-2);施肥使群落的高度、盖度以及生产力分别由8.47 cm、65.56%和88.86 g·0.25 m~(-2)增至13.58 cm、78.29%和141.79 g·0.25 m~(-2)。(4)群落物种多样性在施肥后均显著降低,而在刈割后均显著增加,且丰富度指数和Simpson指数均在中度刈割后达最大值。(5)刈割使群落生产力与物种多样性表现出微弱正相关或不相关,而施肥使生产力与物种多样性表现出显著负相关或微弱负相关。刈割导致一些优良牧草的优势地位大大降低,同时也导致适口性差的杂草的优势地位升高;而施肥则有利于优势物种的生长,且在一定程度上抑制了杂草的生长。该结果支持中度干扰假说,并暗示物种多样性与生产力的关系可能是多变的,且这种关系取决于群落所受扰动因素的类型和强度。总之,在高寒草甸的管理过程中,放牧强度和营养添加应控制在合适的范围,以达到保护物种多样性和合理利用的双重目的。     

海拔对藏北高寒草地物种多样性和生物量的影响

高寒草地是青藏高原生态系统的主体,高寒草地物种多样性和生物量沿海拔梯度的空间分布格局在气候变化及人为干扰的双重影响下已发生重大变化。为明晰海拔对物种多样性和生物量的影响,以藏北地区那曲市罗玛镇高寒草地为研究对象,于2018年8月采用样方调查法对不同海拔梯度高寒草地植物高度、盖度、地上生物量及物种多样性沿海拔变化进行调查和统计分析,探讨藏北高寒草地物种多样性和地上生物量在海拔上的变化规律及二者的关系。研究表明:(1)植物盖度和地上生物量分别由海拔4 600 m的89.0%和64.7 g·m~(-2)降至4 800 m的67.3%和41.8 g·m~(-2),即植物盖度和地上生物量随海拔的升高呈线性降低的趋势;(2)不同海拔梯度间植物物种组成存在较大差异,高海拔段中旱生禾本科植物逐渐被耐寒喜湿植物取代;(3)物种丰富度和Shannon-Wiener指数沿海拔呈单峰分布格局,而E.Pielou均匀度指数则呈U型分布格局;(4)物种丰富度和Shannon-Wiener指数与地上生物量呈负二次函数关系;地上生物量与土壤温度呈指数增长趋势,与土壤湿度呈指数降低的趋势。研究结果初步揭示了藏北高原高寒草地不同海拔梯度物种多样性及其生物量的垂直分布差异,以及不同海拔梯度间水热组合差异对物种多样性及其生物量的影响。