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。     

植被根系及其土壤理化特征在高寒小嵩草草甸退化演替过程中的变化

以野外样地调查和室内分析法研究了不同退化演替阶段高寒小嵩草草甸的植被根系空间变化和土壤环境因子间的关系。结果表明,不同退化演替阶段高寒小嵩草草甸群落植被根系和蕴育植被根系的土壤量发生了明显的变化。特别是0~10 cm土层的植被根系在重度退化阶段显著高于其它退化演替阶段（P〈0.05）,而蕴育植被根系的＂载体＂量在重度退化阶段显著低于其它退化演替阶段（P〈0.05）,根土比（根和土的重量比）明显高于其它退化演替阶段（P〈0.05）;随着退化演替阶段的进行,高寒小嵩草草甸群落物种数、地上部分、植被根系锐减,群落结构和功能明显发生变化;不同退化演替阶段,植被根系（0~40 cm）的垂直分布、根土比与土壤容重、土壤含水量以及土壤中N、P含量存在一定的相关性;不同退化演替阶段高寒小嵩草草甸土壤理化特性的变化影响草地群落地上部分和植被根系;土壤的稳定性是草地生产稳定和恢复的重要因素,在评价与改良退化草地时,要充分了解土壤的退化程度。在高寒草甸地下根系取样方法难以统一,而且土壤表层根系和土壤很难难以分离,加之根系采样破坏性大、工作量大,根土比可能是指示高寒草甸退化程度相对可靠的量化指标。     

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。     

牧压梯度下高寒草甸实际蒸散量及植物生产水分有效利用率的研究

以青海海北高寒草甸为研究对象,分析了禁牧(对照,CK)、轻度放牧(light grazing,LG)、中度放牧(moderate grazing,MG)、重度放牧(heavy grazing,HG)试验地土壤贮水量和利用水量平衡法计算的植被实际蒸散量动态变化,并对不同牧压梯度下高寒草甸的水分有效利用率进行了比较。结果表明,牧压梯度下土壤贮水量在生长季的变化特征基本一致,表现为5月、6月高,7月低,8月以后缓慢升高。5月8日到9月28日0~50 cm土层平均土壤贮水量为CKHGLGMG,分别为(222.82±7.07),(199.71±4.52),(189.00±4.37)和(187.69±3.93)mm,表明放牧使土壤贮水量减小,统计分析表明,禁牧与放牧地之间贮水量差异达极显著水平(P0.01)。不同牧压梯度上高寒草甸植被实际蒸散量在生长季的变化特征基本一致,表现出5月低,6月开始升高,7月蒸散量达最大,以后逐步下降;整个生长季CK、HG蒸散量较高,LG、MG蒸散量较低,分别为(389.37±3.39)、(355.74±5.54)、(350.17±8.6)3和(346.15±1.31)mm。从土壤水分亏缺来看,重牧不利于水源涵养,但禁牧亦影响水源涵养功能的提高,只有适度放牧有利于水源涵养。植被实际蒸散量与降水量呈极显著正相关关系。高寒草甸植被地上地下净初级生产力在生长季的水分有效利用率表现为LG、MG较高,HG较低,CK的水分有效利用率最低,分别为0.55%、0.56%、0.50%和0.37%,说明适度放牧能够提高植被水分有效利用率,而禁牧显著降低植被水分有效利用率。     

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。     

宁夏不同草地类型土壤有机碳组分特征

宁夏草地生态系统对宁夏生态环境、生物多样性保护和区域经济发展具有重要作用。沿宁夏降雨梯度带,从北到南选择荒漠草原、典型草原和草甸草原3个草地类型的地上植物和土壤进行取样,对3个草地类型土壤有机碳组分(易氧化有机碳、颗粒有机碳、微生物碳和惰性碳)分布特征及其与环境变量的相关关系进行研究。结果表明,土壤总有机碳与惰性碳含量表现为山地草甸典型草原荒漠草原;土壤颗粒有机碳和微生物量碳含量表现为荒漠草原山地草甸典型草原;土壤易氧化有机碳表现为典型草原荒漠草原山地草甸。3种草地类型活性有机碳占总有机碳比例均较低,而惰性碳占总有机碳比例在23.03%~86.63%之间。RDA分析表明环境变量对土壤有机碳组分总解释量为99.6%。Pearson相关性分析表明土壤活性有机碳与土壤总有机碳之间相关性均不显著,而土壤惰性碳和总有机碳之间高度正相关(r=0.99,P0.01)。土壤总有机碳与环境变量的相关性分析表明土壤总有机碳与海拔(r=0.81,P0.01)、土壤含水率(r=0.90,P0.01)、土壤全氮(r=0.97,P0.01)、年降雨量(r=0.87,P0.01)、物种丰富度(r=0.88,P0.01)和地上生物量(r=0.86,P0.01)正相关,而与土壤容重(r=-0.90,P0.01)、年均温(r=-0.78,P0.01)负相关。研究区3种草地类型的活性有机碳比例较低,这表明土壤有机碳循环速率不高,有机碳库较为稳定,其中草甸草原的总有机碳和惰性碳含量均高于其他类型,稳定性最高。气候温、湿度特征,地上植被群落结构和生物量以及土壤水分和氮素特征是影响影响宁夏草地土壤有机碳含量重要因素。     

海北高寒草甸返青期土壤温度与水分动态变化

分析青藏高原高寒草甸返青期土壤水分和温度的变化以及相互关系是理解高寒草甸生态系统变化的重要基础。为明晰青藏高原祁连山东部高寒草甸返青期的土壤温度与水分变化规律,选择祁连山东部海北高寒草甸为试验区,以实地测试与方差、相关及回归分析相结合的方法研究了海北高寒草甸返青期土壤分层水分和温度的动态变化。结果表明:(1)观测期内,高寒草甸整个返青期表层0 cm及地表以下5、15、30、60和120 cm土壤各层平均温度分别为10.47、4.11、3.28、1.76、0.80和0.51℃,表层0 cm地温受气温变化影响最为显著;返青早期各层土壤温度均稳定于0℃左右,返青中期各层土壤温度迅速增加,返青中后期自上而下不同土壤层温度逐渐降低;(2)表层、中层和深层土壤平均含水量分别为17.3%、20.6%和20.9%,中层和深层土壤水分含量较小;表层土壤含水量波动剧烈,在整个返青期呈逐渐下降趋势,中层和深层土壤含水量连续增加,波动范围小;(3)高寒草甸土层0~15 cm的土壤体积含水量与土壤温度呈显著负相关,随土壤平均温度增加,土壤体积含水量逐渐降低;15~30、30~45和45~60 cm较深层土壤含水量与土壤平均温度呈显著正相关,随土壤深度增加其相关性也随之增强。该研究可为理解青藏高原高寒草甸生态系统的变化规律和变化过程提供参考依据,对高寒草甸的保护及可持续利用也具有重要意义。     

增温、刈割对高寒草甸地上植被生长的影响

近些年由于气候变化和土地利用方式变化的双重影响,高寒草甸植被逐渐表现出退化现象。探讨高寒草甸植被生长特征在气候变化和人类活动中的动态变化规律,对高海拔地区植被的保护和合理利用,防止草地退化和沙漠化发生具有重要意义。以青藏高原高寒草甸为研究区,利用增温实验模拟气候变暖、刈割实验模拟人类放牧,采用随机区组设计,设置对照、增温、刈割、增温+刈割交互作用四种实验处理,于2012─2013年植被生长季调查高度、盖度和地上生物量,研究高寒草甸地上植被生长特征对增温、刈割的响应,以此探讨青藏高原高寒草甸地上植被在气候变化和人类活动中的变化趋势。结果表明:(1)夏季是高寒草甸植被生长的最佳季节,其中7月是其生长的最佳月份;高寒草甸地上植被生长特征年内生长季和年际间的变化趋势差异较大,表现为植被高度在生长季中期高于初期和末期(P0.05),植被盖度和地上生物量在生长季中期和末期高于初期(P0.05);2012年的植被高度和地上生物量略高于2013年(P0.05),但植被盖度略低于2013年(P0.05)。(2)植被高度、盖度和地上生物量在增温第2年(2012年)的各实验处理间均未出现显著差异(P0.05),而在第3年(2013年)开始出现显著差异(P0.05),其中2年刈割显著降低植被高度和地上生物量(P0.05),3年增温和2年刈割的交互作用显著降低植被盖度和地上生物量(P0.05)。以上结果表明,增温、刈割对高寒草甸地上植被生长的影响在短期和长期尺度上存有差异,初期并不显著,但随着时间推移,影响开始加强。     

若尔盖盆地不同退化阶段草甸土壤含水率、pH及电导率的变化

为了更好的了解若尔盖高寒草甸不同演替类型下土壤含水率、p H值、电导率的变化规律,采用SPSS、GIS与GS+地统计软件,对若尔盖高寒盆地逆向演替序列中"沼泽草甸-草原草甸-退化草甸-沙化草甸"4种演替阶段不同深度土壤的含水率、p H和电导率进行了比较和空间格局分析,以期为若尔盖盆地草甸退化和沙化治理及研究提供科学依据。结果表明,(1)各演替阶段土壤含水率随土壤深度的增加而不断降低,草原草甸水分含量由51.04%逐渐下降到33.66%,相比其他3种草甸下降幅度最大(17.38%);随草甸退化的加剧,草甸土壤各层含水率呈不断下降的趋势,p H值和电导率呈不断上升的趋势。(2)4个演替阶段草甸土壤含水量范围分别为:沼泽草甸33.66%~51.04%,草原草甸17.92%~23.07%,退化草甸18.00%~20.98%,沙化草甸14.49%~16.83%;4个草甸土壤p H变化范围分别为:6.44~6.74、7.19~7.51,7.52~7.81和29.09~37.21;随退化演替的进行,草甸土壤也由沼泽草甸的酸性土壤逐渐演变为碱性土壤。(3)4种演替阶段草甸土壤3种指标的空间变异,除退化草甸土壤电导率主要受随机性因素影响外,其余均受结构性因素影响,沼泽草甸土壤电导率以及沙化草甸含水率和电导率在结构性因素影响基础上,还叠加了随机性因素的影响。(4)4种演替阶段草甸土壤的3种指标的空间分布,除退化草甸土壤电导率呈破碎斑块状分布外,均表现为连续的条带状分布格局。且随退化演替的进行,草甸土壤含水率高值区不断缩小,p H值和电导率高值区呈不断扩大势态。研究显示,若尔盖高寒盆地草甸3种土壤属性的退化演替特征显著,其空间变异以结构性因素为主导,其次为随机性因素,且随机性因素主要影响土壤的电导率。     

藏北高寒草地土壤磷脂脂肪酸指纹特征及其与土壤化学性质的关系

微生物是土壤的重要组成部分,反映了土壤的生物活性,同时也是土壤有机质和养分转化与循环的动力。高寒草地是藏北高原分布面积最大的生态系统类型,不仅是亚洲中部高寒环境中最为典型的自然生态系统之一,而且在世界高寒地区亦具有代表性。为了解藏北不同类型高寒草地土壤微生物群落结构特征,比较了藏北5种高寒草地(高寒草甸、高寒草原、高寒草甸草原、高寒荒漠草原和高寒荒漠)的土壤磷脂脂肪酸(PLFA)指纹特征,并进一步分析其与土壤有机碳、总氮等土壤化学性质的关系。藏北5种高寒草地土壤PLFA中16:0和18:1w9c含量高,土壤PLFA主要包括直链饱和脂肪酸、直链单不饱和脂肪酸、支链饱和脂肪酸和环丙烷脂肪酸,其中直链单不饱和脂肪酸(27.77%~36.66%)和支链饱和脂肪酸(30.15%~36.61%)占比较高,环丙烷脂肪酸(3.48%~10.16%)仅占较少部分。高寒草甸土壤总PLFA含量、细菌、真菌、放线菌、革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌PLFA含量最高,其含量分别是其他4种草地类型土壤的2.00~6.45,2.01~8.88,1.82~3.52,1.61~5.37,2.01~9.17和2.06~10.94倍。大部分PLFA分子集中于高寒草甸、高寒草原和高寒草甸草原土壤中,另外两种高寒草地土壤仅含少量微生物;土壤微生物在5种类型草地中的样点基本分散,而在每种类型草地样点中基本集中,表明微生物群落结构在不同草地类型土壤中存在明显差异,而在同一类型草地土壤中相近。土壤总PLFA,细菌、真菌、放线菌、革兰氏阴性细菌和革兰氏阳性细菌PLFA含量与土壤有机碳、总氮、铵态氮和硝态氮之间存在极显著相关性(P0.01),表明土壤碳、氮含量与土壤微生物间存在极为显著的相互刺激关系。该研究通过量化藏北不同类型高寒草地土壤的PLFA指纹特征,并分析其与土壤化学性质的关系,为进一步研究高寒草地生态系统土壤微生物群落结构特征提供理论依据。     

高寒草甸不同植被类型土壤全氮含量变化动态分析

采用凯氏定氮法对高寒草甸不同植被类型土壤全氮进行季节动态测定分析,结果表明:在整个生长季中0～20 cm层土壤全氮质量分数的顺序为:藏嵩草沼泽化草甸(Kobresia-swamp meadow)>露梅灌丛草甸(Dasiphoru fruticosa shrubs)>人工燕麦草地(Avena sativa artficial grassland)>矮嵩草草甸(Kobresia humilis meadow)>矮嵩草退化草地(Kobresia humilis-degraded grassland).原生植被草甸类型下单位面积土壤全氮含量远高于退化草地.藏嵩草沼泽化草甸土壤每平方米的全氮含量最高,达到0.712 kg,金露梅草甸次之,两者之间差异性不显著(p>0.05);其他三种草地类型单位面积土壤全氮含量差异性显著(p<0.05);原生草甸矮嵩草草甸每平方米全氮平均含量为0.406 kg,而退化的矮嵩草草地每平方米全氮平均含量为0.301 kg,可以推算,土地退化导致土壤全氮流失的量为0.105kg,即高寒草地退化导致25.86%氮流失.随着季节的变化,土壤全氮质量分数随生长季均有所增加,最高值都出现在8月份,但各月份之间土壤全氮质量分数变化差异性不显著(p>0.05).原生植被0～10 cm层土壤全氮含量高于10～2O cm层,人工草地与退化草地差异性不显著.     

温度和氮素输入对青藏高原三种高寒草地土壤碳矿化的影响

选取了海北高寒草甸、那曲高寒草原和当雄高寒湿地3种典型高寒草地生态系统类型为研究对象,采集了表层0~10 cm土壤,在实验室内进行可控温度下的碳矿化培养实验。结果表明,青藏高原土壤碳矿化在不同高寒草地类型间存在显著差异（P≤0.05）。在较低的温度下,高寒湿地土壤的碳矿化速率显著低于高寒草甸土壤,而温度在15℃左右时,高寒湿地土的碳矿化速率略高于高寒草甸土壤,当温度处于较高的水平时（〉20℃）,高寒湿地土壤碳矿化速率远高于高寒草甸土壤,高寒湿地土壤碳矿化的Q10显著大于高寒草甸。无论是低温还是较高的温度,高寒草原土壤碳矿化速率最低,数值范围也最窄。高寒草甸和高寒湿地土壤碳矿化均受温度的显著影响（P≤0.05）,其速率均跟温度呈现一级指数函数方程关系,而高寒草原土壤碳矿化速率与温度间未呈现明显的函数关系,但不同温度间的土壤碳矿化速率存在显著差异。氮素输入对高寒草甸和高寒湿地土壤碳矿化的影响不明显,但显著促进了高寒草原土壤碳矿化作用。     

高寒草甸退化对甘肃马先蒿生长状况与花期资源分配的影响

甘肃马先蒿（Pedicularis kansuensis）作为高寒草甸退化进程中的一种入侵毒杂草,其生长状况和繁殖特征为草地退化状况的重要指标,也是衡量高寒草甸演替进程的重要指示植物。通过比较重度退化和未退化高寒草甸的群落特征,甘肃马先蒿的生长状况与花期资源分配,结果表明：退化的高寒草甸土壤-植被系统变化明显,高寒草甸退化显著影响了甘肃马先蒿的生长状况和资源分配特征。在重度退化的黑土滩样地中,甘肃马先蒿个体形态特征如株高、根长、分叉数、叶片数、花数、总生物量都显著高于未退化高寒矮嵩草草甸样地;重度退化草甸中甘肃马先蒿花期各器官的资源投资状况,如根系投资、茎叶投资、繁殖投资分别为7.46%、48.76%、43.78%,未退化样地中甘肃马先蒿的根系投资、茎叶投资、繁殖投资分别为10.12%、54.34%、35.54%。在重度退化高寒草甸中甘肃马先蒿占据较大的生态位,长势良好,且将资源更多地用于繁殖投入。而未退化草甸中甘肃马先蒿优势度不大,更多的是将资源分配到根系和茎叶等营养器官,以期获得较多的水分、无机盐、光照等资源,增强个体竞争力。甘肃马先蒿在不同生境下资源分配的显著差异实质反映了草地退化的影响,亦是植物对外部环境改变的一种适应机制,同时也是植物可塑性的重要表现形式。     

贺兰山东坡典型植物群落土壤微生物量碳、氮沿海拔梯度的变化特征

土壤微生物量是陆地生态系统碳循环的重要组成部分,在生态系统物质循环和能量转化中占有特别重要的地位。开展土壤微生物量与海拔高度的关系的研究,能促使人们对土壤微生物空间分布格局及其形成机制的认识,预测全球变化对生态系统功能的影响。本文对贺兰山不同海拔梯度具有代表性的荒漠化草原（HM）、蒙古扁桃灌丛（BT）、油松林（YS）、青海云杉林（QH）和高山草甸（CD）等5种植物群落土壤微生物生物量及其微生物商进行了研究。结果表明：表层土壤（0～20 cm）微生物生物量碳（MBC）、氮（MBN）大小次序为：CD〉QH〉YS〉BT〉HM,MBC、MBN随海拔梯度的升高显著增加,与土壤有机碳、氮含量有着一致的变化规律,但是微生物商（qMB）表现出沿海拔梯度先增加后减小的变化趋势,最大值出现在蒙古扁桃灌丛土壤,MBC/MBN则没有明显的变化规律。相关分析表明,不同海拔高度的土壤微生物量碳氮不仅与年均降水量、土壤含水量,而且与土壤有机碳、全氮呈显著线性正相关关系（P〈0.01）,但是与年均气温、土壤容重呈显著线性负相关关系（P〈0.01）。贺兰山土壤微生物量碳、氮随海拔高度升高而增加,降水量、气温、土壤湿度、土壤有机碳和全氮可能是影响土壤微生物量沿海拔梯度变化的关键因子。     

藏北高寒草原样带土壤有机碳分布及其影响因素

沿藏北高寒草原冈底斯山-申扎-双湖样带（30°25′N至33°6′N）,在37个样点采集土壤和植物样品,分析藏北高寒草原土壤有机碳含量及其影响因素。结果表明：藏北高寒草原土壤0~15、15~30和0~30 cm有机碳含量分别为2.27、2.17和4.44 kg.m-2。土壤有机碳含量沿样带呈随着纬度的增加而减少的趋势。藏北高寒草原土壤质地总体偏粗,不同质地土壤之间有机碳含量大小关系为砂土〈壤质砂土〈粉壤土〈砂质壤土〈壤土。不同深度土壤有机碳含量与土壤颗粒含量相关性存在显著差异,0~15 cm土壤有机碳与粉粒、黏粒含量呈显著性正相关,与砂粒含量呈显著性负相关,而15~30 cm土壤有机碳含量与土壤颗粒组成相关性不显著。0~15 cm土壤有机碳含量与草地盖度、地下生物量和总生物量呈显著或极显著正相关,与优势种高度呈极显著负相关;15~30 cm土壤有机碳含量与优势种高度呈显著负相关。     

Plant biomass allocation strategies of the dominant species in an alpine meadow of northwestern Sichuan,China北大核心CSCD

Plant biomass partitioning is an important driver of whole-plant net carbon gain, as biomass allocation could directly affect plant's future growth and reproduction. Alpine meadow in the northwestern Sichuan was impressed by the abundant community structure and species diversity. This study on biomass allocation pattern of different functional types and lifeforms might help understand plant life-history strategy of alpine meadow plants. We investigated 72 dominant herbaceous species for their compartments, biomass, and morphological traits during 2012-2014. These plants were sampled from natural grassland, disturbed grassland, and wintergreen grassland; they belonged to three functional types (grass, sedge, and forb) and two lifeforms (annual and perennial). The scaling relationships between functional traits of these plants were analyzed using Model type II regression method to estimate the parameters of the allometric equations. (1) Biomass allocation proportion of components significantly differed among grasses, sedges, and forbs owing to phylogeny: grasses had the highest stem biomass percentage, sedges had higher root biomass percentage, and forbs had higher leaf biomass percentage, but the scaling relationships were not significantly different, and isometric scaling was noted between biomass components for the three functional types. (2) Moreover, plant lifeforms affected the biomass allocation proportion of components, owing to the shorter or longer turnover rate and investment strategy between annual and perennial species. Annuals allocated more biomass to the stem and reproduction organs, but perennials invested more biomass to the leaves and roots. (3) In addition, plants from different grassland types differed in both biomass and morphology traits. Moreover, forbs from natural grassland and wintergreen grassland had higher leaf and reproductive biomass, but those from disturbed grasslands had higher stem biomass. Our results suggest that the functional type and lifeform decide the inherent scaling relationships between components of plants, but anthropogenic disturbance significantly impacted the quantity of component biomass. This study has important theoretical and practical significance to understand the response of alpine plants to climate change and anthropogenic disturbance as well as to help in the scientific management of alpine meadow. © 2018 Science Press. All rights reserved.     

Modelling global-scale potential grassland changes in spatio-temporal patterns to global climate change

Grassland is one of the most widespread vegetation types worldwide and plays a significant role in global carbon cycling. Understanding the sensitivity of grassland to climate change and the effect of climate changes on the grassland ecosystems is a key issue in global carbon cycling. One of the goals of this study was to evaluate the three net primary productivity (NPP)–climate models, i.e. the Miami model, the Schuur model and the classification indices-based model. Results indicated that the classification indices-based model was the most effective model at estimating large-scale grassland NPP. In this research, changes in the spatial pattern of global potential grassland from recent past (1950–2000) to future (2001–2050) A2a scenario were analysed with the integrated orderly classification system of grassland (IOCSG) approach in a Geographic Information System (GIS) environment. NPP was evaluated with the classification indices-based model. Results indicate that under recent past climatic conditions, the main parts of global grassland are the savanna and tundra and alpine grassland and will be converted into the savanna, steppe and semi-desert grassland in A2a scenario. As a whole, areas of grassland will increase by 31.76 million hectares. The classification indices-based model estimated a 12.40% increase of total NPP in grassland from recent past to A2a scenario. It will impose a new issue for future grassland researches to support sustainable development and to provide action relevant knowledge to meet the challenge of climate change.     

季节性雪被对青藏高原东缘高寒草甸土壤氮矿化的影响

依据自然雪被分布的差异,在青藏高原东缘高寒草甸中设置3条样带(即深雪、中等厚度雪被和浅雪),于2008年的秋冬过渡期,连续监测各样带中的雪被厚度和土壤温度,并采用原位培养法测定每月的土壤氮素氨化、硝化和矿化速率,以研究不同厚度雪被对高寒草甸土壤氮矿化的影响.结果表明,月均土温、每月日最高土温均值分别与雪被厚度极显著相关,二次函数关系拟合较好(R2=0.576,0.685),且根据每月日最高土温均值与雪被厚度的二次函数关系方程可知,25 cm厚的雪被可以起到较好的隔绝效果;土壤含水量受雪被厚度和土壤温差两个因素的显著影响.在秋冬过渡期末,浅雪梯度下土壤硝态氮含量显著降低,且雪被下的净氮矿化速率与月均土温、每月日最高土温均值、每月日最低土温均值都分别呈极显著相关,二次函数关系拟合较好(R2=0.589,0.541,0.601).研究表明,不同厚度的雪被对土壤温度和含水量影响显著,从而显著地影响着土壤氮的矿化,深雪更有利于氨化、硝化和氮矿化.图7表2参36