青藏高原高寒草甸浅层地下水位对环境因子的响应特征——以青海海北站为例

青藏高原水资源丰富,浅层地下水位是水源涵养功能的重要表征,但其对全球气候变暖的响应特征尚不清楚。基于青海海北站高寒草甸2012—2016年浅层地下水位自动观测连续数据,采用优势分析方法定量评估了降水、风速、水面蒸发、50 cm土壤温度和气温等5个主要环境因子对地下水位的影响。结果表明,(1)季节尺度上,地下水位表现为双峰双谷曲线趋势,5—8月(生长季)为丰水期,8月达到最高值(4.25±0.13)m,1—4月和9—12月(非生长季)为枯水期,5月达到最低值(4.78±0.06)m;年际尺度上,地下水位总体呈逐渐下降趋势,且在2014年达到最高值(4.18±0.27)m。(2)风速是影响地下水位变化最重要的环境因子,占总贡献的36.8%,其次依次是蒸发(27.7%),气温(16.6%)和50 cm土壤温度(9.5%),而降水对地下水位影响微弱,仅占总贡献的9.3%;除降水外,各环境因子与地下水位均呈显著负相关(P0.05)。(3)地下水位与降水的年内和年际变异规律差异较大,降水的季节和年际变异均大于地下水位。综上,青藏高原东北隅高寒草甸浅层地下水位的变异与降水关联较小。研究结果可为青藏高原水资源合理管理和利用提供理论依据。     

放牧对祁连山高寒金露梅灌丛草甸土壤环境的影响

以祁连山北支冷龙岭东段南麓的干柴滩夏季牧场集体长期混合(藏系绵羊、牦牛)放牧的高寒金露梅Potentilla froticosa灌丛草场为对象,利用空间分布代替时间演替的方法,采用方格网法取样分析,研究了土壤容重、土壤水分、土壤养分等的变化,结果表明:随着放牧压力梯度的增加,灌丛斑块和丛间草地斑块0～10 cm土层密度显著增加、毛管孔度下降显著,而10～20 cm土层的变化不显著.随放牧压力梯度的增加,土壤水分减少,金露梅灌丛0～10 cm土壤水分低于10～25 cm土层的,而丛间草地的相反.随着放牧压力梯度的增加,金露梅灌丛和丛间草地的土壤水分逐渐减少.随放牧压力梯度的增加,0～25 cm土层的土壤有机质由108.73 mg·g-1下降到80.30 mg·g-1;金露梅灌丛和丛间草地0～10 cm土壤全氮、全磷均显著降低,其中全氮平均降幅达17.07%,全磷平均降幅为29.14%,而10～25 cm土层的全氮、全磷变化不显著;放牧使土壤速效钾显著增加,其中丛间草地的增幅是41.9%,灌丛的增幅为30.18%;放牧使0～10 cm土壤pH值显著升高,对丛间草地的pH值影响比灌丛的大.     

青藏高原金露梅灌丛草甸植物群落对退化演替的响应

为了明晰金露梅(Potentillafruticosa)灌丛草甸植物群落对退化演替的响应,以空间代时间的方法,于2018年8月中旬在青藏高原祁连山南麓分别选取原生、中度、重度和极度4种不同演替阶段的金露梅灌丛草甸,对其植被群落进行研究,以探究金露梅灌丛草甸生态功能退化过程中植被群落及土壤养分的演变特征。结果表明,(1)随着退化程度的加剧,地上生物量和地下生物量现存量均呈逐渐减小趋势,且原生金露梅灌丛地上生物量(387.73±25.53)g?m~(-2)和中度退化样地(328.55±36.23) g?m~(-2)显著高于重度退化样地(210±35.04) g?m~(-2)和极度退化样地(182.19±49.99) g?m~(-2)(P0.05),放牧改变了植物群落结构,禾草和莎草地上生物量逐渐减小,而杂类草地上生物量逐渐增加。(2)与地上生物量相似,原生金露梅灌丛(48 46.01±747.10)g?m~(-2)和中度退化样地(4 723.99±505.64)g?m~(-2)地下生物量现存量显著高于重度退化样地(2 590.75±276.45)g?m~(-2)和极度退化样地(1 011.84±163.46) g?m~(-2)(P0.05),且随着退化程度的加剧,表层土壤全碳、全氮和有机质呈增加趋势,地下根系生物量趋于向表层土壤发展。(3)随着退化程度的加剧,群落物种丰富度逐渐下降,且原生金露梅灌丛和中度退化样地物种丰富度显著高于重度退化和极度退化样地(P0.05)。此外,群落物种丰富度与地上生物量呈显著正相关(P0.05)。研究表明,过度放牧会导致植被群落发生分化,物种丰富度下降,最终导致金露梅灌丛草甸退化为杂类草草地,甚至黑土滩次生裸地。研究结果对今后退化金露梅灌丛草甸的放牧管理具有重要的指导意义。     

三江源区高寒草甸不同退化演替阶段土壤有机碳和微生物量碳的变化

以野外样地调查和室内分析法研究了三江源区高寒小嵩草草甸不同退化演替阶段群落中土壤有机碳和微生物量碳的变化.结果表明,放牧活动明显地影响了土壤有机碳和微生物量碳的含量.不同退化演替阶段期间,高寒小嵩草草甸土壤有机碳、微生物量碳含量在0～10 cm土层明显较高,且随着退化程度的加剧,分布在0～40 cm土层的土壤有机碳、微生物量碳含量明显降低;不同退化演替阶段,高寒小嵩草草甸由于家畜过度的啃食与践踏,不仅使得植物群落发生了逆向演替,而且土壤的肥力水平显著地下降,土壤向退化方向发展;高寒草甸的退化将使土壤有机质大量流失,氮素损失严重.随着退化演替过程的进行,高寒草甸土壤质量和土壤营养的持续供给能力逐渐退化,土壤有机碳和土壤微生物量碳含量也随放牧强度增加而迅速降低;相关分析表明,土壤有机碳和土壤微生物量碳与土壤含水量、土壤有机质、土壤速效氮呈显著正相关关系(P<0.05),说明土壤微生物量碳可作为衡量土壤有机碳变化的敏感指标,而土壤有机碳和微生物量碳含量可作为衡量土壤肥力和土壤质量变化的重要指标.     

放牧对祁连山高寒金露梅灌丛草甸土壤微生物的影响

以祁连山北支冷龙岭东段南麓的甘柴滩夏季牧场集体长期混合(藏系绵羊、牦牛)放牧的高寒金露梅(Potentilla fruticosa)灌丛草地为对象,采用平板涂抹分离法和氯仿熏蒸法对不同放牧压力梯度下土壤微生物(细菌、真菌和放线菌)和土壤微生物碳、微生物氮量进行研究,结果表明:不同放牧压力梯度下,金露梅灌丛和丛间草地土壤微生物以细菌占绝对优势,放线菌和真菌较少,垂直分布明显;随着放牧压力梯度的增加,金露梅灌丛和丛间草地,0～25 cm土层中的细菌、放线菌、真菌及微生物碳和微生物氮数量呈降低趋势,其降低程度与放牧压力梯度呈直线正相关.与无放牧金露梅灌丛相比0～25 cm土层的细菌、真菌、放线菌最大降幅分别为49.64%、37.76%和46.64%;金露梅灌丛土壤微生物碳量占土壤有机碳的比例变化为0.85%～0.43%,微生物氮占土壤全氮的0.90%～1.11%,微生物量对土壤营养库的贡献率较低;土壤微生物量和土壤有机质呈显著线形正相关;土壤细菌数量和土壤水分呈显著线形正相关.     

高寒灌丛退化演替过程对生态系统呼吸温度敏感性的影响

放牧是高寒草甸退化演替过程中最主要人为驱动力之一.为定量研究高寒草甸不同退化阶段生态系统呼吸速率的温度敏感性,本研究于2003年7月~2004年7月在中国科学院海北高寒草甸生态系统研究站,利用密闭箱-气相色谱法观测了高寒灌丛不同退化阶段生态系统呼吸速率季节变化.结果表明:1高寒灌丛不同退化阶段生态系统呼吸速率季节变化均表现为单峰曲线,最大值出现在草盛期8月,最小值出现在冬季10~次年4月.退化演替过程显著降低了高寒灌丛生态系统呼吸速率.观测期灌丛(GG)、丛间草甸(GC)和裸地(GL)的生态系统呼吸速率变化范围分别为34.21~1 168.23、2.30~1 112.38和20.40~509.72 mg·(m2·h)-1,灌丛(GG)呼吸速率平均值分别是丛间草甸(GC)和裸地(GL)的1.29倍和2.56倍.2温度是生态系统呼吸速率的主要影响因子,可以解释系统呼吸速率25%~79%以上的变异.退化演替过程显著地改变了生态系统呼吸速率与温度的相关性,当地表植被消失,灌丛退化为次生裸地后,生态系统呼吸速率与各温度指标Ts、Td、Ta之间的相关性(R2)分别降低47.23%、46.95%和55.28%.3Q10值在冷暖季节差异显著(P0.05),表现为冷季暖季.退化演替过程改变了生态系统呼吸的温度敏感性.观测期灌丛(GG)、丛间草地(GC)和裸地(GL)Q10值分别为2.38、2.91和1.62,与灌丛(GG)相比,丛间草甸(GC)Q10值增加了22.26%,而裸地(GL)Q10值降低了31.93%.     

青藏高原东部生态系统土壤碳排放

在青藏高原探讨不同生态系统碳平衡规律及其影响因子并揭示其对全球含碳温室气体变化的影响与响应,有重要的现实意义和理论价值。分别在海北高寒草甸生态站、贡嘎山森林生态站和拉萨农业生态站用静态箱法进行了土壤CO₂排放的试验研究。土壤CO₂排放速率日平均值为草甸215.87～329.68mgCO₂m^-2h^-1,森林713.72～2102.56mgCO₂m^-2h^-1,农田913.05～1135.83mgCO₂m^-2h^-1。土壤碳排放速率日变化,在农田和高寒草甸区表现为单峰型,均以地方时8∶00～16∶00最高,0∶00～8∶00最低。草甸、农田土壤碳排放随着牧草、作物生长发育的加速而逐渐增加,越接近成熟(或枯黄期)其值越低,林区以6～9月的生长旺季为最高。土壤碳排放与温度之间有较好的相关性,温度是影响土壤碳排放的重要因子,全球变暖有可能引起高原土壤碳排放的增加。     

高寒草甸不同土地利用格局土壤CO2的释放量

分析高寒草甸不同土地利用格局下土壤CO₂的释放量大小表明,在植物生长季的5～9月,土壤CO₂释放量大小排序为:金露梅灌丛草甸(1871.40g/m²)＞矮嵩草草甸(1769.63g/m²)＞退化金露梅灌丛草甸(1495.60g/m²)＞退化矮嵩草草甸(1191.26g/m²);而在植物非生长季的10月到翌年4月,其土壤CO₂释放量大小与植物生长季略有差异,表现出矮嵩草草甸(661.46g/m²)＞金露梅灌丛草甸(550.90g/m²)＞退化矮嵩草草甸(502.50g/m²)＞退化金露梅灌丛草甸(384.50g/m²)的特点;全年内表现为矮嵩草草甸(2431.09g/m²)＞金露梅灌丛草甸(2422.30g/m²)＞退化金露梅灌丛草甸(1880.10g/m²)＞退化矮嵩草草甸(1694.06g/m²).高寒草甸地区不同土地利用格局土壤CO₂释放数量的差异及季节变化,不仅与各利用格局的土壤生物活性及土壤物理化学性状有关,而且与气象条件(特别是温度)及其土壤冬季冻结期长短关系极为密切.     

放牧干扰对祁连山高寒金露梅灌丛草甸群落的影响

以祁连山北支冷龙岭东段南麓的甘柴滩夏季牧场集体长期混合(藏系绵羊、牦牛)放牧的高寒金露梅Potentilla froticosa灌丛草场为对象,利用空间分布代替时间演替的方法,采用方格网法取样分析调查,对不同放牧压力梯度下金露梅灌丛群落的结构、组成、物种多样性、地上生物量进行研究,结果表明:①放牧居住点由远到近,放牧压力梯度不断增加,金露梅株高、密度、覆盖度、地上生物量和丛间草地的地上生物量均有不同程度的降低,地上的总生物量降低幅度达84.77%.金露梅株高与放牧压力梯度遵循对数方程;而金露梅密度、覆盖度、丛间草本地上生物量与放牧压力梯度呈幂函数关系.②随着放牧压力梯度断增加,金露梅灌丛下层群落的物种组成及其结构有显著变化.禾本科、莎草科和杂类草植物的地上生物量均有不同程度的下降,而杂类草的地上生物量占地上草本植物总生物量的比例由56.0%上升到79.69%;莎草科生物量占地上草本植物总生物量的比例略有所上升;禾本科的地上生物量占草本植物地上总生物量的比例南31.2%下降到9.6%.     

青海湖区紫花针茅草原封育导致的土壤养分时空变化特征

封育导致的生态系统恢复会体现在土壤恢复.以不同封育年限的青海湖区紫花针茅草原为对象,研究封育导致的土壤养分时空变化特征.结果表明:同一样地速效氮、速效磷和速效钾都表现为表层含量最高,显著高于第Ⅱ层,下面几层之间差异不显著;封育对速效养分含量影响不同,对速效钾含量影响不大,而速效磷含量大多显著提高,封育样地速效氮含量稍微高于对照样地.全量养分相比较,封育对土壤全钾和全磷含量影响不大,随土层加深全氮含量降低,封育导致土壤表层全氮含量升高(提高了19.9%).有机质含量随土层加深而降低,长期封育导致土壤有机质含量增加.相关分析表明,速效钾和全钾含量之间相关不显著,速效磷和全磷、速效氮和全氮含量都表现出显著相关,有机质和全量养分之间只有全氮表现出了显著相关.封育后土壤pH值略有升高;随着土层加深,土壤容重升高,但土壤容重变化不大.封育使草原土壤养分含量增加,但是养分的增加是一个非常缓慢的过程,对草原的保护还需继续加强.