海北高寒草甸生态系统定位站气候概述

以１７年气象观测资料为基础,扼要地介绍了海北高寒草甸生态系统定位站日照、气温,降水的基本气候特征,并与我国部分地区进行了比较分析。     

藏北高原高寒草甸水分利用效率与环境温湿度的关系

定量化高寒草甸水分利用效率与气候因子的关系有利于预测未来气候变化对高寒草甸生态系统水分利用能力的影响。基于相关分析和多重逐步回归分析,研究了2010—2014年藏北高原3个海拔高度(4 300、4500、4 700 m)上的高寒草甸的水分利用效率与土壤温度、空气温度、土壤湿度、空气相对湿度、饱和水汽压亏缺的相互关系。结果表明,水分利用效率随着海拔的升高而增加,水分利用效率存在着显著的年际变异。相关分析表明,水分利用效率与土壤温度、空气温度、饱和水汽压亏缺存在正相关关系,与空气相对湿度存在负相关关系。多重逐步回归分析表明,土壤温度、土壤湿度和空气相对湿度共同解释了海拔4 300 m处的水分利用效率的季节变异,其中土壤温度的贡献最大;空气温度和土壤温度则分别解释了海拔4 500 m和4 700 m处的水分利用效率的季节变异。因此,环境温度主导着藏北高原高寒草甸的水分利用效率的季节变化,且暖干化的气候变化可能会提高藏北高原高寒草甸生态系统对水分的利用能力。     

海北高寒草甸生态系统定位近40年降水分布特征

通过门源气象站海北降水材料插补延长至４０年,分析了近４０年来海北站降水变化特征,为高寒草甸生态系统研究工作提供服务。     

近40年海北高寒草甸生态系统定位站气温变化特征

以海北站１９８０－１９９６年的气温观测资料及门源气象站１９５７－１９９６年气温资料为基础,采用“回归证正”法对海北站气温资料插补长至近４０年,分析了近４０年海北站气９曙变化特征。     

对“海北高寒草甸生态系统定位站气候概述”的续补

依据海北站８年气象观测资料,续补分析了风向风速、气压、空气湿度、蒸发和冻土深度等要素的气候变化特征。以期为高寒草地生态系统的研究提供气象依据。     

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。     

南亚热带土壤温度动态变化特征及其意义

根据定位系统观测资料,阐述了南亚热带山地常绿森林区、丘陵旱作区和平原水稻区多种土壤的温度变化与气温的关系。观测研究结果表明：低山常绿森林区温度的三维空间差异比丘陵区、平原区大,丘陵区又比平原区大;南亚热带林区的气温、地表温、30cm土温比中亚热带的高,比热带的低：南亚热带林区的谷地气温高于针叶林、混交林和阔叶林,谷地地表温低于针叶林而高于混交林和阔叶林,谷地20m土温低于针叶林、混交林而高于阔叶林;在气温一致的丘陵区栽植植物不同,其地表温、土温略有差异;在平原水稻土区,年气温、地表温、20cm土温差异不大,但30cm以下土温渐显差异;不同地貌单元的气温、地表温和土温的年际差异、年平均温度、各月及0～12～24时的温度动态变化各具特征。根据气温与植物生长的关系,拟把气温＞22℃的4～10月称热季、气温＜22℃的1～3月及11～12月称作凉季。可因地制宜,根据气温和土温的变化特征与土壤水分和作物生长的关系,采取措施调节温度,以利于作物生长。     

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。     

藏北高原不同海拔高度高寒草甸植被指数与环境温湿度的关系

藏北高寒草甸是全球高寒草地的重要组成部分,是对气候变化最敏感的植被类型之一。关于高寒草地植被指数与环境温湿度因子的关系还存在着诸多不确定性,这限制了准确预测高寒草地植被生长对将来气候变化的响应。定量化高寒草地植被指数与气候因子的关系利于预测将来气候变化对高寒草地植被生长的影响。该研究基于相关分析和多重逐步回归分析探讨了藏北高原不同海拔高度(4300、4500和4700 m)的高寒草甸2011─2014年每年6─9月的归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、增强型植被指数(Enhanced Vegetation Index,EVI)与土壤温度、土壤湿度、空气温度、相对湿度、饱和水汽压差的相互关系。相关分析表明,3种海拔的NDVI(4 300 m:r=0.79,P=0.000;4 500 m:r=0.80,P=0.000;4 700 m:r=0.52,P=0.005)和EVI(4 300 m:r=0.61,P=0.001;4 500 m:r=0.66,P=0.000;4 700 m:r=0.53,P=0.004)都随着土壤湿度的增加显著增加;3种海拔的NDVI(4 300 m:r=-0.68,P=0.000;4 500 m:r=-0.56,P=0.002;4 700 m:r=-0.40,P=0.037)和EVI(4 300 m:r=-0.56,P=0.002;4 500 m:r=-0.49,P=0.008;4 700 m:r=-0.46,P=0.014)都随着饱和水汽压差的增加显著降低;植被指数与环境温湿度因子的相关系数随着海拔的变化而变化;NDVI和EVI与环境温湿度因子的相关系数存在差异。多重逐步回归分析表明,土壤湿度一个因子解释了3种海拔的归一化植被指数、海拔4 300和4 500 m的增强型植被指数的变异,而海拔4 700 m的土壤湿度和土壤温度共同了解释了增强型植被指数的变异,其中土壤湿度的贡献较大。因此,在藏北高寒草甸,植被指数对气候变化的敏感性可能随着海拔的变化而变化,NDVI和EVI对气候变化的敏感性可能不同,土壤湿度主导着NDVI和EVI的季节变化。     

青海高寒草甸草地退化的遥感技术调查分析

应用遥感技术探讨了巴颜喀拉山北坡,青海省达日县段退化高寒草甸草地的成因、分布、面积和遥感判译标志,将研究区内高寒草地划分为５个类,２个亚类和３个退化草地型．重点分析了高山草甸草地退化的主要原因和遥感影像特征     

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。     

川西北高寒草甸优势植物生物量分配对策

生物量分配是整个植株净碳获取的重要驱动因子,对植物未来的生长与繁殖具有直接的影响;川西北高寒草甸植物群落结构丰富、物种多样性高,研究高寒草甸不同类型植物的生物量分配格局对理解植物生活史对策有重要意义.对川西北高寒草甸中天然草地、干扰草地和冬季返青草地等3类样地中不同功能型和生活型的植物共72个物种进行调查,采用标准化主轴估计(SMA)和异速生长分析(Allometric scaling analysis)的方法,比较研究不同植物类群的生物量分配对策.结果显示:(1)不同功能型植物各构件生物量百分比差异显著,禾草的茎生物量百分比最高(60.60%±3.07%),莎草的根生物量百分比较高(37.49%±11.86%),杂草类植物(Forb)的叶生物量百分比更高(26.37%±1.64%),各构件生物量之间的异速生长斜率在各功能型间无显著差异且均呈显著的同速生长关系;(2)生活型影响植物各构件生物量百分比大小,一年生植物对茎和繁殖构件投入的生物量比例相对更高,多年生植物则将更多生物量投资到根部;(3)样地类型对杂草类植物各构件的生物量具有显著影响,天然草地植物和返青植物的叶片与繁殖分配比更高,而干扰草地植物的茎生物量分配比更高.本研究表明植物功能型和生活型决定植物各构件生物量分配固有的异速生长关系,而人为干扰则显著影响植物的生物量大小,这对加强草地应对人类干扰和气候变化的响应研究以及高寒草甸生态系统的科学管理都有重要的理论与实践意义.     

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.     

川西高寒山地灌丛草甸土壤水文效应特征

土壤入渗和持蓄水分的水文功能是森林保持水土、涵养水源的基础.为揭示不同海拔和坡向土壤理化性质及水文效应的差异,选择折多山高寒山地灌丛草甸土壤为研究对象,测定土壤基本物理性质、持蓄水性能和入渗性能.结果 表明:(1)坡向和海拔对土壤物理性质的影响主要作用于淋溶层;土壤容重总体表现为淀积层＞淋溶层,半阴坡＞半阳坡,最大为4...     

高寒草甸藏嵩草种群繁殖对策的研究

对高寒草甸藏嵩草（Kobresia tibetica)种群的繁殖对策进行了初步研究。结果表明,藏嵩草属寒冷中生密丛短根茎地下芽植物,在高寒生境中采用了以营养繁殖为主,有性繁殖为辅的繁殖策略,具体体现在以几个方面：藏嵩草种子产量nA=200.1m^-2,但种子萌发率较低,室内和野外萌发率分别仅有4％和2％,经氢氧化钠溶液和赤霉素溶液处理后的种子萌发率分别为1％和6．7％,而剥去种皮后种子萌发率达47．3％,所以种皮坚硬是造成种子萌发率低的主要原因;进入种子库、保留至返青期且具有活性的种子仅占种子总数的31．49％,单位面积上理论实生苗数仅为1．26m^-2,与此相反,藏嵩草营养繁殖所形成的新个体数为101．32m^2,,远远多于种子萌发所形成的实生苗数,此外,藏嵩草营养繁殖效力也远高于有性繁殖效4力。营养繁殖效力占总数繁殖效力的83．46％（167）。表1参7     

三江源区退化高寒草甸浅层土壤冻融作用特征

在三江源区退化高寒草甸设置研究样地,通过野外连续观测,利用不同退化程度草地、不同土层一个完整冻融周期的土壤温度数据,探讨退化高寒草甸浅层土壤冻结和消融的发生时间、土壤温度的时空变化以及土壤温度与气温的相关性等规律。结果表明:在一个冻融周期内,退化高寒草甸土壤冻结至消融历时179～196 d,土温总体呈近似正弦曲线的变化趋势;随着退化程度的加剧,0～40 cm各土层土壤更早冻结和消融,与未退化草地相比,重度退化草地各土层冻结、消融起始日期分别提前7～23和18～38 d,土壤冻结锋面自地表向较深土层下移速度更快,土温梯度和变化速率更大,土壤更易升温和降温;从未退化到重度退化,土温对气温的响应增强,各土层土温与气温的相关系数分别为0.646～0.876、0.751～0.901、0.821～0.930和0.854～0.951;9月和3月是不同土层土温的过渡交替期。在退化高寒草甸研究样地,退化程度、土层深度和气温是影响浅层土壤冻融过程的因素,由退化导致的土壤冻融作用特征的改变,不利于高寒草甸生态系统和冻土环境的稳定。     

高寒小嵩草草甸种子库和种子雨动态分析

对小嵩草草甸种子库的大小和物种组成及与种子雨、地上植被的关系进行了初步研究 .结果表明 ,返青期和枯黄期小嵩草草甸种子库单位体积 (1.0m× 1.0m× 0 .1m)分别有种子nf=10 5 5 0粒和nk=13 815粒 ,分别由 2 2种和 2 4种植物组成 ,分属 9个科 .其中 ,莎草科、豆科和龙胆科占优势 ,禾本科所占比例较小 .每平方米种子雨nr=8436 .4粒 ,由2 5种植物组成 ,分属 10个科 ,莎草科和禾本科所占比例较大 .种子库和种子雨在物种组成上有一定的相似性 (r =0 .76 0 0 ,P <0 .0 1) ,二者共有 19个种 ,分别占种子库和种子雨物种总数的 82 .6 1%和 90 .48% .地上植被与种子库的相似性较小 ,地上植被中有 43.2 4%和 5 1.35 %的植物分别在返青期和枯黄期种子库中出现 ,6 0 %的植物出现于种子雨中 .在物种分布和优势度上 ,地上植被与种子雨间一致性较高 ,但它们与种子库间有一定的分歧 .从地上植被到返青期时的种子库 ,物种多样性降低了 1.6 1% ,从而说明种子库不仅是地上植被补充更新的源泉之一 ,而且是维持植物物种多样性的一种机制 .图 3参 13     

退化高寒草甸植物功能群与土壤因子关系的冗余分析

在退化高寒草甸设置研究样地,观测植物群落特征,采集土样并分析理化性质,利用植物功能群与土壤因子数据矩阵进行冗余分析,探讨退化高寒草甸植物功能群与土壤因子间的关系。结果表明:随退化程度加剧,植物功能群中莎草科、禾本科重要值减小,杂类草重要值增大,植物功能群由莎草科、禾本科向豆科、杂类草演替;随退化程度加剧,土壤有机碳、氮含量等下降,土壤温度、容重等增大;冗余分析第1、第2排序轴解释了97.1%的植物功能群变化和99.6%的植物功能群与土壤因子关系;土壤含水量、全氮含量等与第1排序轴正相关,土壤容重、土壤温度等与第1排序轴负相关,不同土壤因子的边际作用不同,土壤含水量、全氮含量等对植物功能群分布的影响极显著(P0.01);莎草科重要值与土壤全氮含量、含水量等的相关系数为0.960、0.959(P0.01),禾本科重要值与土壤含水量、有机碳含量等的相关系数为0.937、0.929(P0.01);豆科、杂类草受土壤容重、含水量等影响更大。退化高寒草甸植物功能群与土壤因子间存在相关关系,不同土壤因子对植物功能群的影响不同,植物功能群对土壤全氮含量、土壤含水量等因子的变化更敏感。     

不同海拔高寒放牧草甸的生态系统呼吸与环境因子的关系

在全球变化的背景下,为了研究藏北高寒放牧草甸的生态系统呼吸和土壤呼吸特征,沿着3个海拔高度（4 300、4 500和4 700 m）观测了2010年7-9月白天的呼吸通量。同时,观测了同期的土壤温度、土壤水分含量、空气温度和相对湿度,在定性分析土壤水分含量和呼吸通量关系的基础上,将其分成低、中和高3个水平,在此基础上,分析生态系统呼吸、土壤呼吸与土壤温度、土壤水分含量、空气温度以及相对湿度的关系。结果表明,空气温度是决定生态系统呼吸和土壤呼吸变异的主导因子;生态系统呼吸、土壤呼吸以及裸地的土壤呼吸的Q10值分别为1.83～3.07、1.54～4.13和1.29～2.89;总体而言,生态系统呼吸和土壤呼吸Q10值随着海拔的升高和土壤水分含量的增加而增大。