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。     

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.     

增温对高寒湿地土壤呼吸动态变化的影响

为研究在模拟增温状态下高寒湿地土壤呼吸的动态变化,并探究增温状态对土壤呼吸产生的影响,于2016年6月—2017年9月通过LI-8100土壤碳通量测定系统(开路式)对实验样地矮嵩草草甸(Kobresia humilis)的土壤呼吸速率及地下5、10和15 cm土壤温度、土壤体积含水量进行测定,结果表明:模拟增温有利于提高土壤呼吸速率,其与自然状态(CK)、增温状态(W)土壤呼吸速率之间有极显著性差异(P0. 01);土壤呼吸速率与各层土壤温度和土壤体积含水量均有极显著相关性(P0. 01),自然状态下的温度敏感性(Q10值)均比增温状态下的Q10值大,并且Q10值随着土壤深度的增加而增加;然而土壤温度与体积含水量共同影响下的土壤呼吸作用在2 a内减弱;增温状态有利于提高地上及地下生物量,并且对浅层地下生物量作用明显;与不增温比较,增温有利于提高土壤有机质含量,但差异随土壤深度的增加而依次减少。研究表明,连续2 a的增温对高寒湿地土壤呼吸产生促进作用,增温环境有利于促进土壤碳释放。     

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。     

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.     

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。     

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。     

模拟增温对青海省玉树州称多县高寒草甸土壤水分的影响研究

三江源区具有重要的水源涵养功能,该区土壤水分的时空分布和变化对当地及周边地区的生态系统和气候调节有重要意义。为了解未来三江源草地土壤生态系统变化趋势,探究土壤温度和水分对模拟增温的响应规律,利用温湿度自动记录仪实时监测记录,分析了青海省玉树州称多县高寒草甸模拟增温条件下土壤温度和土壤水分的变化规律及冻融转换期土壤温度和水分的相关性。结果表明,(1)模拟增温条件下,0—5 cm和15—30 cm土层的土壤温度分别增加了2.50℃和1.36℃,对表层土壤(0—15 cm)的增温效果更加明显,且增温改变了不同土层解冻期和冻结期的长度。(2)0—15 cm和15—30 cm土层的土壤水分分别增加了0.07%和0.09%,15—30 cm土层的土壤水分的增幅大于0—15 cm土层,并且呈现出生长季变化波动大、非生长季变化波动小的规律。(3)在0—15 cm土层中,冻结期与解冻期,土壤温度和土壤水分均存在正相关关系(P0.01);在15—30 cm土层中,冻结期土壤含水量随着温度的增加呈现显著上升趋势。     

增温对高寒灌丛土壤呼吸不同组分的影响机制

陆地生态系统土壤呼吸对气候变暖的响应研究方面目前还没有一致的结论,其原因可能为土壤呼吸不同组分对土壤温度变化的敏感性及相应的非生物和生物机制存在显著差异。文章分别从非生物因素和生物因素系统地论述了增温对青藏高原东部窄叶鲜卑花(Sibiraea angustata)高寒灌丛土壤呼吸不同组分的影响机制,发现增温可通过提高土壤微生物群落和植物根系的生理活性直接促进土壤异养呼吸和根系呼吸。同时增温能通过改变非生物因子影响土壤呼吸各组分速率,如增温显著提高土壤养分含量和土壤酶活性,进而间接促进土壤呼吸;而增温引起土壤水分含量较小程度的降低不足以抑制土壤呼吸过程。增温还能通过改变植物群落生产和土壤微生物群落结构等生物因子影响土壤呼吸各组分速率,如增温导致植物细根生产量、死亡量和分解速率提高,非根际土壤微生物生物量与活性增加;增温还导致土壤微生物功能群向革兰氏阳性菌和放线菌群落转变,从而导致土壤微生物对土壤惰性有机碳的利用增加。受根际土壤可利用碳含量较高的影响,根际微生物呼吸对增温的响应不敏感,增温对根际微生物生物量的影响也不显著。由此可见,在青藏高原东部高寒灌丛生态系统中,气候变暖将通过改变非生物与生物因子影响土壤呼吸等碳释放过程。以上结果有利于更加全面地认识全球气候变暖背景下高寒灌丛土壤碳循环过程。     

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。     

青藏高原东缘高寒灌丛根系分泌物碳氮输入对增温的响应

根系分泌物是植物根系向土壤输入有机碳和养分的重要途径之一,深刻影响着根际土壤碳和养分循环过程.环境温度变化可通过改变植物初级生产力和根系性状等直接或间接地影响根系分泌过程,但其具体机制仍缺乏必要关注.为了揭示气候变暖对高寒灌丛根系碳、氮分泌过程的影响,以青藏高原东缘典型的高寒灌丛类型-窄叶鲜卑花(Sibiraea an...     

城市绿地生态系统雨季土壤呼吸对降雨变化的响应

全球气候变化的可能后果之一是干旱频繁,强降雨增多。城市绿地生态系统土壤呼吸是陆地碳循环的重要组成部分,探讨强降雨对城市绿地生态系统土壤呼吸的影响,有助于预知在全球变化背景下土壤CO2排放的可能反馈机制。在多年定位试验的基础上,开展降雨改变试验,采用全自动多通量箱对降雨前后城市绿地生态系统土壤呼吸(Rs)和环境因子等进行原位全天候连续监测,分析Rs对正常降雨、增加50%降雨(增雨)和减少50%降雨(减雨)的响应。结果表明,(1)增雨显著提高了土壤湿度(W,0~5cm),而对土壤温度(T,0~5cm)没有显著影响(P0.05)。与对照相比,增雨导致Rs显著提高了1.43%(P0.05),减雨对Rs无显著影响(P0.05)。(2)土壤湿度与Rs呈显著负相关(P0.05),土壤温度与Rs呈显著正相关(P0.05),且对Rs有一定的促进趋势。(3)降雨时间为20min时,Rs的下降率最大;20min以后,Rs下降率逐渐变小,说明降雨时间越长,土壤释放CO2速率越慢,当降雨达到一定时间后,土壤释放CO2速率有所回升;回归分析发现,降雨量与呼吸速率的变化率呈二次相关关系(P0.05),总体上降雨促进了Rs。(4)不同降雨处理均对土壤温度敏感系数(Q10)表现出显著的影响,其中增雨和减雨均降低了土壤水分敏感性;不同降雨时期土壤水分敏感性大致表现为:在雨季开始和结束时,Rs对水分敏感性较高,而雨季中期Rs对水分敏感性较低。这意味着在城市绿地生态系统中,增雨或减雨均对Rs有不同程度的刺激作用,这很可能减弱城市绿地生态系统土壤的固碳潜力。     

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。     

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。     

模拟增温对川西北高寒草甸两种典型植物生长和光合特征的影响

在野外自然条件下采用开顶式生长室(OTC)模拟增温的方法,研究了增温对川西北高寒草甸两种典型植物--单子叶草本植物发草(Deschampsia caespitosa)和双子叶草本植物遏蓝荣(Thlaspi arvense)生长和光合特征的影响.结果表明,增温有利于发草地上生物量的增加,其光响应曲线明显高于对照处理,净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(C_s)、最大净光合速率(P_(max))、暗呼吸速率(R_d)、表观量子效率(AQY)和光饱和点(LSP)显著高于对照处理,而光补偿点(LCP)却显著低于对照处理,并且最大光能转化效率(F_v/F_m)、光合量子产量(Yield)、光化学猝灭系数(q_p)和非光化学猝灭系数(q_N)与对照处理相比,都显著增加;增温后遏蓝菜的单株生物量积累显著下降,其光响应曲线也明显低于对照处理,P_n、T_r、C_s、P_(max)、R_d、AQY和LSP显著低于对照处理,F_v/F_m、Yield和q_p在增温后显著减少,而q_N却显著增加.图5表3参25     

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。     

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.     

青海湖高寒藏嵩草湿草甸湿地生态系统CO_2通量变化特征

基于涡度相关系统对青海湖藏嵩草湿草甸湿地生态系统CO_2通量变化特征及其影响因子进行研究。结果表明,青海湖藏嵩草湿草甸湿地生态系统CO_2通量具有明显的日变化和月变化特征。生长季表现为CO_2的净吸收,其吸收峰值出现在12:30—15:00之间,最大值为0.42 mg·m~(-2)·s~(-1),排放峰值出现在20:00—22:30之间,最大值为0.24 mg·m~(-2)·s~(-1)。非生长季日变化较小,总体表现为CO_2的净排放,除了11月,其他月份白天CO_2排放通量都明显大于夜间。2015年青海湖高寒藏嵩草湿草甸湿地生态系统全年净生态系统CO_2交换量为54.55 g·m~(-2),表现为碳源。路径分析表明,土壤温度、光合有效辐射和饱和水汽压差是影响CO_2通量日交换大小的主要控制因子。