高寒草原不同植物群落地上-地下生物量碳分布格局

高寒草原具有独特的自然生境和生物资源,对高寒草原开展系统研究对于减缓气候变化与草原恢复具有重要实践意义。以往研究主要针对高寒草原生物量碳开展整体评估,缺乏对不同群落类型间的定量比较。本文分析了高寒草原10种主要典型植物群落地上-地下生物量碳分布格局以及对总生物量碳的贡献差异。结果表明:高寒草原面积为167.33×10^6hm^2,总生物量碳为1.53 Pg(1 Pg=1015g),其中地上生物量碳0.19 Pg,地下生物量碳1.34 Pg;紫花针茅、青藏苔草和紫花针茅-小蒿草群落面积大,生物量碳密度高,为高寒草原贡献了69.3%的生物量碳。高寒草原平均生物量碳密度为690.80 g C·m^-2,其中紫花针茅群落(196.14 g C·m^-2)和蔷薇群落(177.93 g C·m^-2)具有最高的地上生物量碳密度(AGC);蔷薇(1491.18 g C·m^-2)和紫花针茅-小蒿草群落(1306.51 g C·m^-2)则具有最高的地下生物量碳密度(BGC),且显著高于其他群落类型(P<0.05)。不同群落的BGC在土壤中的垂直分布格局存在较大差异,驼绒藜、盐爪爪、金露梅、紫花针茅、青藏苔草、紫花针茅-小蒿草、蔷薇、固沙草、砂生槐等群落的BGC主要集中在表层土壤(0~10 cm),分布曲线呈指数函数,而华扁穗草群落的BGC则集中在40~60 cm土壤层,分布曲线呈二次函数关系。对草原植物群落的地上-地下生物量碳开展评估,可以提高生物量碳的估算精度,为草原生态管理提供更有力的数据支持。     

封育对高寒草甸植物群落构成及生态位特征的影响

封育是天然草地管理的一种有效措施,利于草地生产力提高和退化草地恢复。该研究通过对青藏高原高寒草甸放牧和封育草地物种多样性、植被构成、植物种生态位特征、草地演替度等分析,解析高寒草甸植物种间关系及草地演替方向。结果表明:(1)封育显著降低了草地群落植物物种数以及α和β多样性指数,显著增加了草地1年生植物种数、地面芽植物种数和地上生物量。(2)放牧草地地上生物量以莎草科(59.7%)和禾本科(23.9%)为主,封育草地地上生物量以禾本科(85.0%)为主;放牧草地优势种为矮嵩草(Kobresia humilis)和线叶嵩草(K.capillifolia),封育草地优势种为垂穗披碱草(Elymus nutans)和早熟禾(Poasp.)。(3)放牧和封育草地的群落植物种重要值均与各自的生态位宽度变化规律一致。(4)草地植物种间竞争主要发生在不同科属植物种之间,封育增加了群落植物种整体生态位重叠值和植物种间竞争。(5)草地群落演替度为封育地放牧地,封育群落处于较稳定状态。研究认为,封育促进了高寒草甸由莎草+杂类草群落向禾草+杂类草群落演替。     

高寒小嵩草草甸牦牛优化放牧强度的研究

高寒小嵩草草甸牦牛放牧强度试验表明:(1)不同放牧强度下各植物类群的地上生物量和总的地上生物量之间差异极显著,莎草科植物地上生物量的百分比组成之间差异极显著,禾本科和杂类草地上生物量的百分比组成之间差异显著,而且禾本科和莎草科(除对照外)植物的地上生物量及其百分比组成随放牧强度的增加而减小,杂类草的变化与之相反;(2)优良牧草比例和草地质量指数与放牧强度之间均呈负相关,而优良牧草比例的年度变化和牦牛个体增重的年度变化之间呈正相关;(3)群落的相似性系数随放牧强度的增加而减小.通过建立植被变化度量指标,认为优良牧草比例的年度变化是评价高寒小嵩草草甸放牧价值的直接度量指标,而相似性系数的变化和草地质量指数的变化与牦牛生产力没有明显的联系,不能反映草场植被放牧价值的变化,只能指示植物群落整体的相对变化程度;牦牛的放牧强度约为1.86头/hm2是小嵩草高寒草甸暖季草场可持续生产而不退化的最大放牧强度.     

青藏高原多年冻土区不同草地生态系统恢复能力评价

草地生态系统恢复能力是评价人类工程活动对青藏高原多年冻土生态系统影响的重要组分.分析了不同草地生态系统干扰带和非干扰带群落特征、植物多样性、草地初级生产力和经济类群,综合评价了青藏高原多年冻土区地上植被在受工程活动干扰后的综合恢复能力.结果表明:经过近20多年的自然恢复,青藏苔草草原、紫花针茅草原、扇穗茅草原、高山嵩草草甸、矮蒿草草甸和藏蒿草沼泽化草甸6种草地的盖度和物种组成均有一定程度的恢复,且草原群落的恢复程度好于草甸群落,但干扰群落仍低于未干扰群落;紫花针茅草原分布区物种多样性恢复好于其他草地类型分布区;干扰带由最初的地上植物生物量全部为0恢复到148.8～489.6 g·m^-2,其中藏嵩草沼泽化草甸干扰带恢复最好,生物量达489.6 g·m^-2;除藏嵩草恢复群落的饲用植物类群组成相对稳定外,干扰后的其他5种草地类型饲用价值降低.高寒草原生态系统的植被综合恢复能力显著高于草甸生态系统.     

不同海拔梯度高寒草地地下生物量与环境因子的关系

以新疆天山南坡的巴音布鲁克高寒草地为对象, 研究了不同海拔梯度高寒草地地下生物量的变化及其与环境因子的关系.结果表明: 随着海拔的升高, 高寒草原、高寒草原化草甸和高寒草甸的地下生物量逐渐增大, 二者呈极显著正相关( P<0.01 ).地下生物量从表层至底层逐渐递减,呈“T”形分布.高寒草原、高寒草原化草甸和高寒草甸0～10 cm土层的地下生物量分别占总地下生物量的68.1%、84.1%和86.7%.地下生物量与大气温度呈极显著负相关, 与相对湿度和土壤含水量呈极显著正相关(P<0.01 ), 而与有机质、速效氮和pH等无显著相关.     

青藏高原高山嵩草高寒草甸不同退化阶段植物群落与土壤养分

选取西藏自治区拉萨市当雄县4块不同退化程度的高山嵩草高寒草甸,采用空间序列代替时间演替的方法,研究不同退化阶段高寒草甸的土壤理化性质和植物群落特征以及二者之间的相关关系。结果表明: 不同退化阶段高寒草甸的土壤有机碳、全氮、速效磷、速效钾、铵态氮、硝态氮和含水量均随土壤退化程度加剧呈降低的趋势,而pH值呈现升高的趋势。中度退化草甸的植物群落高度、丰富度指数、多样性指数、均匀度指数最大。群落盖度、总生物量均为未退化草甸最大、重度退化草甸最小。随着草甸退化程度加剧,莎草科生物量及比例下降,豆科和杂类草生物量及比例增加,禾本科生物量及比例先增加后减小;草甸植物群落地上生物量与土壤有机碳、全氮、全磷含量和土壤含水量呈显著正相关,与土壤pH值呈显著负相关。随着草甸植被的退化,土壤退化加重,最终表现为草地生产力显著下降。     

退化梯度上滇西北高寒草甸植物地上形态及生物量变化特征

受气候暖干化和旅游干扰等因素影响,滇西北高寒草甸出现了明显的退化趋势。为探究滇西北高寒草甸退化过程中植物地上形态和生产力的变化规律,在香格里拉市依据游径宽度确定了3个草甸退化梯度:一级退化(R1),二级退化(R2)和对照(CK),并于2018年7月进行野外调查,获取禾本科、莎草科和杂类草3个功能群植物的株高、开展度、叶长、叶宽、叶片长宽比等地上形态指标及植株地上生物量数据,构建各功能群植物生存状态指数(Vegetation living state, VLS)。结果表明:1)禾本科植物的植株高度、植株开展度、叶片长度和叶片长宽比随退化程度增加而减小。莎草科植物的植株高度、叶片长度和叶片长宽比随退化程度增加而减小。杂类草植物的所有的地上形态指标均随退化程度增加而减小;2)随退化程度增加,3个功能群植物的地上生物量均显著下降(P0.05);3)随退化程度增加,禾本科、莎草科和杂类草植物的VLS均减小。退化梯度上3个功能群植物的VLS排序也发生了变化:CK样地中植物VLS的排序为杂类草莎草科禾本科;R1和R2样地中,莎草科植物的VLS显著高于禾本科和杂类草,但禾本科和杂类草植物之间的VLS没有显著差异;4)草甸植物VLS与植物地上生物量之间的线性回归关系随退化程度增加而减弱。研究表明不同功能群植物地上形态的差异性变化可能增加滇西北退化高寒草甸植物生产力预测的不确定性。     

围封与放牧对青藏高原草地生物量与功能群结构的影响

以青藏高原高寒草甸、高寒草原、温性荒漠草原的退化草地为基础,比较了5年围封样地与放牧样地的生物量和群落结构。结果表明:(1)围封后3类草地地上总生物量较放牧样地分别显著增加了48.1%、10.8%、34.5%;地下生物量对围封的响应与地上总生物量一致,且围封后高寒草原0~10cm土层根系生物量比例较放牧地显著下降。(2)围封显著降低了高寒草甸的根冠比,高寒草原和温性荒漠草原无显著变化。(3)与放牧地相比,围封显著增加了高寒草甸和高寒草原禾本科植物的生物量比例,高寒草甸杂类草显著降低,温性荒漠草原功能群生物量比例无显著差异。     

青藏高原北部多年冻土区草地植物多样性

研究了青藏高原北部多年冻土区草地群落植物多样性的特征。研究表明 :草地群落间丰富度指数差异不显著 ,均匀度指数和多样性指数差异显著 (P<0 .0 5 )。均匀度指数表现为高山嵩草 (Kobresia pygmaea)草甸 <紫花针茅 (Stipa purpurea)草原 <矮嵩草 (K.humilis)草甸 <青藏苔草 (Carex moorcroftii)草甸 ,多样性指数表现为高山嵩草草甸 <矮嵩草草甸 <紫花针茅草原<青藏苔草草甸。修路时破坏的矮嵩草草甸在次生恢复过程中 ,离公路 10 0 m处群落的丰富度指数 ,均匀度指数和多样性指数大于原生群落 ,而原生群落的多样性又大于 30 m和 5 0 m处群落的多样性。地上草地群落植物多样性伴随地下冻土退化过程表现为 ,以 1m2样方统计时 ,各个演替群落间的丰富度指数差异不显著 ,而以 10 0 m2样条统计时 ,高寒草甸和草原化草甸的丰富度指数显著大于沼泽草甸和稀疏草原 (P<0 .0 5 ) ,但均匀度和多样性指数在两种统计面积时均表现为先增加后下降的变化趋势。     

高寒嵩草草甸植物群落数量特征对不同利用强度的短期响应

以时空转换的方法确定典型高寒嵩草草甸演替过程的4个关键阶段,以此为研究对象,探讨冬春放牧对高寒草甸生态系统植物功能群数量特征的影响,及在现有放牧制度下不同退化程度草甸植物群落数量特征对禁牧和减牧的响应。结果表明:当禾本科功能群在群落中的地位大于等于莎草科功能群时,减牧可以提高禾本科和莎草科功能群而降低杂类草功能群在群落中的地位;禁牧可以提高禾本科和杂类草功能群而降低莎草科功能群在群落中的地位。当莎草科功能群在群落中的地位大于禾本科功能群,且莎草科功能群以根茎密丛型植物为优势种时,放牧强度降低可以提升禾本科功能群但降低莎草科功能群在群落中地位;而莎草科功能群以密丛型植物为优势种时,放牧强度降低可增加莎草科功能群在群落中的地位,而禾本科功能群在群落中地位的变化取决于草地中裂缝的性质,一定强度的裂缝可以增加禾本科功能群在群落中的地位。因此,退化高寒嵩草草甸自我恢复方式的选择取决于可食性牧草组分、地表特征及恢复目标。当可食性牧草以禾本科功能群为优势种(或禾本科同莎草科功能群为共优种)时,减牧容易提高草地的牧用价值,而禁牧容易增加草地中杂类草功能群的比例,不利于畜牧业生产;当高寒嵩草草甸可食性牧草以莎草科功能群为优势种时,禁牧较减牧更容易加快其牧用性的恢复。小嵩草草甸草毡表层开裂期为该演替系列的激变期,而由于冻融交替形成的裂缝是草地恢复的新生带,如加以利用可以加速草地恢复。     

Changes in individual plant traits and biomass allocation in alpine meadow with elevation variation on the Qinghai-Tibetan Plateau

Plant traits and individual plant biomass allocation of 57 perennial herbaceous species, belonging to three common functional groups (forbs, grasses and sedges) at subalpine (3700 m ASL), alpine (4300 m ASL) and subnival (⩾5000 m ASL) sites were examined to test the hypothesis that at high altitudes, plants reduce the proportion of aboveground parts and allocate more biomass to belowground parts, especially storage organs, as altitude increases, so as to geminate and resist environmental stress. However, results indicate that some divergence in biomass allocation exists among organs. With increasing altitude, the mean fractions of total biomass allocated to aboveground parts decreased. The mean fractions of total biomass allocation to storage organs at the subalpine site (7%±2% S.E.) were distinct from those at the alpine (23%±6%) and subnival (21%±6%) sites, while the proportions of green leaves at all altitudes remained almost constant. At 4300 m and 5000 m, the mean fractions of flower stems decreased by 45% and 41%, respectively, while fine roots increased by 86% and 102%, respectively. Specific leaf areas and leaf areas of forbs and grasses deceased with rising elevation, while sedges showed opposite trends. For all three functional groups, leaf area ratio and leaf area root mass ratio decreased, while fine root biomass increased at higher altitudes. Biomass allocation patterns of alpine plants were characterized by a reduction in aboveground reproductive organs and enlargement of fine roots, while the proportion of leaves remained stable. It was beneficial for high altitude plants to compensate carbon gain and nutrient uptake under low temperature and limited nutrients by stabilizing biomass investment to photosynthetic structures and increasing the absorption surface area of fine roots. In contrast to forbs and grasses that had high mycorrhizal infection, sedges had higher single leaf area and more root fraction, especially fine roots.     

广西黄冕林场次生常绿阔叶林生物量及净第一性生产力

应用相对生长法和样方收获法,测定了广西黄冕林场天然次生常绿阔叶林的地上、地下生物量及林分净第一性生产力．阔叶林总生物量为99．96t·hm^-2,其中地上部分占69．41％,地下部分(根系)占30．59％．林分叶面积指数为6．50．全林净第一性生产力为24．65t·hm^-2·年^-1,其中地上部分占44．54％。根系占55．46％．     

长白山暗针叶林苔藓植物生物量的研究

在长白山北坡暗针叶林对地面和树附生苔藓植物的生物量进行了测定．地面生苔藓采取样带调查取样法测定,树附生苔藓应用McCune方法对树干和树枝的附生苔藓生物量都做了细致的测定．结果表明,长白山暗针叶林中的苔藓植物分布很不均匀,随海拔变化差异很大,海拔1100m最低,仅为543kg·hm^-2;海拔1250m最高,达5097kg·hm^-2．苔藓植物生物量的变化对生境有很好的指示作用,特别是塔藓和拟垂枝藓的生物量随海拔的变化与森林系统的群落学特点有一定的相关性：在海拔1100～1700m,塔藓的生物量与臭冷杉的重要值变化趋势相近,随海拔升高而减少;拟垂枝藓的生物量与鱼鳞云杉重要值的变化趋势相似,随海拔升高而增加．此外,生物量随海拔的变化表明了不同苔藓植物对环境条件要求的差异,拟垂枝藓比塔藓水分条件要求更高．因此,生物量的研究在植物生理上也有一定的指示作用．     

Inter-annual variability of NDVI in response to long-term warming and fertilization in wet sedge and tussock tundra

This study explores the relationship between the normalized difference vegetation index (NDVI) and aboveground plant biomass for tussock tundra vegetation and compares it to a previously established NDVI–biomass relationship for wet sedge tundra vegetation. In addition, we explore inter-annual variation in NDVI in both these contrasting vegetation communities. All measurements were taken across long-term experimental treatments in wet sedge and tussock tundra communities at the Toolik Lake Long Term Ecological Research (LTER) site, in northern Alaska. Over 15 years (for wet sedge tundra) and 14 years (for tussock tundra), N and P were applied in factorial experiments (N, P and N+P), air temperature was increased using greenhouses with and without N+P fertilizer, and light intensity was reduced by 50% using shade cloth. during the peak growing seasons of 2001, 2002, and 2003, NDVI measurements were made in both the wet sedge and tussock tundra experimental treatment plots, creating a 3-year time series of inter-annual variation in NDVI. We found that: (1) across all tussock experimental tundra treatments, NDVI is correlated with aboveground plant biomass (r ²=0.59); (2) NDVI–biomass relationships for tussock and wet sedge tundra communities are community specific, and; (3) NDVI values for tussock tundra communities are typically, but not always, greater than for wet sedge tundra communities across all experimental treatments. We suggest that differences between the response of wet sedge and tussock tundra communities in the same experimental treatments result from the contrasting degree of heterogeneity in species and functional types that characterize each of these Arctic tundra vegetation communities.     

青藏高原矮嵩草草甸地下和地上生物量分配格局及其与气象因子的关系

基于2006—2015年青海海北站10年生物量及气候因子监测数据,分析了青藏高原高寒矮嵩草草甸生物量的季节及年际动态,并探讨了气候因子对其影响。结果表明:(1)季节尺度上,高寒矮嵩草草甸地上生物量表现为单峰变化曲线,8月为其峰值点,为(345.72±27.01) g/m~2,代表了高寒草甸的地上净初级生产力。而地下根系的现存量变化较为复杂,其中5—7月呈现持续上升趋势,8月快速下降,之后9月份急剧,且各月份之间未达到显著水平(P0.05);年际尺度上,10年间高寒矮嵩草草甸地上生物量整体呈现波动增加趋势,2014年为其峰值点,达(437.12±32.01) g/m~2。地下生物量呈现波动性变化,变异较大,10年间平均值为(2566.99±138.11) g/m~2;(2)高寒草甸光合产物分配主要分布在地下,80%地下根系生物量分布于地表0—10 cm土层,且不同土层根系生物量占总地下生物量的比值在不同月份较为稳定。(3)气候因子中,大气相对湿度是影响高寒草甸地上生物量大小的主要因素;而气候因子对地下根系生物量的影响极为微弱。研究表明,高寒嵩草草甸对环境变化具有较高的自我调节能力,且高寒草甸的演化受制于人类干扰,而非气候变化。     

长期水陆周期性变化条件下香根草形态性状和生物量分配的可塑性

香根草是能够长期适应三峡水库消落带生境的少数物种之一。虽然国内对香根草的引种栽培和研究已有几十年的历史，但是对香根草在三峡库区消落带长期水陆周期性变化条件下的生态适应对策还知之甚少。为此，以2008年在三峡水库巫山段消落带建立的香根草引种栽培试验示范基地为研究平台，在2016年对海拔166—169 m、169—172 m和172—175 m区段的香根草的形态性状、生物量及其分配特征进行了研究。结果表明：(1)海拔166—169 m香根草的分蘖株数、平均株高、节间数量、节间长度、叶片数/分蘖株、叶片数/丛、叶片长等各指标值均低于海拔169—172 m和海拔172—175 m,海拔166—169 m与其它海拔区段的节间数量差异显著(P<0.05);(2)海拔166—169 m香根草的根系数量最少，但根系长度最长；(3)海拔166—169 m无节间的香根草株数最多，且与海拔172—175 m和海拔169—172 m差异显著(P<0.05);(4)不同海拔区段香根草的总生物量大小表现为海拔172—175 m>海拔169—172 m>海拔166—169 m,且海拔166—...     

Response of Alpine Plants to Nitrogen Addition on the Tibetan Plateau: A Meta-analysis

To identify the general effects of nitrogen addition on alpine plants, we used a meta-analysis approach to synthesize 599 observations from 51 studies on the Tibetan Plateau. Nitrogen addition significantly increased plant height by 19.0 %, plant biomass by 29.7 %, graminoid aboveground biomass by 89.8 %, and sedge aboveground biomass by 75.6 % but significantly decreased legume aboveground biomass by 34.5 %, forb aboveground biomass by 23.8 %, and species richness by 11.2 %. The effect of nitrogen addition on aboveground plant biomass and plant height increased with increasing the nitrogen addition rate. The effect of nitrogen addition on plant height increased with increasing mean annual precipitation but decreased with increasing mean annual temperature. Our findings suggested that the effect of nitrogen addition on alpine plants varied with plant functional types and nitrogen addition rate. In addition, climatic warming and precipitation changes may regulate the response of alpine plants to nitrogen addition on the Tibetan Plateau.     

缺苞箭竹密度对其生物量分配格局的影响

研究了一个生长季节内缺苞箭竹(Fargesiadenudata)紫果云杉(Piceapurpurea)原始林下不同密度缺苞箭竹群落的生物量及其分配格局.结果表明,缺苞箭竹群落生物量、净生产量、平均单株生物量、地上部分生物量、地下部分生物量随密度的增加而增大,而缺苞箭竹地上部分净增长率却随密度的增加而降低.在一个生长季节内,缺苞箭竹地上部分与地下部分生长相关性随密度的增加而增大.除指数生长期(7、8月)外,缺苞箭竹地上部分/地下部分生物量比在生长季节内随密度增加而增大,但在缺苞箭竹生长的指数生长期,中等密度有较大的地上部分/地下部分生物量比.缺苞箭竹生物量在各器官的分配取决于密度和生长时期,密度对缺苞箭竹的生物量分配格局有显著影响.