高寒矮嵩草草甸物种多样性与功能多样性对初级生产力的影响

自然生态系统中植物物种多样性是否随功能多样性变化而影响初级生产力的问题存在很大争议。在高寒矮嵩草草甸,对不同放牧强度、不同利用格局和土壤资源水平的4种生境（Ⅰ.畜圈：重度放牧、资源丰富;Ⅱ.牧道：中度放牧、资源适中;Ⅲ.人工草地：轻-中度放牧、资源贫乏;Ⅳ.封育草地：不放牧、资源贫乏）中物种多样性与功能多样性的变化及其对初级生产力的影响进行了研究。结果表明：物种多样性在牧道生境最高,符合中度干扰理论的预测;人工草地物种多样性低但功能多样性却最高;封育草地物种多样性和功能多样性均较高;物种多样性与地上生物量呈正相关,而功能多样性则与地上生物量呈负相关。表明功能多样性不随物种多样性而变化,二者可能在一定程度上是相互独立地作用于生产力的。群落生产力和生物多样性受生境资源、物种特征、放牧历史和放牧强度等因素的综合影响。     

高寒草甸群落植物多样性和初级生产力沿海拔梯度变化的研究

 对不同海拔梯度高寒草甸群落植物多样性和初级生产力关系的研究结果表明：1）不同海拔梯度上,中间海拔梯度群落植物多样性最高,即物种丰富度、均匀度和多样性最大;2）不同海拔梯度上,群落生产力水平和物种丰富度中等时,物种多样性最高;3）随着海拔的逐渐升高,地上生物量逐渐减少;4）地下生物量具有“V”字形季节变化规律,在牧草返青期和枯黄期地下生物量最大,7月最小,且地下生物量主要分布在0～10 cm的土层中。地下生物量垂直分布呈明显的倒金字塔特征。     

基于地形因素的高寒草甸土壤温湿度和物种多样性与初级生产力关系研究

山地是高寒草甸的主要分布区,地形变化引起了土壤温湿度和物种的差异性分布,进而影响到草地生态系统生产功能。为明晰高寒草甸山地环境因子(土壤温湿度)和物种多样性(丰富度、多度、均匀度、优势度)与初级生产力的关系,本研究以青藏高原东北缘马牙雪山支脉的高寒草甸山体为研究对象,选择阶地、阴坡、山脊和阳坡与3个海拔梯度段,调查了189个样方的植物群落组成和土壤温湿度。采用线性回归法分析土壤温湿度和物种多样性与初级生产力之间的关系。结果表明:(1)以山地高寒草甸整体为研究单元,初级生产力只随物种多度的增加而显著增加(R~2=0.07 P=0.01)。(2)坡向影响初级生产力的因素不同,阴坡初级生产力与物种丰富度正线性相关;山脊初级生产力与土壤湿度正线性相关,也随物种丰富度增加而显著增加;阳坡初级生产力与物种多度正线性相关;阶地初级生产力随均匀度增加而显著增加,随优势度增加而显著降低。(3)只有低海拔区(2860-2910 m)初级生产力随物种多度和丰富度的增加而显著增加。综上所述,山地高寒草甸土壤温湿度和物种多样性与初级生产力关系受坡向比海拔的影响更大,且物种多样性对初级生产力的影响大于土壤温湿度。建议山地高寒草甸生态系统生产和生态管理过程中要重点考虑坡向对植物多样性和初级生产力的影响。     

念青唐古拉山南坡高寒草甸生产力对温度和降水变化的敏感性及其海拔分异

目前人们仍不清楚不同海拔高寒草地植被生长对气候变化的敏感性差异及其与最适宜海拔分布中心的关系。利用西藏当雄县念青唐古拉山南坡7个海拔梯度固定样地的高山嵩草草甸地上净初级生产力(ANPP)观测数据(2009—2013),建立了ANPP与同期遥感植被指数(MODIS NDVI)的线性回归方程。基于长时间序列的NDVI数据,利用建立的回归方程估算了研究区2000—2013年的ANPP。结合沿海拔梯度的HOBO气象站数据(2006—2013)及当雄县气象站数据(2000—2013),分析了2000—2013年该地区高寒草甸ANPP对降水和温度变化的敏感性及其随海拔的变化规律。结果表明:(1)多年平均ANPP随海拔的变化均表现为先增加后降低的单峰分布格局,最大值出现在海拔4893—4942 m,说明在海拔梯度上存在一个最适宜高寒草甸植被生长的分布中心;(2)ANPP与生长季降水量(GSP)呈正相关关系,与生长季平均气温(GST)呈负相关关系,其相关斜率的绝对值(指示ANPP的降水敏感性和温度敏感性大小)与ANPP的海拔格局具有相反的变化趋势,即在最适宜高寒草甸植被生长的海拔分布中心附近,ANPP对降水和温度变化的敏感性最低,而在远离该分布中心的较高和较低海拔,ANPP对降水和温度变化的敏感性则相对较大。研究明确了高寒草甸ANPP对降水和温度变化的敏感性随海拔的分异性及其与高寒草甸最适宜海拔分布中心的关系,这有助于理解沿海拔梯度不同水热组合环境下高寒生态系统对未来气候变化的响应模式。     

青藏高原高寒草甸植物生产力对氮添加和降水改变的响应

植物生产力作为维持高寒草甸生态系统多功能性的核心要素,阐明其对全球变化的响应机理是预测高寒生态系统功能演变的重要基础。基于2017年在青藏高原东北缘建立的氮添加(10 g m^-2 a^-1)和降水调控(±50%自然降水)双因素随机区组试验平台,监测了2024年植物地上、地下(0-40 cm)生产力及土壤养分动态,以揭示氮、水耦合对高寒草甸植物生产力的调控路径。结果表明:(1) 氮、水交互对群落地上净初级生产力(ANPP)产生加性效应,但其驱动强度在不同植物功能群间存在显著差异;氮添加(N)使ANPP提升30.0%,而减水处理(CK-50%)导致ANPP下降30.0%。(2) 除增水处理(CK+50%)外,其他试验处理下表层(0-10 cm)土壤pH显著下降,深层(10-40 cm)土壤pH升高,但土壤有机碳、氮、磷含量未发生显著变化。(3) 氮、水试验处理整体导致地下净初级生产力、根系周转率和生态系统净初级生产力分别下降26.1%、21.3%和17.3%。研究结果揭示氮沉降和降水格局改变通过植物功能群分异和根系碳分配策略调控植被生产力,削弱植被的碳吸收能力,为全球变化背景下青藏高原高寒草甸碳汇功能评估提供了地下过程的理论依据。     

青藏高原两种高寒草地植被变化及其水温驱动因素分析

高寒草甸和高寒草原作为青藏高原两种重要植被类型,研究其植被变化与气候变化相关性,有助于为青藏高原两种高寒草地生态系统应对全球气候变化管理提供参考。以位于同纬度的三江源高寒草甸和阿里高寒草原为研究对象,基于植被净初级生产力(Net Primary Productivity, NPP)变化表征植被变化,利用NPP数据和气象数据,分别分析两地2000—2017年植被NPP、降水和气温时空变化差异;利用Sen+Mann-Kendall趋势检验,研究两种高寒草地气候与植被净初级生产力变化趋势;以县域统计年鉴牛羊肉产量表征放牧强度,研究放牧活动对高寒草地植被变化的影响;通过Pearson相关和偏相关分析方法,分别研究降水和气温对两种高寒草地植被NPP变化影响差异。研究结果表明:(1)2000—2017年三江源高寒草甸和阿里高寒草原区年平均气温以0.085℃/a和0.084℃/a的趋势上升,降水以平均每年3.87 mm和2.23 mm的趋势增加,高寒草甸区变暖变湿速率较高寒草原区快。(2)三江源高寒草甸和阿里高寒草原植被NPP均呈现由东南向西北逐渐降低空间格局;2000—2017年高寒草甸区57.7...     

青藏高原区退化高寒草甸植被和土壤特征

高寒草甸约占青藏高原草地的46.7%,是我国草地生态系统重要的组成部分。近年来,在气候变化和人为活动的影响下,高寒草甸生态系统退化严重,植被和土壤均呈现出不同的退化趋势。在大空间尺度上表现为草地覆盖度下降,杂草类植被增加,土壤退化甚至沙化;在微观尺度上,退化高寒草甸的土壤粒径、土壤微生物和土壤酶也发生改变。本研究从高寒草甸物种多样性、植物群落结构、植被生物量、土壤物理性质、土壤微生物、土壤酶和土壤养分等方面,分析了高寒草甸生态系统退化过程中植被和土壤的变化特征,提出当前研究中存在的一些不确定性和有待深入研究的问题,为全面了解高寒草甸的退化机制和规律、有效干预高寒草甸生态系统和恢复生态功能提供科学依据。     

草地植物生产力主要影响因素研究综述

草地是全球分布面积最大的陆地生态系统,植物初级生产力是反映草地功能的重要指标。从植物种多样性、资源有效性、放牧、退化草地恢复和气候变化等方面较系统综述了影响草地植物生产力的关键要素和驱动力。大量研究表明,植物多样性与生产力的关系尚未有一致的结论,依据试验地点、起始状态甚至度量指标不同而不同;特别是资源有效性调节着生产力水平并对植物多样性和生产力关系产生显著影响;放牧改变了植物群落特征和养分有效性进而影响生产力的形成过程,也改变了资源有效性-植物多样性-生产力之间的关系;对于退化生态系统,在退化草地恢复过程中植物与土壤资源有效性的互作效应对植物生产力的变化起着关键作用;而在未来气候变化特别是增温对植物生产力的影响因地点和生态系统的不同而异,但多数研究结果显示增温提高了草地植物生产力。与国外其它草地分布区相比,国内的相关研究不仅在数量上明显不足,更重要是欠缺机理上的深入研究。在放牧和未来气候变化背景下如何维持和提高草地生产力,如何加速退化草地生态系统的恢复,进而实现生态安全建设和经济社会协调发展,是我国当前急需解决的理论和实践问题。     

青藏高原高寒草甸生态系统的恢复能力

近年来,青藏高原高寒草甸生态系统呈现退化的趋势.本文利用中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站多年观测的长时间序列数据,采用定量方法度量高寒草甸自然生态系统的恢复能力,评估该系统的持久性,并结合系统现状提出避免系统崩溃的对策.结果表明,高寒草甸净初级生产力的动态行为以对降水和气温的即时直接响应为主.无论是净初级生产力对自身的\"记忆\"程度,还是主要气候因子对初级生产力的\"滞后\"作用,均比较微弱,说明高寒草甸生态系统有较强的恢复能力,即有较强的持久能力.与世界其他地区草地生态系统恢复能力度量结果相比较,高寒草甸生态系统显示较强的恢复能力.科学地利用高寒草地资源,积极恢复治理退化草地,是维持脆弱的高寒草甸生态系统持久的关键.     

高原鼢鼠对高寒草甸植被特征及生产力的影响

本研究结果表明,高原鼢鼠栖息10年的斑块,植物群落的物种数减少,植物物种多样性指数下降,地上、地下总生物量显降低,单子叶和可利用双子叶植物生物量极显减少,但不可利用双子叶植物生物量显增加。高原鼢鼠去除5年后,斑块内植物群落的单子叶植物物种数增加,而双子叶植物下降,植物群落物种多样性指数下降,地上、地下总生物量显增加,单子叶和可利用双子叶植物生物量增加极显,不可利用双子叶植物生物量显降低。高原鼢鼠栖息10年的斑块,净初级生产量较未栖息地区减少68.98%。高原鼢鼠去除5年后,净初级生产量增加,但仅达到未栖息地区的58.69%。     

黄河源区高寒草甸裸露斑块形成机理与生态修复关键限制因子

为探讨黄河源区斑块化退化高寒草甸可持续恢复技术,通过野外调查和室内盆栽验证试验相结合的方法研究了黄河源区健康草甸和高原鼠兔(Ochotona curzoniae)引起的退化斑块土壤质地组成,以及室内盆栽植物地上生物量和土壤特征等关键因子的变化规律,阐明了黄河源区高寒草甸裸露斑块的形成机理与生态修复关键限制因子。结果表明:健康草甸主要由土壤颗粒、根系和石块三部分组成。各组分单位重量占比从大到小依次为土壤颗粒(0.65±0.013)、根系(0.11±0.003)和石块(0.02±0.001)。各组分单位体积占比从大到小依次为根系(0.62±0.003)、土壤颗粒(0.30±0.004)和石块(0.06±0.002)。不同退化斑块间土壤质地组成(砂粒、粉粒和黏粒)差异均不显著(P > 0.05)。高寒草甸的破碎化,导致草甸根系死亡,斑块土壤颗粒自然沉降形成裸露斑块。室内花盆裸露斑块土壤镇压处理可显著提高植物地上生物量(P < 0.05)。土壤湿度、蓄水量、容重、电导率、紧实度、粘聚力和根-土-石块复合体抗剪强度随花盆土壤镇压深度的增加而显著增加(P < 0.05)。土壤水分是影响高原鼠兔扰动形成不同退化斑块生态修复的关键限制因子。裸露斑块通过镇压显著增加土壤蓄水量(P < 0.05)。研究结果表明,人工撒施有机肥和补播牧草后,不同退化斑块生态修复有效镇压深度控制在10-15 cm,补播的禾本科牧草能顺利发芽并出苗,植物生长表现最好。     

青藏高原高寒草地生物多样性与生态系统功能的关系

生物多样性和生态系统功能(BEF)之间的关系是目前陆地生态系统生态学研究的热点, 对于生态系统的高效利用与管理意义重大, 而且对于退化生态系统功能的恢复及生物多样性的保护有重要的指导作用。高寒草地是青藏高原生态系统的主体, 近年来, 在气候变化与人为干扰等因素的驱动下, 高寒草地生态系统功能严重衰退。为此, 本文在综述物种多样性和生态系统功能及其相互关系研究进展的基础上, 首先从地下生态学过程研究、全球变化对生态系统多功能性的影响等方面解析了目前关于草地生物多样性和生态系统功能研究中存在的问题。继而, 从不同草地类型、草地退化程度、放牧、模拟气候变化、刈割、施肥、封育和补播等干扰利用方式对高寒草地物种多样性与生态系统功能的影响进行了全面的评述。并指出了高寒草地BEF研究中存在的不足, 今后应基于物种功能多样性开展高寒草地BEF研究, 全面且综合地考虑非生物因子(养分资源、外界干扰、环境波动等)对生物多样性与生态系统功能之间关系的影响, 关注尺度效应和要素耦合在全球气候变化对高寒草地BEF研究中的作用。最后, 以高寒草地BEF研究进展和结论为支撑依据, 综合提出了高寒草地资源利用和生物多样性保护的措施与建议: 加强放牧管理, 保护生物多样性; 治理退化草地, 维持生物多样性功能; 加强创新保护理念, 增强生态系统功能。     

Ocean acidification and rising temperatures may increase biofilm primary productivity but decrease grazer consumption

Climate change may cause ecosystems to become trophically restructured as a result of primary producers and consumers responding differently to increasing CO₂ and temperature. This study used an integrative approach using a controlled microcosm experiment to investigate the combined effects of CO₂ and temperature on key components of the intertidal system in the UK, biofilms and their consumers (Littorina littorea). In addition, to identify whether pre-exposure to experimental conditions can alter experimental outcomes we explicitly tested for differential effects on L. littorea pre-exposed to experimental conditions for two weeks and five months. In contrast to predictions based on metabolic theory, the combination of elevated temperature and CO₂ over a five-week period caused a decrease in the amount of primary productivity consumed by grazers, while the abundance of biofilms increased. However, long-term pre-exposure to experimental conditions (five months) altered this effect, with grazing rates in these animals being greater than in animals exposed only for two weeks. We suggest that the structure of future ecosystems may not be predictable using short-term laboratory experiments alone owing to potentially confounding effects of exposure time and effects of being held in an artificial environment over prolonged time periods. A combination of laboratory (physiology responses) and large, long-term experiments (ecosystem responses) may therefore be necessary to adequately predict the complex and interactive effects of climate change as organisms may acclimate to conditions over the longer term.     

Effect of warming and grazing on litter mass loss and temperature sensitivity of litter and dung mass loss on the Tibetan plateau

Knowledge about the role of litter and dung decomposition in nutrient cycling and response to climate change and grazing in alpine ecosystems is still rudimentary. We conducted two separate studies to assess the relative role of warming and grazing on litter mass loss and on the temperature sensitivity of litter and dung mass loss. Experiments were conducted for 1–2 years under a controlled warming–grazing system and along an elevation gradient from 3200 to 3800 m. A free‐air temperature enhancement system (FATE) using infrared heaters and grazing significantly increased soil temperatures (average 0.5–1.6 °C) from 0 to 40 cm depth, but neither warming nor grazing affected soil moisture except early in the growing seasons at 30 cm soil depth. Heaters caused greater soil warming at night‐time compared with daytime, but grazing resulted in greater soil warming during daytime compared with night‐time. Annual average values of the soil temperature at 5 cm were 3.2, 2.4 and 0.3 °C at 3200, 3600 and 3800 m, respectively. Neither warming nor grazing caused changes of litter quality for the first year of the controlled warming–grazing experiment. The effects of warming and grazing on litter mass losses were additive, increasing litter mass losses by about 19.3% and 8.3%, respectively, for the 2‐year decomposition periods. The temperature sensitivity of litter mass losses was approximately 11% °C^?1 based on the controlled warming–grazing experiment. The annual cumulative litter mass loss was approximately 2.5 times that of dung along the elevation gradient. However, the temperature sensitivity (about 18% °C^?1) of the dung mass loss was about three times that of the litter mass loss. These results suggest greater warming at night‐time compared with daytime may accelerate litter mass loss, and grazing will enhance carbon loss to atmosphere in the region through a decrease of litter biomass and an increase of dung production with an increase of stocking rate in future warmer conditions.     

放牧干扰下高寒草甸物种多样性指数评价与选择

在青藏高原东北缘高寒草甸设置6个放牧强度样地,连续4年研究10个多样性指数(Richness和Abundance 2个实测指数,优势度指数、均匀度指数、丰富度指数和综合指数各2个)对放牧强度和年限影响植物群落的解释能力.结果表明: 相对于重要值,利用多度计算的多样性指数对放牧干扰更敏感.优势度指数(Berger-Parker、Dominance)与放牧强度和年限均无关,不能将放牧干扰对群落优势种的影响有效区分.均匀度指数(Equitability、Evenness)均与放牧强度无关,但Evenness指数与放牧年限呈显著负相关,不受偶见种影响且与物种多度的变异系数呈显著正相关,在基于时间尺度的均匀度比较中可以选择Evenness指数.丰富度指数(Menhinick、Margalef)均与放牧年限无关,但Margalef指数与放牧强度呈显著正相关,且不受偶见种影响.综合指数(Shannon、Simpson)均与放牧强度无关,但Shannon指数与物种丰富度和多度呈显著正相关,且随放牧年限增加而显著升高,不受偶见种影响,Shannon指数可用于在长时间尺度下比较物种多样性变化.在所有多样性指数中,只有实测物种丰富度和多度均与放牧强度呈显著负相关,与放牧年限呈显著正相关,且不受偶见种影响,故实测物种丰富度和多度相结合可作为放牧干扰下多样性比较的首选指标.此外,多样性指数选择须考虑放牧干扰的强度与时间特征、多样性组分和研究目的.