喀斯特地区不同石漠化程度草地根系分解与周转特征

为探明喀斯特地区不同草地根系动态及其对石漠化的响应,本文以3种不同石漠化程度（潜在、中度和强度）的草地为研究对象,采用连续根钻法和分解袋法,于2017年3月-2018年1月,分析了不同石漠化草地的根系垂直分布、季节动态、分解、周转及其与土壤因子的关系。结果表明,3种石漠化草地的根系生物量随着土层的深度增加呈逐渐降低的趋势,潜在和中度石漠化草地的根系生物量均呈现明显的单峰型季节变化,强度石漠化草地的根系生物量变化不显著。3种石漠化草地的根系分解速率受土壤有机碳、全钾、全氮、含水量、电导率、温度等的影响显著,随分解时间均表现为\"快-慢-快\"的变化趋势,根系的年分解率分别为64%、56%和58%。3种草地根系完全分解（分解率为95%）时,分别需要1174天、1351天和1878天。随石漠化程度的加剧,3种草地的根系周转速率呈逐渐降低的趋势,分别为1.70次/a、1.36次/a和0.87次/a。     

气候变化背景下中国天然草地物候特征及其气候驱动因子

草地物候特征及其对气候变化的响应是生态学研究热点。基于2001-2023年 MODIS NDVI 数据,采用动态阈值、回归分析、Theil-Sen趋势及Hurst指数等方法,分析中国天然草地物候时空动态特征及其气候因子响应机制。结果表明:中国天然草地返青期提前,枯黄期推迟,生长季延长,空间上由北向南、由西向东递增。Hurst 指数预测显示,大部分区域草地物候将延续上述趋势,少数呈反持续性。生长季长度受年均温与降水共同影响,降水影响程度显著大于气温。热性、暖性及温性草地对降水更敏感,高寒草地对温度更敏感。研究为草地可持续管理及应对气候变化提供科学依据。     

森林生态系统细根周转规律及影响因素

根系周转是陆地生态系统碳循环的关键过程, 对研究土壤碳库变化及全球气候变化均具有重要意义。然而由于根系周转率的测量计算方法较多, 不同方法得出的结果差异较大, 且目前对全球区域尺度上森林生态系统根系周转的研究还不够充分, 使得全球森林生态系统根系周转变化规律仍不清楚。该研究通过收集文献数据并统一周转率计算方法, 对全球5种森林类型的细根周转空间格局进行整合, 同时结合土壤理化性质和气候数据, 得出影响森林生态系统细根周转的因子。结果表明, 不同森林类型细根周转率存在显著差异, 且随着纬度的升高逐渐降低; 森林生态系统细根周转率与年平均温度和年平均降水量呈正相关; 森林生态系统细根周转率与土壤有机碳含量呈正相关但与土壤pH值呈负相关。该研究为揭示森林生态系统细根周转规律及机制提供了科学依据。     

增温增水对草地生态系统碳循环关键过程的影响

生态系统碳循环是生态系统过程的重要组成部分,对碳循环关键过程机理的研究有助于更好地理解生态系统过程。目前,气候变化（全球变暖、降水时空格局变化）对草地生态系统过程产生了重要的影响。综述了气候变化（温度和降水变化）对草地生态系统碳循环关键过程（植物生产力、植物物候、植物根系周转、生态系统呼吸和生态系统净碳交换）的影响,在此基础上指出了目前气候变化（温度和降水变化）控制试验研究的不足,并进一步提出了今后应该加强研究的方向。     

西藏高寒草地物种多样性和生产力的环境驱动机制

全球变暖影响物种多样性和生产力及其关系。关于全球和区域的物种多样性与生产力关系已有许多研究,但气候变暖背景下西藏高寒草地物种多样性与生产力的关系及其环境驱动机制研究仍然很少。基于西藏高寒草地实测的35个样点调查数据,利用回归分析、Pearson相关性分析、方差分解和结构方程模型等方法,探究了物种多样性和生产力的关系及其影响机制。研究发现:(1)高寒草地的物种丰富度指数和香农-威纳指数与地上植被净初级生产力(ANPP)呈显著正相关关系,且ANPP对物种丰富度指数的变化更为敏感;(2)物种丰富度指数与经度、土壤有效氮、土壤有效磷、年降水量呈显著正相关;Shannon-Wiener指数与海拔和纬度呈显著负相关,与年均温度呈显著正相关;ANPP与经度、土壤有效氮、年降水量和年均温度呈显著正相关,与海拔、纬度和土壤有效钾呈显著负相关;(3)地理因子、土壤养分和气候因子的交互作用对物种丰富度指数和ANPP的贡献率最大,分别为10.99%和32.91%,地理因子和气候因子的交互作用对Shannon-Wiener指数的贡献率最大,为13.61%;(4)地理因子通过调控土壤养分和气候因子间接影响物种多样性和ANPP,土壤养分和气候因子均直接影响物种多样性和ANPP。研究结果揭示了环境因子对物种多样性和生产力的综合调控机制,为西藏高寒草地生态系统科学应对气候变化提供了依据。     

若尔盖高寒沙化草地恢复过程中土壤全碳和植物根系特征的变化

草地对全球碳循环和土壤碳固存的重要性越来越受到重视。我国草地约95%的碳都储存在土壤中。本研究以若尔盖高寒草地为对象,选取了未恢复、恢复1年、恢复4年、恢复8年的4块沙化草地,探究高寒草地恢复过程中土壤全碳和植物根系特征的变化。结果表明：若尔盖高寒草地土壤碳含量受恢复时间和土壤深度的影响,恢复草地的土壤全碳、有机碳和无机碳含量皆高于未恢复草地;有机碳含量在恢复8年达到最高,而无机碳则在恢复1年最高,分别是未恢复草地的7.55、11.78倍;恢复1年、恢复4年草地的土壤有机碳含量表层(0～20 cm)低于深层(20～50 cm),而恢复8年草地则是深层低于表层;而土壤无机碳无论是恢复1年、恢复4年、恢复8年的草地皆是0～5 cm土层的最高;有机碳/无机碳比为恢复4年>恢复8年>恢复1年,且深层(20～70 cm)土壤有机碳占比要高于表层(0～20 cm);根系特征(根长、根体积、组织密度和根生物量)随着恢复时间增加而增加并与土壤有机碳显著正相关(P<0.05),而与土壤无机碳含量无显著相关(P>0.05),土壤无机碳含量与pH显著正相关(P<0.05);在沙...     

青藏高原高寒草原根系动态对氮添加的响应及其调控因素

本研究于2015—2016年进行野外控制试验,分析了不同施氮(N)水平(0、1、2、4、8、16 g N·m^-2·a^-1)对青藏高原高寒草原根系生产、周转速率和现存量的影响及其调控因素。结果表明:随着施N量的增加,根系生产量和现存量呈线性或指数下降的趋势。与对照相比,16 g N·m^-2·a^-1处理根系生产量和现存量2年平均下降43.0%和45.7%。根系周转速率呈先上升后下降的趋势,2015年和2016年分别在2和4 g N·m^-2·a^-1处理达到峰值。线性混合模型结果显示,根系淀粉含量是调控根系生产量和周转速率的主要因素,分别解释二者变异的21.7%和25.4%;而根系现存量则受根系蛋白含量的影响,其解释率为20.8%。N富集对根系生产和现存量表现出抑制作用,低N促进而高N抑制根系周转速率,根系碳氮代谢指标是调控根系动态对N添加响应的主要因素。     

草地植物根系碳储量和碳流转对CO2浓度升高的响应

植物根系是陆地生态系统重要的碳汇和矿质养分库,也是土壤中碳及养分的主要来源,只有深入认识CO2浓度升高下根系的碳汇功能和根系周转对土壤碳库的影响,才能准确预测生态系统对全球变化的响应与反馈调节作用.介绍了CO2浓度升高对草地植物根系生物量、根系凋落物的数量和品质以及根系周转速率的影响,指出研究植物体内碳向根分配格局的变化趋势必须考虑CO2浓度升高的直接和间接两方面作用;在预测根系碳库储量的动态变化时,需要区分不同功能根系组分的生物量;为更准确估算根系周转速率,有必要确立草地植物根系直径与其寿命之间的关系;CO2浓度升高普遍提高根系凋落物的C/N,但以此判定其在土壤中的分解速率快慢并不可靠,需要进一步从机理上探究根系凋落物分解的控制因素.     

中国草地生态系统碳库及其变化

准确评估草地生态系统碳库及其年际变化, 对揭示草地在中国陆地生态系统碳循环中的作用以及合理利用有限的草地资源有着极为重要的意义. 虽然中国学者在研究草地碳库及其动态变化方面已开展了很多工作, 但目前仍缺乏对中国草地生态系统碳库及其动态变化特征的全面认识. 通过综述当前中国草地碳循环研究的最新进展, 结合本研究组的工作, 试图全面评价中国草地生态系统碳库(植被生物量碳库和土壤有机碳库)及其动态变化. 结果显示: (1) 不同研究得到的中国草地生物量碳密度(单位面积生物量)存在较大差异, 为215.8~348.1 g C/m², 平均值为 300.2 g C/m². 同样, 对中国草地土壤有机碳密度(单位面积土壤碳库)的估算也存在显著差异, 在8.5~15.1 kg C/m²之间变动, 但考虑到8.5 kg C/m²的估算值是基于近千个土壤剖面的实测数据计算得到, 全国平均水平的土壤碳密度一般不会超过此值. 因此, 若采用目前最广泛使用的草地面积(331×104 km²), 那么中国草地生态系统碳库约为29.1 Pg C(1 Pg=1×10¹⁵ g), 其中96.6%的碳储存于土壤有机质中. (2) 文献报道的近20年中国草地生物量和土壤有机碳库的变化方向和变化量均存在差异. 按照最新的估算, 中国草地生物量和土壤有机碳库在过去20年里没有发生显著变化, 即中国草地生态系统处于中性碳汇状态. (3) 中国草地生物量的时空变异与降水量的变化关系密切. 土壤有机碳库的空间变异主要受与降水量密切相关的土壤水分的影响, 但土壤质地等因素也起一定作用. 此外, 放牧与围封等人类活动将对草地生物量和土壤碳库及其动态变化产生强烈影响.     

相对稳定的草地生态系统碳库

全球气候变化预期将对陆地生态系统碳过程和碳库动态产生深远影响[1].最近,《中国科学：生命科学》发表了3篇研究论文[2～4],从不同的角度和尺度研究了中国北方草地生态系统（包含青藏高原高寒草地）的碳库动态,发现中国青藏高原高寒草地和温带草原生态系统的碳库自20世纪80年代末以来没有明显的趋势变化,     

中国草地土壤生态系统固碳现状和潜力

以国内长期定位试验的数据为基础,评价了我国草地生态系统的固碳现状和潜力.分析发现,通过减少畜牧承载量等方法恢复退化草地,我国草地土壤的有机碳库可以增加4561.62 Tg C ,主要分布在内蒙古、西藏和新疆.草场围栏、种草和退耕还草3种草地管理措施的固碳潜力分别是12.01、1.46 Tg·a-1和25.59 Tg·a-1,总计39.06 Tg·a-1.2004年是我国草地管理投资较多的年份,种草、退耕还草和草场围栏的工程面积均有较大的提高,3种措施新增的固碳能力分别为5.70、0.38 Tg·a-1和3.09 Tg·a-1,合计9.17 Tg·a-1.     

碱化草地景观动态及其对气候变化的响应与多样性和空间格局的关系

试图通过对碱化草地景观动态过程与群落多样性和空间格局的关系的分析,探讨利用景观的多样性指标和空间格局指数来解释和预测景观发展动态及其对气候变化的响应的可能性。运用空间仿真的方法,对东北松嫩平原碱化草地景观动态进行了模拟。模型强调景观内的斑块（即空间匀质生态系统）的演替与土壤碱化度的相互耦合作用。在当前气候条件下,模型的输出结果与观测到的１９８９￣１９９３年在１ｈｍ＾２样地内的斑块分布动态非常吻合。     

河北省天然草地生物量和碳密度空间分布格局

分析不同草地类型生物量与碳密度空间分布特征及其影响因素, 揭示草地植物碳库的变化规律, 对于了解我国草地生态系统碳汇具有重要意义。2011-2013年以河北省天然草地为研究对象, 调查了不同草地类型的地上活体生物量、凋落物生物量和根系生物量以及各组分的碳密度。结果表明: 温性草原、温性草甸、温性山地草甸、低地盐化草甸、暖性草丛和暖性灌草丛6种草地类型的总生物量差异显著, 其中低地盐化草甸总生物量最高, 为2 770.2 g·m ^-2, 而温性草原最低, 为747.6 g·m ^-2, 前者约为后者的3.7倍; 地上活体生物量最大的是低地盐化草甸, 其次是暖性灌草丛和温性山地草甸, 最小的是温性草原, 分别为285.0、235.1、203.1和110.6 g·m ^-2; 凋落物生物量也是低地盐化草甸最大, 其次是温性山地草甸和温性草甸, 分别为584.0、187.9和91.0 g·m ^-2。6种草地类型的根系生物量均大于地上生物量, 是地上生物量的1.9-4.3倍, 不同草地类型根冠比的平均值为3.1; 低地盐化草甸的根系生物量最高, 为1901.3 g·m ^-2, 温性草原的根系生物量最低, 只有低地盐化草甸的1/3。在各类草地生物量碳密度方面, 低地盐化草甸的地上活体碳密度、凋落物碳密度与根系碳密度均为最大, 分别为132.7、81.2和705.9 g C·m ^-2。草地地上生物量、凋落物生物量和根系生物量以及总生物量均随海拔的升高先减少而后增加(p < 0.05); 草地生态系统总生物量和根系生物量随大于10 ℃积温的增加先降低而后升高(p < 0.01)。该研究中暖性灌草丛多分布在石质山区, 土层很薄, 植物地上生物量和根系生物量都比土层较厚的草甸草原低。可见, 在较大区域比较不同草地类型生物量时, 应综合考虑气候、土壤、地理等因素。     

西藏高寒草原湿润度梯度下植物群落特征空间格局及其驱动因子

西藏高原是中国高寒生态系统类型和生物多样性均聚集的区域之一,其中以高寒典型草原和高寒草甸草原为主生态系统类型,但其系统活力、组织力和恢复力均较弱,容易受到全球气候变化的影响,表现出极强的脆弱性。目前青藏高原草地生态系统植物群落分布状况与其变化规律以及对各种环境因子的反应研究多集中于站点尺度或样带尺度,但研究结果尚有较大的不确定性。研究于西藏地区沿着不同的湿润度梯度选择14处高寒草原区样地,通过植物群落调查、土壤理化性质分析,探索草本植被群落空间格局对气候因子响应特征及其主要驱动因子,其结果为青藏高原天然草地保护和可持续利用提供基础科学数据支撑。结果表明：(1)研究区内依据湿润度分区可分为干旱区、微干区、微润区和湿润区4类;研究区1971—2021年的气候数据分析发现,北部的干旱程度在逐渐减轻,而南部在1991—2010阶段干旱化趋势逐渐加强,整个研究区的湿润度指数均在下降;(2)植物群落调查发现不同植物功能群的变化各有差异,莎草科地上生物量随湿润度增加而增加,杂类草地上生物量呈现单峰趋势,而其他植物功能群无明显规律;湿润度较高的微润区间植物群落的Shannon-Wiener指数、Simpson指数、丰富度指数、均匀度指数均高于其他湿润度区间;(3)土壤理化性质分析发现高湿润度区域的土壤含水量、全氮、硝态氮、铵态氮、速效磷含量均为最高;对各环境因子与植物群落特征指标进行相关性、主成分分析后构建结构方程模型,发现直接影响西藏高寒草原植物群落特征变化因子为湿润度,土壤含水量和土壤pH,且都表现为显著的负效应(P<0.05),同时湿润度对土壤含水量和土壤全量养分产生了显著的正向影响(P<0.05),进而影响着西藏高原高寒草原不同植物功能群的分布、多样性、地上生物量。     

祁连山区典型草地生态系统土壤抗冲性影响因子

为探索祁连山区典型草地生态系统土壤抗冲性的影响因子及其效应,采用野外实地放水冲刷法,以一定体积的冲刷水流含沙量为指标,对土壤抗冲性进行了研究,并调查了海拔、坡度、植被高度、植被覆盖度、地上生物量、根系密度、生物多样性、土壤质地等因子,利用通径分析研究了各因子与土壤抗冲性的关系。结果表明:(1)土壤抗冲性与海拔、植被覆盖度、根系密度和土壤砂粒体积分数呈极显著正相关(P0.01),而与坡度和土壤粉粒体积分数呈极显著负相关(P0.01),与地上生物量和物种丰富度呈显著正相关(P0.05),与植被高度不具备显著相关性;(2)通径分析结果显示,植被覆盖度和根系密度是影响祁连山区典型草地生态系统土壤抗冲性的主导因素,植被覆盖度对土壤抗冲性的影响主要表现为强烈的直接作用(0.660),而根系密度对土壤抗冲性的直接作用相对较小(0.286),有较大一部分影响表现为间接作用(0.174);(3)径流含沙量随植被覆盖度和根系密度的增加明显减少,植被覆盖度与径流含沙量间的关系可用指数或对数形式表达,根系密度与径流含沙量间的关系可用指数形式表达。研究显示,在祁连山区典型草地生态系统,与海拔、坡度、地上生物量、植物多样性、土壤质地等因素相比,植被覆盖度和根系密度对土壤抗冲性的影响作用更突出,提高植被覆盖度与根系密度能够有效增强土壤抗冲性。该研究可为祁连山区的土壤侵蚀规律研究及效益评价提供依据。     

神农架植物物种空间周转的驱动因素

揭示区域物种组成随环境梯度的变化规律, 掌握物种多样性的周转过程及其与环境的耦合关系, 是理解物种多样性形成的生态过程的核心, 也是生物多样性保护和保护地网络构建的科学基础。神农架是众多古老、孑遗和特有植物的关键栖息地, 也是全球落叶木本植物最丰富的地区之一。然而, 我们对影响神农架植物物种周转并形成镶嵌格局的驱动因素知之甚少。本研究基于对神农架长期系统的植物群落物种调查数据, 通过广义相异模型(GDM)和偏回归分析等方法, 分析了气候差异、地理距离、人为干扰等因素对神农架植物物种周转的驱动效应。结果表明, 随着年均温(MAT)、≥ 0℃积温、≥ 10℃积温差异和地理距离增大, 植物β多样性显著增加, 而年均降水量(MAP)、距离道路距离及森林破碎化等人为干扰因素对植物β多样性无显著影响。地理距离、气候差异和人为干扰分别解释了物种相异性变异的28.75%、34.56%和12.55%, 其交互作用解释了变异的8.52%。地理距离、气候差异和人为干扰共同解释了物种相异性变异的43.47%。综上, 地理距离和温度分异是驱动神农架植物物种空间周转过程的关键因素。保护海拔梯度上植被的垂直带谱及复杂多样的地貌异质性, 是维持神农架物种周转生态过程的关键, 也是神农架国家公园建设乃至鄂西北保护地网络构建应关注的重点。     

水热条件分别控制了中国温带草地NDVI的年际变化和增长趋势

温带草地区是我国植被对气候变化响应的敏感区和陆地生态系统的生态脆弱区,是组成草地资源的重要部分。由于全球变暖,气候变化带来的极端气候影响越来越大,探究我国温带草地植被覆盖时空变化规律和水热条件变化对其生长的影响,对区域生态的环境保护,实现畜牧业的可持续发展和更加合理有效地利用草地资源具有重要的现实意义。基于1982—2015年长时间序列的气象(降水、温度、太阳辐射)数据和GIMMS NDVI 3g数据,采用去趋势分析法和相关性分析法,探究近34年中国温带地区生长季草地归一化植被指数(Normalized difference vegetation index, NDVI)和气候因子变化格局,以及水热条件对NDVI的同步影响和滞后影响。研究结果表明:(1)1982—2015年中国温带草地生长季平均温度和月平均太阳辐射呈增长趋势,降水量为下降趋势,温带草地气候逐渐呈现\"暖干化\";(2)1982—2015年中国温带草地生长季NDVI的年际变化由降水因子主导,特别是在1999年之后,降水的对于中国温带草地生长季NDVI年际变化的影响更为显著;(3)1982—2015年中国温带草地生长季NDVI...     

中国草地植被生物量及其空间分布格局

 草地生态系统是陆地生态系统分布最广的生态系统类型之一,它在全球变化中的作用越来越受到重视。利用中国草地资源清查资料,并结合同期的遥感影像,建立了基于最新修正的归一化植被指数(NDVI)的我国草地植被生物量估测模型,并利用该模型研究了我国草地植被生物量及其空间分布特征。结果表明：草地植被地上生物量与当年最大NDVI值具有很好的相关关系,两者可以用幂函数很好地拟合(R2=0.71, p<0.001)。我国草地植被总地上生物量为146.16 TgC(1 Tg=1012 g),主要集中在北方干旱、半干旱地区和青藏高原;总地下生物量为898.60 TgC,是地上生物量的6.15倍;而总生物量是1 044.76 TgC,占世界草地植被的2.1%～3.7%,其平均密度约等于315.24 gC·m-2,低于世界平均水平。我国草地植被单位面积地上生物量水平分布趋势为：东南地区高,西北地区低,与水热条件的分布趋势一致;从垂直分布看,在海拔1 350 m和3 750 m处分别出现了波谷和波峰,与我国特有的三级阶梯地势有着密切的关系。此外,我国草地植被生物量为森林的1/4左右,显著大于世界平均水平,说明我国草地在碳平衡中的贡献相对较大。     

不同石漠化草地根系对土壤有机碳的贡献

根系是草地生态系统土壤有机碳库的主要供给者。以潜在、中度和强度石漠化草地群落为研究对象, 采用连续土钻取样法、土柱法和分解袋法, 研究不同石漠化草地根系和土壤有机碳的垂直分布、季节动态、有机碳储量及与土壤因子的关系。结果表明: 潜在、中度和强度石漠化草地的根系生物量差异显著, 分别为 3 355.65 g·m^-2、2 944.02 g·m^-2和 1 806.80 g·m^-2。土壤有机碳含量表现为强度石漠化草地>中度石漠化草地>潜在石漠化草地。根系和土壤有机碳均趋于土壤表层分布, 0—10 cm 土层根系生物量占总根系生物量的 57.66%—81.02%, 0—10 cm 土层土壤有机碳占总有机碳含量的 43.00%—65.60%。潜在、中度和强度石漠化草地的土壤有机碳储量分别为 3.48 Mg、3.93 Mg 和 3.32 Mg, 通过根系分解补充到土壤的有机碳分别为 40.69 g·m^-2·a^-1、154.79 g·m^-2...