宁夏天然草地植被碳储量特征及构成

以宁夏广泛分布的温性草甸草原、温性草原、温性草原化荒漠和温性荒漠草原为研究对象,采用实地调查采样的方法,研究了宁夏天然草地植被总碳储量。结果表明: 宁夏天然草地地上植被、地下根系及主要灌木平均含碳率为0.40,枯落物平均含碳率为0.39。草甸草原、温性草原、草原化荒漠和荒漠草原的植被总碳储量分别为470.26、192.23、117.17和83.36 g·m^-2,其中,地上植被碳储量分别为87.35、68.50、59.32和40.05 g·m^-2,地下根系碳储量分别为344.29、108.83、50.65和30.29 g·m^-2,枯落物碳储量分别为38.62、14.91、7.19和13.03 g·m^-2,且均表现为草甸草原＞温性草原＞草原化荒漠＞荒漠草原。地下根系碳储量是构成草甸草原和温性草原植被总碳储量的主体,地上植被碳储量是构成草原化荒漠和荒漠草原植被总碳储量的主体,且地下根系碳储量均随土层深度加深而递减。宁夏天然草地植被总碳储量空间分布呈现草甸草原和温性草原分布的南部区域碳储量明显高于荒漠草原和草原化荒漠分布的中北部区域。     

宁夏典型温性天然草地固碳特征

本文研究了宁夏草甸草原、温性草原、草原化荒漠和荒漠草原4种温性典型天然草地生态系统碳储量及其构成特征。结果表明: 草甸草原、温性草原、草原化荒漠和荒漠草原植被总生物量分别为1178.91、481.22、292.80和209.09 g·m^-2。其中,地下根系生物量是构成草甸草原和温性草原植被总生物量的主体,分别占总生物量的73.1%和56.6%;地上植被生物量是构成草原化荒漠和荒漠草原植被总生物量的主体,分别占总生物量的50.3%和47.6%;枯落物生物量占比较低,分别仅为8.5%、8.0%、6.4%和16.2%。草甸草原、温性草原、草原化荒漠和荒漠草原4种天然草地生态系统碳储量分别为13.90、5.94、2.69和2.37 kg·m^-2,其中植被碳储量分别为470.26、192.23、117.17、83.36 g·m^-2,0～40 cm土层土壤有机碳储量分别为13.43、5.75、2.58和2.29 kg·m^-2,土壤有机碳储量是构成宁夏典型天然草地碳储量的主体,分别占到了生态系统碳储量的96.6%、96.8%、95.6%和96.5%。4种草地类型植被总生物量、植被碳储量、土壤有机碳储量和生态系统碳储量均表现为:草甸草原＞温性草原＞草原化荒漠＞荒漠草原。     

高寒草甸土地退化及其恢复重建对植被碳、氮含量的影响

以青海省达日县高寒草甸原生高寒嵩草(Kobresia)草甸封育系统为对照,研究了土地退化对植被生产力的影响,检验了不同人工重建措施(两个人工种植处理:混播(HB)、翻耕单播(DBF)和1个退化草地封育自然恢复处理(NR)及1个退化草地自然状态(SDL))对植被生产力的相对影响程度。结果表明,原生植被封育处理(YF)地上总生物量为265.1 g·m^-2,混播(HB)和翻耕单播(DBF)处理中地上总生物量分别为原生植被封育处理的116%和68%。退化草地封育自然恢复处理(NR)和重度退化自然状态下地上总生物量分别为原生植被封育的76%和53%。YF处理根系生物量远大于其它处理。原生植被封育系统中植被地上部分碳储量为 110.14 g·m^-2,地下根系(0~30 cm)碳储量为2 957 g·m^-2,植被总碳储量为 3 067.14 g·m^-2;重度退化草地系统中植被地上部分碳储量为 57.07 g·m^-2,地下根系(0~30 cm)碳储量为 357 g·m^-2,植被总碳储量为 414.07 g·m^-2。由此可见,高寒草甸严重退化后,通过植物组织流失的碳达到2 653.35 g·m^-2,即86.5%的碳损失;原生植被封育系统植被总氮储量为 56.85 g·m^-2,而重度退化草地植被总氮储量为 18.02 g·m^-2,高寒草甸严重退化使植物组织68.30%氮损失。与重度退化地相比,由于恢复重建措施增加了植物的生物量输入和群落组成,除翻耕单播处理外,其它恢复重建措施均能恢复系统植被的碳氮储量。这些恢复重建措施将会逐步改善土壤的物理和化学特性,最终使这些生态系统逐步由碳源向碳汇方向的转变成为可能。     

荒漠短命植物地上和地下生产力对极端干旱和降水的响应

在古尔班通古特沙漠南缘沙垄4个坡位和坡向,设置减少65%和增加65%生长季降水量以模拟极端干旱和极端降水事件,研究极端干旱和极端降水事件对沙垄不同坡位和坡向短命植物层片生产力的影响。结果表明: 极端干旱使地上净初级生产力和地下净初级生产力分别显著降低48.8%和13.7%,极端降水使地上净初级生产力和地下净初级生产力分别显著增加37.9%和23.2%。地上净初级生产力对极端干旱和极端降水的敏感性(0.26和0.21 g·m^-2·mm^-1)显著强于地下净初级生产力的敏感性(0.02和0.03 g·m^-2·mm^-1)。沙垄东坡地上净初级生产力(24.22 g·m^-2)和地下净初级生产力(5.77 g·m^-2)与西坡相比显著增大29.7%和71.7%,而地上净初级生产力和地下净初级生产力对降水变化的敏感性在不同坡位和坡向之间差异不显著。     

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。     

Spatial distributions of biomass and carbon density in natural grasslands of Hebei,China

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。     

河南典型暖(热)性草地固碳特征及区域差异

通过野外调查取样与室内分析,研究了河南两种气候区内分布的典型草地(豫西北的暖性草丛和暖性灌草丛,豫南的暖性草丛、暖性灌草丛、热性草丛和热性灌草丛)植被与土壤碳密度特征及碳分布差异.结果表明: 豫西北与豫南地区草地植被地上平均生物量分别为327.4和221.4 g·m^-2,呈北高南低趋势,差异显著;而根系平均生物量分别为1.58×10³和1.94×10³ g·m^-2,呈南高北低趋势,且差异显著.豫西北和豫南地区地上平均碳密度分别为113.75和77.35 g C·m^-2.豫西北地区暖性草丛植被地上碳密度大于暖性灌草丛,但差异不显著;而豫南地区热性草丛活体碳密度显著低于其他3种类型草地.豫西北与豫南地区地下平均碳密度分别为6.35×10³和5.14×10³ g C·m^-2.豫西北地区2种类型草地根系碳密度和土壤碳密度差异均不显著;豫南地区热性灌草丛根系碳密度显著低于其他3种类型草地,而热性草丛土壤碳密度显著大于其他3种类型草地.豫西北和豫南地区草地生态系统平均碳密度分别为6.46×10³和5.22×10³ g C·m^-2,呈北高南低趋势,且土壤贡献最大(78%～90%).豫西北地区2种类型草地生态系统碳密度差异不显著;豫南地区热性草丛生态系统碳密度最高为9.70×10³ g C·m^-2,显著大于其他3种类型草地.本研究结果为准确计算河南不同类型草地生态系统碳储量及评估其固碳潜力提供基础数据.     

藏北高寒草地植被的碳密度与碳贮量

采用实地调查与查阅文献相结合的方法估算藏北高寒草地植被碳密度和碳贮量。结果表明:1)藏北高寒草地总面积约39.059×106 hm²,植被地上平均碳密度12.158±4.7g·m^-2,植被地下平均碳密度84.458±20.38g·m^-2,植被地上部碳贮量5.171±0.95Tg,植被地下部碳贮量25.223±2.96Tg,植被总碳贮量为30.394±3.91Tg;2)不同草地组间植被碳密度和碳贮量差异显著。其中不同草地组间植被碳密度以丛生禾草组碳密度值最低,地上和地下碳密度分别为6.13±1.51g·m^-2和26.04±5.8g·m^-2,具灌木的半灌木组碳密度最高,地上和地下碳密度分别为31±3.4 g·m^-2和244.59±6.9g·m^-2;而不同草地组间,草地植被碳贮量以小莎草组最大,植被地上和地下碳贮量分别为2.24±0.32Tg和9.52±0.89Tg,半灌木组碳贮量最小,其地上和地下碳贮量分别为0.012 4±0.002Tg和0.098 1±0.002Tg。3)藏北高寒草地分布各县(区)碳密度和碳贮量的分布也存在显著差异。从碳密度来看,革吉县、札达县、噶尔县和措勤县碳密度较高,植被平均碳密度分别相当于藏北平均植被碳密度的1.76,1.47,1.11和1.06倍,从碳贮量来看,碳贮量集中分布于双湖特别区、札达、尼玛、日土、革吉和改则6县(区),六县(区)草地植被碳贮量为25.2±2.31Tg,占藏北总植被碳量的82.89%。     

黄河源园区高寒草地碳储量估算及其影响因素

高寒草地碳储量及其影响因素研究是认识青藏高原草地生态系统乃至陆地生态系统碳循环和气候变化的关键之一。利用2021年8月上旬地面调查数据与同期高分6号遥感数据建立回归关系,在反演研究区植被地上、地下生物量碳密度和0—40cm土壤层有机碳密度基础上,估算了黄河源园区高寒草地有机碳储量,并通过路径分析探讨了土壤理化性质对碳密度的影响驱动机制。结果表明：(1)2021年黄河源园区地上生物量、地下生物量、0—40cm土壤层碳密度分别为37.65g/m²、1305.28g/m²、4769.11g/m²;总碳储量为100.44Tg(1Tg=10¹²g),植被层和土壤层碳储量分别分为22.06Tg、78.38Tg,占总碳密度的21.96%、78.04%。(2)黄河源园区高寒草甸和高寒草原两种草地类型地上生物量碳密度分别为41.27g/m²、30.76g/m²;地下生物量碳密度分别为1661.41g/m²、618.74g/m²;0...     

中国北方草地生物量动态及其与气候因子的关系

草地生态系统在全球碳循环中扮演重要角色. 中国草地约占中国陆地面积的1/3, 但对其碳库大小、动态及其与气候变化的关系缺乏系统研究. 基于341个样地调查的地上、地下生物量资料和1982~2006年的卫星遥感数据, 利用地上生物量与遥感数据之间及地上生物量与地下生物量之间的关系, 估算了中国北方草地生物量碳库及其空间分布, 分析了过去25年生物量碳密度和碳库的时间动态及其与气候变化的关系. 结果显示: (1) 中国北方草地生物量碳库为557.5 Tg C, 地上、地下生物量密度分别为39.5和244.6 g C/m², 地下部分占总生物量碳库的86%; (2) 1982~2006年间中国草地生物量碳库呈微弱增加趋势, 平均年增量为0.2 Tg C, 但自20世纪80年代末, 草地生物量并未呈现显著的变化趋势; (3) 草地生物量的年际波动主要受1~7月降水的影响, 而与温度关系较弱. 不同草地类型之间生物量-气候关系存在一定差异, 较为干旱的荒漠草原和典型草原的生物量波动与降水关系密切; 高寒草甸的生物量则与1~7月均温显著正相关, 而与降水的关系较弱. 结果表明, 不同草地生态系统对未来气候变化的响应可能存在差异.     

内蒙古草甸草原与典型草原地下生物量与生产力季节动态及其碳库潜力

地下根系是草原生态系统的重要组成部分,其生物量及其净生产力对地下碳库具有直接与间接作用,分析地下生物量季节动态与周转对深入揭示草原生态系统碳库动态及其固碳速率与潜力具有重要意义。应用钻土芯法对不同利用方式或管理措施下内蒙古草甸草原、典型草原地下生物量动态及其与温度、降水的相关性研究表明:草甸草原和典型草原地上生物量季节动态均为单峰型曲线,与上月降水显著正相关(P0.05),但地下生物量季节动态表现为草甸草原呈"S"型曲线,典型草原则是双峰型曲线,与温度、降水相关性均不显著(P0.05);两种草原根冠比和地下生物量垂直分布均为指数函数曲线,根茎型草原地下生物量集中在土壤0—5 cm,丛生型草原地下生物量集中于土壤5—10 cm,根冠比值在生长旺季(7—8月份)最小。草甸草原地下净生产力及碳储量范围分别为2167—2953 g m-2a-1和975—1329 gC m-2a-1,典型草原为2342—3333 g m-2a-1和1054—1450 gC m-2a-1,地下净生产力及其碳储量约为地上净生产力及其碳储量的10倍,具有较大的年固碳能力,且相对稳定;地下净生产力与地上净生产力呈显著负相关性(P0.05);地下生物量碳库是地上生物量碳库的10倍左右,适度放牧可增加地下生产力,但长期过度放牧显著降低其地下生物量与生产力,并使其垂直分布趋向于浅层化。     

内蒙古和青藏高原草原植物叶片与根系氮利用效率空间格局及影响因素

氮利用效率是植物的关键功能性状, 同时紧密关联生态系统功能, 但是目前对氮利用效率的区域格局及影响因素仍然不清楚。该研究分析了内蒙古和青藏高原草原82个调查地点、139种植物叶片和根系的氮利用效率及其与环境因素、植物功能群之间的关系, 实验结果显示: 1)草甸草原植物叶片的氮利用效率为53 g·g ^-1, 显著大于高寒草甸(46 g·g ^-1)、荒漠草原(41 g·g ^-1)和典型草原(39 g·g ^-1)。高寒草甸根系氮利用效率为108 g·g ^-1, 显著高于其他生态系统。2)叶片氮利用效率比根系对温度更加敏感, 但随着干旱指数的增加, 两者均表现出显著的降低趋势。3)杂类草叶片和根系氮利用效率低于莎草科和禾本科植物, 豆科植物叶片和根系氮利用效率分别比非豆科植物低48%和60%。4)植物氮利用效率与土壤氮含量之间没有显著关系。总体上, 内蒙古和青藏高原草原植物叶片和根系氮利用效率的空间格局存在差异, 主要影响因素为植物功能群和干旱指数。本研究系统揭示内蒙古和青藏高原草原植物氮利用效率的空间格局及关键驱动因子, 有助于在全球变化背景下了解我国草地生产力维持机制, 同时为草原生态系统管理提供科学依据。     

内蒙古太仆寺旗退耕草地植物种类变化与水分收支

2008年和2009年(均为枯水年), 在半干旱区内蒙古太仆寺旗农田-草地生态系统国家野外站开展观测实验, 通过观测蒸散发(波文比系统)、土壤水分(烘干称重法)、降水量, 以及植被土壤特征调查, 基于水量平衡理论, 对比研究了3块天然草地、3块不同退耕时间草地共6个样地的水分收支, 旨在定量地评估退耕草地的水分收支, 为采取科学措施促进退耕草地尽快向天然草地过渡提供依据。结果表明: 1)随着退耕时间增加, 植被盖度逐渐增加, 但是群落中科、属、种的数量趋于减少, 且优势种从一年生的中旱生草本植物逐渐转变成多年生的旱生草本植物; 2)植被蒸腾是草原植被主要的耗水途径, 随着退耕时间增加, 退耕草地的蒸散发量呈增加趋势, 其最大值在4.5-5.8 mm·d^-1之间; 3)退耕草地土壤含水量平均值为0.09 m³·m^-3, 其水分剧烈变化主要发生在距地 表60 cm内, 且随退耕时间增加土壤含水量减少, 而天然草地土壤含水量平均值为0.06 m³·m^-3, 其水分剧烈变化发生在距地 表20 cm内; 4)随退耕时间增加, 退耕草地与天然草地的土壤水分与蒸散发在数值上差距逐渐缩小; 5)退耕草地水分收支基本平衡, 但在极枯年份(降水量174 mm)的生长季, 降水不能满足蒸散发需求, 呈现水分亏损。退耕草地逐步向天然草地过渡, 但是退耕草地的土壤水分在逐渐减少, 呈现“生境干旱化现象”。今后应加强对草地的封育与监测, 促进植物群落向水分利用效率更高、更适应半干旱环境的方向演替。     

Plant species change and water budget in restored grasslands in Taibus Banner,Inner Mongolia,China

2008年和2009年(均为枯水年), 在半干旱区内蒙古太仆寺旗农田-草地生态系统国家野外站开展观测实验, 通过观测蒸散发(波文比系统)、土壤水分(烘干称重法)、降水量, 以及植被土壤特征调查, 基于水量平衡理论, 对比研究了3块天然草地、3块不同退耕时间草地共6个样地的水分收支, 旨在定量地评估退耕草地的水分收支, 为采取科学措施促进退耕草地尽快向天然草地过渡提供依据。结果表明: 1)随着退耕时间增加, 植被盖度逐渐增加, 但是群落中科、属、种的数量趋于减少, 且优势种从一年生的中旱生草本植物逐渐转变成多年生的旱生草本植物; 2)植被蒸腾是草原植被主要的耗水途径, 随着退耕时间增加, 退耕草地的蒸散发量呈增加趋势, 其最大值在4.5-5.8 mm·d^-1之间; 3)退耕草地土壤含水量平均值为0.09 m³·m^-3, 其水分剧烈变化主要发生在距地 表60 cm内, 且随退耕时间增加土壤含水量减少, 而天然草地土壤含水量平均值为0.06 m³·m^-3, 其水分剧烈变化发生在距地 表20 cm内; 4)随退耕时间增加, 退耕草地与天然草地的土壤水分与蒸散发在数值上差距逐渐缩小; 5)退耕草地水分收支基本平衡, 但在极枯年份(降水量174 mm)的生长季, 降水不能满足蒸散发需求, 呈现水分亏损。退耕草地逐步向天然草地过渡, 但是退耕草地的土壤水分在逐渐减少, 呈现“生境干旱化现象”。今后应加强对草地的封育与监测, 促进植物群落向水分利用效率更高、更适应半干旱环境的方向演替。     

南洞庭湖杨树清理迹地恢复初期土壤种子库特征及其与土壤因子的关系

本文研究了杨树清理1、2年后迹地的土壤种子库结构、多样性及其与地上植被和土壤因子的关系,并以未清理杨树洲滩为对照,探讨洞庭湖杨树清理迹地土壤种子库在植被自然恢复中的潜力。结果表明: 研究样地土壤种子库萌发出的植物种子分属23科59属65种,各样地土壤种子库密度和物种数大小为:1年迹地(11810粒·m^-2,49种)＞2年迹地(9686粒·m^-2,44种)＞对照(6735粒·m^-2,29种)。与未清理洲滩相比,清理迹地土壤种子库与地上植被多年生中生和湿生植物物种多样性和相似性系数增加,土壤含水率和养分含量升高,pH值降低。土壤含水率和有机质与水蓼等湿生植物分布的关系密切,全钾和全磷对虉草等多年生植物分布的影响较大。在杨树清理迹地自然恢复过程中,随着土壤理化性质的变化,土壤种子库的物种数目和密度显著增加,以致地上植被物种多样性升高,因此,土壤种子库成为迹地湿地植被恢复的重要繁殖体来源。