围栏封育对黄河源区斑块化退化高寒草甸碳交换及其组分的影响

为明确围栏封育对斑块化退化高寒草甸净生态系统碳交换(NEE)不同组分的影响，本研究选取青藏高原黄河源区斑块化退化高寒草甸进行围封试验，设置4个围封年限(1、2、5、11 a)和1个正常放牧对照，研究NEE及组分对不同围封年限的响应。结果表明，围封5 a退化高寒草甸总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸(ER)显著大于正常放牧、围封1 a、2 a和11 a,围封2 a和5 a退化高寒草甸NEE显著小于正常放牧、围封1 a和11 a样地(P<0.01),其他NEE组分对不同围封年限的响应情况不一致。植被自养呼吸(Ra)、根系呼吸(Rr)和土壤异养呼吸(Rh)占ER的比例在不同围封年限间差异显著(P<0.01)。此外，土壤温度与NEE呈二次曲线的关系，与ER以及除Rh以外的其他呼吸组分呈指数关系，土壤含水量与NEE、GPP、ER、土壤呼吸(Rs)、Ra、Rr呈线性关系(P<0.05)。全氮、全磷、生物量和NEE及组分存在显著的相关关系。说明围封5 a能显著提高退化草地的土壤养分和固碳功能，并能维持草地生产力，无需进行长期围封。     

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。     

不同放牧与围封高寒灌丛草地土壤微生物群落结构PLFA分析

土壤微生物群落可以指示土壤质量变化,是土壤生态系统变化的预警及敏感指标。采用磷脂脂肪酸(PLFA)分析方法研究了高寒杜鹃灌丛草地不同强度放牧及围封后,土壤微生物群落结构特征的变化规律和响应。结果显示,高寒杜鹃灌丛草地土壤总PLFA量、细菌生物量、真菌生物量和放线菌生物量均随着放牧强度的增大而显著降低(P0.05)。重牧灌丛草地,围封后的土壤总PLFA量、细菌生物量、放线菌生物量、G~+/G~-和压力指数显著高于放牧处理,而细菌/真菌比显著低于放牧处理;中牧灌丛草地,围封后的土壤总PLFA量、细菌生物量、细菌/真菌比显著高于放牧处理,而真菌生物量和压力指数显著低于放牧处理;轻牧灌丛草地,围封处理的土壤各生物量和生物量比值与放牧处理无显著差异。PLFA主成分分析表明:主成分一(PC1)主要包括14:0、15:0、10Me16:0和18:1ω9c等直链饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸,占PC1的53.68%;主成分二(PC2)主要包括由i16:0、16:1ω7c、i17:0、cy17:0、17:0、18:1ω9t、18:0和cy19:0等支链饱和脂肪酸和环丙烷脂肪酸组成,占PC2的51.34%;各处理样地土壤微生物群落结构相似;围封处理的响应程度大于放牧处理。相关性分析表明,土壤总PLFA量、细菌生物量、真菌生物量和放线菌生物量与土壤有机碳、全氮均呈极显著正相关,细菌/真菌比值与土壤有机碳、全氮呈极显著负相关。以上表明过度放牧降低了高寒灌丛草地土壤微生物活性,显著降低了土壤微生物生物量,适度放牧和围封可维持土壤微生物群落结构的稳定,围封有利于过度放牧草地土壤微生物的恢复。     

空气断根对侧柏实生苗生物量分配和根系生长的影响

为探求林木幼苗生物量分配和根系生长对空气断根的响应,以侧柏(Platycladus Orientalis)实生苗为材料,设置空气断根(T)和不断根(CK)处理,研究了空气断根10、30 d和50 d后对侧柏生物量、根系形态特征及吸收面积的影响。结果表明:(1)T处理的侧柏幼苗地上生物量、根生物量、总生物量、根长、根表面积、根体积及根尖数在断根10、30 d和50 d后均大于CK,且显著扩大了根系总吸收面积和活跃吸收面积。(2)空气断根显著影响了侧柏实生苗的生物量分配格局,其根冠比在整个试验阶段呈先增大后减小的趋势,而CK逐渐减小。(3)两种处理的侧柏幼苗根系直径集中在0-0.5 mm。与CK相比,T处理侧柏随空气断根时间延长,单株根系直径在0-0.5 mm的根数量急剧增多,占总根尖数的79%,根平均长度、根表面积、根体积和根尖数显著增大。(4)生物量参数和根形态参数之间关系密切。根生物量与地上生物量及总生物量呈显著正相关(P0.05)。除根系平均直径外,根生物量、地上生物量和总生物量分别与根长、根表面积、根体积、根尖数呈显著正相关,根冠比与地上生物量呈负相关。因此,空气断根有效改善了侧柏幼苗的根系形态特征,提高了吸收面积,显著促进侧柏实生苗在生长早期快速发育。     

放牧影响下典型草原克氏针茅和多根葱根系属性比较

植物根系属性与其生态适应性密切相关.为明确不同放牧干扰下克氏针茅和多根葱两种优势植物根系属性差异,比较了轻度放牧、中度放牧、重度放牧下克氏针茅和多根葱地下根系长度、根系表面积、根系直径、根系体积、根尖数、根系分叉数、比根长和比表面积的形态特征,分析了2种植物根尖比、根长比、表面积比、体积比等根系形态格局,研究两种植物对...     

不同分类系统下油松幼苗根系特征的差异与联系

植物根序和径级不仅反映细根的形态结构, 而且能反映根系的一些生理特征, 如细根寿命和周转等。该文以二年生油松(Pinus tabulaeformis)幼苗根系为研究对象, 系统比较了根序分类方法和径级分类方法在描述根系特征上的优缺点, 探索了两者之间的内在联系。结果表明: 二年生油松幼苗最多可包括6级根序, 直径的变化范围为0.169-3.877 mm。按根序划分, I-VI级根序的总根长和总根表面积主要集中在前3级根序, 这3级根序的根占总根长的78.77%和总根表面积的62.72%。前3级根序的比根长是后3级根序比根长的1.3-3.0倍, 比根面积是后3级比根面积的1.0-1.5倍。按常用的径级(以0.5、1.0、1.5和2.0 mm为阈值)划分方法, 油松幼苗大部分根系直径≤1.5 mm, 此区间细根的根长和根表面积占总根长的93.76%和总根表面积的84.35%。直径≤1.5 mm的细根平均比根长是>1.5 mm细根比根长的3-7倍, 比根面积的1.5-3.0倍。由于油松根序和径级之间有显著的指数关系, 依据径级最大程度反映根序的原则, 提出了新的径级划分方法, 即以0.4、0.8、1.3和2.0 mm为阈值对油松幼苗根系径级重新进行划分。此时, 上述区间可分别包括I级、II级、III级、IV级、V级根序中根尖数的93.22%、86.37%、75.96%、70.47%和76.67%。同时也可分别涵盖各径级根长的89.34%-70.83%、根面积的86.01%-76.12%以及体积的87.73%-76.12%。此时, 根系不同径级与根序之间可以建立起良好的对应关系。这些结果表明, 通过合理划分径级区间可以较好地反映根序 特征。     

半干旱草地长期封育进程中针茅植物根系格局变化特征

以云雾山不同封育年限草地针茅植物根系和土壤为研究对象,对其根系特征、土壤特性及两者关系进行研究,以探讨分析封育对针茅根系格局的影响。结果表明:(1)针茅植物根系生物量、根长密度、根表面积和根体积在封育初期轻微下降,之后缓慢上升,并在封育30 a草地得到显著增加。(2)随封育年限增加,各根系指标在3种针茅物种间的组成格局具有类似变化规律,具体表现为:长芒草在放牧草地所占比例最高,之后逐渐降低,并在封育30 a草地消失;大针茅所占比例呈先升后降变化规律,并在封育22 a草地达到最大值;甘青针茅仅出现于封育30 a草地,且占据优势地位。(3)大针茅和甘青针茅0—0.6 mm径级根系比例高于大针茅,使其根系直径显著低于大针茅,比根长和比根面积显著高于大针茅;此外,长芒草根组织密度显著高于长芒草和甘青针茅。(4)长期封育在显著提高土壤水分、养分含量和土壤氮磷比的同时显著降低土壤碳氮比,但对微生物生物量碳、氮无明显影响。(5)针茅根系特征与土壤指标的关联性分析显示针茅根系受土壤氮资源的显著影响。     

隔沟交替灌溉条件下玉米根系形态性状及结构分布

为揭示根系对土壤环境的适应机制,研究了隔沟交替灌溉条件下玉米根系形态性状及结构分布。以垄位和坡位的玉米根系为研究对象,利用Minirhizotrons法研究了根系（活/死根）的长度、直径、体积、表面积、根尖数和径级变化及其与土壤水分、土温和水分利用效率（WUE）的相关关系。结果表明,对于活根,在坡位非灌水区域复水后根系平均直径减小,而根系日均生长速率、单位面积土壤根系体积密度、根尖数和表面积均增大,并随灌水区域土壤水分的消退逐渐减小;对于死根,在坡位非灌水区域复水后根系日均死亡速率、根系体积密度、根尖数和表面积变化均减小,其中根系死亡速率和死根直径随土壤水分的消退逐渐降低,而死根体积密度、根尖数和表面积分布随土壤水分降低呈增大趋势;在垄位,根系形态分布趋势与坡位一致,除根系直径与与坡位比较接近外,其他根系形态值均小于坡位。将根系分成4个径级区间分析根系的形态特征,结果表明在根系长度和体积密度分布中以2.5－4.5 mm径级的根系所占比例最大,在根尖数和根系表面积分布中以0.0－2.5 mm径级的根系为主。通过显著性相关分析,死根直径、体积密度、活根表面积等根系形态与土壤含水率、土壤温度和WUE间均存在显著或极显著的正相关关系,部分根系形态指标（如根系的生长速率、活根体积密度）只与坡位土壤含水量、土壤温度具有明显的相关性,表明隔沟交替灌溉对坡位根系形态的调控作用比垄位显著。     

不同围封年限对退化大针茅草原生产力和土壤碳、氮贮量的影响

探讨了不同围封年限(6、8、30年)对大针茅草原生产力和土壤碳氮贮量的变化,以期构建围封年限与草地利用的关系,为草地管理提供科学依据。本实验通过实地样方调查及实验室分析,对不同围封年限大针茅草原群落的植被、土壤特征进行测定,分析了不同围封年限草原的生物量、土壤有机碳、氮贮量的恢复情况。结果表明:与持续自由放牧样地相比,围封后草原的生物量和土壤碳、氮贮量均呈显著增加;随着围封年限的延长,生物量和土壤碳、氮贮量也表现出增加的趋势,地上生物碳和土壤有机碳的增加趋于稳定。     

增温、施肥与种内竞争的交互作用对云杉根系属性的影响

增温、施肥与种内竞争的交互作用对云杉根系属性的影响 物种竞争、气温和土壤养分是青藏高原东部高寒地区影响树木生长的重要因素。虽然已开展了大量关于物种竞争、气温、施肥单因素对树木生长的影响研究,但关于这三者的交互作用对根系生长的影响还知之甚少。因此,本研究拟通过测量根系属性(细根长、根表面积、比根长、比表面积、根尖数、根系分支数等)、根生物量,以及根系养分吸收,研究施肥和增温对物种竞争的影响,并进一步探讨施肥、增温与物种竞争的交互作用对云杉(Picea asperata)生长的影响机制以及所采取的适应策略。研究结果表明,增温、施肥和竞争均提高了细根的氮、钾浓度,但并未影响细根生物量和根长、根表面积、根尖数和根分支数等根系特征。然而,无论是增温、施肥,或是它们的联合作用,与物种竞争进行交互时,均增加了根长、根表面积、根尖数、根系分支数和养分吸收。此外,施肥降低了根比表面积、比根长和单位面积的根尖数和根分支数,增温和竞争的交互作用使根比表面积、比根长下降,其他参数不受温度和竞争的影响。该结果表明,云杉在物种竞争、气候变暖、施肥及其交互作用下保持着保守的营养策略。该研究加强了对树木应对全球变化的生理和生态适应性的理解。     

不同演替状态下高寒草甸土壤物理性质与植物根系的相互关系

采用空间代时间的方法,以高寒嵩草草甸不同退化演替状态土壤物理性质(土壤机械阻力、温度、湿度)为变量,探讨高寒草甸不同退化阶段土壤物理性质同植物根系生长特质的相互关系。结果表明:高寒嵩草草甸根系分布具有明显的"V"型垂直构型特征;高寒嵩草草甸根系以细根为主,直径0.5 mm的根系占全剖面根系总长的90.8%—93.6%。土壤紧实度和土壤湿度与植物根系直径细化具有显著的正相关关系(P0.05);土壤温度与根系细化之间具有显著的负相关关系(P0.05),且其对高寒嵩草草甸根系生长特性形成的贡献率最高,说明高寒嵩草草甸植物根系生长构型特征的主控因子为温度。高寒嵩草草甸根系细化及表聚现象与土壤物理性质之间具有一定程度的互馈效应。低温、高紧实度和较高的土壤湿度有助于形成高密度和细根构型的草毡表层,这种土壤根系构型也是高寒草甸植物群落为适应放牧干扰及恶劣环境的应激性改变。该发现对明晰草地退化演替过程中生态系统构件对外界干扰改变的响应和适应过程及为制定合理有效的退化高寒草甸恢复措施提了供理论依据。     

西藏高寒草原群落植物根系属性在降水梯度下的变异格局

根系功能属性及其变异性能够介导物种共存及环境适应策略, 但强烈的环境约束作用能够引起不同物种间根系属性的趋同性。为了研究西藏高寒草原群落中植物根系属性变异规律, 并阐明不同物种资源获取和适应策略的多样性, 该文对西藏高寒草原不同的环境梯度进行了研究。作者自东向西沿着降水梯度在那曲、班戈和尼玛3个自然草原群落进行群落调查, 并采集了共计22种植物。测定了每种植物的一级根直径、一级侧根长度和根系分支强度3个关键根系属性。结果表明: 在西藏高寒草原群落中, 不同物种根系直径普遍较小, 且种间变异非常小(22.76%), 其中86%的物种一级根直径集中在0.073 mm到0.094 mm之间; 相较于直径较粗的物种, 直径越细的物种分支强度越高, 侧根越短。在群落尺度上, 植物主要通过增加根系直径、侧根长度, 降低分支强度的方式来适应水分的减少; 而在物种尺度上, 植物适应水分变化的策略则呈现多样性。     

Variations of root traits in three Xizang grassland communities along a precipitation gradient

根系功能属性及其变异性能够介导物种共存及环境适应策略, 但强烈的环境约束作用能够引起不同物种间根系属性的趋同性。为了研究西藏高寒草原群落中植物根系属性变异规律, 并阐明不同物种资源获取和适应策略的多样性, 该文对西藏高寒草原不同的环境梯度进行了研究。作者自东向西沿着降水梯度在那曲、班戈和尼玛3个自然草原群落进行群落调查, 并采集了共计22种植物。测定了每种植物的一级根直径、一级侧根长度和根系分支强度3个关键根系属性。结果表明: 在西藏高寒草原群落中, 不同物种根系直径普遍较小, 且种间变异非常小(22.76%), 其中86%的物种一级根直径集中在0.073 mm到0.094 mm之间; 相较于直径较粗的物种, 直径越细的物种分支强度越高, 侧根越短。在群落尺度上, 植物主要通过增加根系直径、侧根长度, 降低分支强度的方式来适应水分的减少; 而在物种尺度上, 植物适应水分变化的策略则呈现多样性。     

中国沙棘根尖功能特征对坡位和动物啃食枝叶的响应

揭示中国沙棘（Hippophae rhamnoides subsp.sinensis Rousi）根尖在形态、水力结构和非结构性碳水化合物（NSC）浓度对环境条件及外界干扰的响应有利于全面了解中国沙棘对环境条件在水分利用和碳素分配上的适应能力和适应策略。以山西省交城县野生沙棘林为研究对象,选取坡下部正常、坡下部动物啃食、坡上部正常和坡上部动物啃食4种类型沙棘,分析沙棘根尖形态、水力结构、非结构性碳水化合物（NSC）的响应。结果显示：与坡下部相比,在坡上部相对缺水的环境下中国沙棘根尖比根长显著增加,根尖的平均长度、直径、皮层厚度和中柱直径没有显著性变化,根尖导管直径降低、导管密度增加;根尖的比导水率正常和动物啃食分别降低18.12%和20.6%,水力脆弱性指数分别降低45.40%和48.5%,NSC含量没有显著性变化。动物啃食导致根尖比根长降低、平均直径增加、皮层厚度和中柱直径增加,导管直径降低、导管密度增加,坡上和坡下动物啃食导致比导水率降低71.14%和70.25%,水力脆弱性指数降低23.95%和19.41%。以上结果表明：坡上部较差的水分条件使中国沙棘根尖有更大的吸收面积,水分输导效率小幅降低,水力安全性较大程度提升;动物啃食导致根尖增粗、导水率较大程度降低、水力安全性小幅提升。坡位和动物啃食均未导致根尖NSC含量降低,动物啃食在坡上部相对缺水的环境中根尖响应程度更大。这表明中国沙棘根尖对坡位和动物啃食的响应有助于对两种影响因素的适应,动物啃食对根尖吸收和运输功能的影响程度更大。     

Moderate grazing promotes the root biomass in Kobresia meadow on the northern Qinghai–Tibet Plateau

Grazing is an important modulator of both plant productivity and biodiversity in grassland community, yet how to determine a suitable grazing intensity in alpine grassland is still controversy. Here, we explore the effects of different grazing intensities on plant biomass and species composition, both at community level and functional group level, and examines the productivity–species richness relationship under four grazing patterns: no grazing (CK), light grazing (LG), moderate grazing, (MG) and heavy grazing (HG), attempt to determine a suitable grazing intensity in alpine grassland. The results were as follows. The total aboveground biomass (AGB) reduced with increasing grazing intensity, and the response of plant functional groups was different. AGB of both sedges and legumes increased from MG to HG, while the AGB of forbs reduced sharply and the grass AGB remained steady. There was a significant positive relationship between productivity and species richness both at community level and functional group level. In contrast, the belowground biomass (BGB) showed a unimodal relationship from CK to HG, peaking in MG (8,297.72 ± 621.29 g/m²). Interestingly, the grassland community tends to allocate more root biomass to the upper soil layer under increasing grazing intensities. Our results suggesting that moderate levels of disturbance may be the optimal grassland management strategy for alpine meadow in terms of root production.     

关帝山华北落叶松人工林细根生物量空间分布及季节变化

利用根钻法研究了山西关帝山华北落叶松（Larix principis—rupprechtii Mayr）人工林细根生物量的空间分布和季节变化特征。结果表明,华北落叶松不同径级细根生物量随土层深度的增加而逐渐减少,土壤表层（0—10cm）中各径级细根的生物量最高,Ⅰ级细根（根直径0～1mm）的生物量在不同土层深度间差异显著（P〈0．05）;距树干不同水平距离处各径级的细根生物量差异均未达到显著水平（P〉0．05）。在0～10cm土层中,各径级细根生物量的季节变化差异显著（P〈0．05）,均表现为单峰型,峰值出现在9月份;在10～20cm和20-30cm土层中,Ⅰ级和Ⅱ级（根直径1～2mm）细根生物量季节变化差异显著,Ⅲ级细根（根直径2～5mm）和Ⅰ级死根（根直径0～2mm）生物量季节变化差异不显著。     

Effects of Grazing Regimes on Plant Traits and Soil Nutrients in an Alpine Steppe,Northern Tibetan Plateau

Understanding the impact of grazing intensity on grassland production and soil fertility is of fundamental importance for grassland conservation and management. We thus compared three types of alpine steppe management by studying vegetation traits and soil properties in response to three levels of grazing pressure: permanent grazing (M1), seasonal grazing (M2), and grazing exclusion (M3) in the alpine steppe in Xainza County, Tibetan Plateau. The results showed that community biomass allocation did not support the isometric hypothesis under different grassland management types. Plants in M1 had less aboveground biomass but more belowground biomass in the top soil layer than those in M2 and M3, which was largely due to that root/shoot ratios of dominant plants in M1 were far greater than those in M2 and M3. The interramet distance and the tiller size of the dominant clonal plants were greater in M3 than in M1 and M2, while the resprouting from rhizome buds did not differ significantly among the three greezing regimes. Both soil bulk density and soil available nitrogen in M3 were greater than in M1 at the 15–30 cm soil depth (P = 0.05). Soil organic carbon and soil total nitrogen were greater in M3 than in M1 and M2 (P = 0.05). We conclude that the isometric hypothesis is not supported in this study and fencing is a helpful grassland management in terms of plant growth and soil nutrient retention in alpine steppe. The extreme cold, scarce precipitation and short growing period may be the causation of the unique plant and soil responses to different management regimes.