江河源区高山嵩草(Kobresia pygmaea)草甸植物和土壤碳、氮储量对覆被变化的响应

以青海省果洛州藏族自治州甘德县青珍乡高山嵩草Kobresia pygmaea草甸轻度退化草地和重度退化草地为研究对象,通过植物地上部分主要功能群(禾草类、杂类草、莎草类)、植物根系和土壤碳、氮浓度及储量动态研究,结果表明:高寒小嵩草草甸轻度退化草地地上部分主要功能群碳、氮浓度和C ∶ N比值明显高于重度退化草地的浓度.同一草地类型主要功能群比较,碳、氮浓度依次为杂类草>禾草类>莎草类;植物地上部分的碳、氮浓度明显高于地下根系的碳、氮浓度.重度退化草地植物根系碳、氮浓度高于轻度退化草地植物根系碳、氮浓度.重度退化草地土壤总有机碳浓度显著低于轻度退化草地土壤总有机碳浓度,随着土层的加深碳、氮浓度有减少的趋势.江河源区高山嵩草草甸的土壤有机碳、氮储量最大,植物根系碳、氮储量居中,植物地上部分碳、氮储量最小.重度退化草地总有机碳储量(13554.3 g/m2)较轻度退化草地储量(14669.2 g/m2)下降7.60%.其中,0～40cm土壤层碳储量下降4.10%,植物根系碳储量下降59.97%,植物地上部分碳储量下降15.39%;重度退化草地总氮储量(3780.6 g/m2)较轻度退化草地储量(3352.7 g/m2)高12.76%,其中,0～40cm土壤中总氮储量高13.07%,植物根系全氮储量下降55.09%,植物地上部分全氮下降16.00%.由于草地退化损失有机碳11149 kg/hm2,而全氮增加4278 kg/hm2.     

青藏高原典型草地植被退化与土壤退化研究

采用野外样方调查和室内分析法,探讨了青藏高原不同退化程度高寒草原和高寒草甸植被群落结构、植物多样性、地上-地下生物量、根系分配及土壤理化特性差异。研究表明:(1)随着退化程度加剧,高寒草原禾草优势地位未改变,高寒草甸优势种莎草逐渐被杂类草取代。(2)随着退化程度加剧,高寒草原地上生物量显著降低(P0.05),高寒草甸地上生物量先保持稳定再下降。高寒草甸地下生物量较高寒草原地下生物量对退化响应更敏感。(3)高寒草原退化过程中,莎草地上物生量变化不明显(P0.05),禾草地上生物量贡献率由88.12%减少至53.54%,杂类草地上生物量贡献率由0.08%增加至42.81%;高寒草甸退化过程中,禾草和杂类草地上生物量先增加后减小,莎草地上生物量占比由69.15%减少至0.04%,杂类草地上生物量占比由12.56%增加至92.61%。(4)随着退化程度加剧,高寒草原根系向浅层迁移,高寒草甸根系向深层迁移。(5)退化对高寒草甸土壤含水量(θ)、土壤有机碳(SOC)、总氮(TN)及土壤容重(BD)影响均比高寒草原更强烈。本研究对青藏高原退化草地恢复治理具有重要的参考价值。     

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。     

人类活动对青藏高原高寒矮嵩草草甸碳过程的影响

随着人类活动干扰(放牧)的增加,青藏高原高寒嵩草甸的退化演替过程依次为禾草-矮嵩草群落、矮嵩草群落、小嵩草群落和杂类草-黑土滩4个阶。其中小嵩草群落又可划分为草毡表层加厚、开裂与塌陷3个子阶段。采用时空转换的方法,研究了人类活动对青藏高原高寒矮嵩草草甸碳过程的影响。结果表明,随着人类干扰强度的增加,植物群落地上部分有机碳储量逐渐降低,由禾草-矮嵩草群落的(134.7±17.3)gC/m2逐渐降低到杂类草-黑土滩次生裸地(18.96±6.18)gC·m-2。土壤、植物地下部分有机碳贮量呈单峰曲线变化,草毡表层开裂子阶段最高,分别为(49.7±0.83)gC·kg-1和(3596.7±179.8)gC·m-2。;杂类草-黑土滩阶段最低,分别为(19.2±1.13)gC·kg-1和(121.6±6.1)gC·m-2。受植物地下部贮碳的影响,土壤-植被系统呈现逐渐降低的变化特征。随人类活动干扰的加强,高寒嵩草草地植物有机碳地下/地上分配比发生巨大改变,草地草毡表层厚度不高于4.3cm是保证草地生产与生态服功能双赢的重要指标。     

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。     

若尔盖湿地高寒草甸退化过程中土壤有机碳含量变化及成因分析

土壤碳输入与输出之间的收支差决定土壤有机碳(SOC)含量。若尔盖湿地高寒草甸退化过程中, 土壤碳输入和输出哪个过程对SOC含量的影响占主导作用还不明确。该研究用空间序列代替时间序列的方法研究了若尔盖湿地高寒草甸不同退化阶段(高寒草甸(AM)、轻度退化高寒草甸(SD)和重度退化高寒草甸(HD)) SOC含量变化及原因。首先, 通过测定高寒草甸退化阶段上主要的土壤理化性状、微生物生物量、植物生物量和功能群组成的变化, 分析了退化阶段上土壤碳输入量的变化及原因; 其次, 结合室内土壤碳矿化培养实验结果和研究区的月平均气温以及土壤呼吸温度敏感性(Q₁₀)估算了该区域土壤碳输出, 并分析了其变化原因; 最后, 分析了造成SOC含量变化的主要原因和过程。结果表明: 在退化梯度上, 土壤含水量(SWC)、SOC和全氮(TN)含量、微生物生物量碳氮含量降低; 植物群落组成逐渐从莎草科、禾本科占优势过渡到杂类草占优势, 且植物生物量降低; SOC矿化量降低; 有机碳潜在积累量降低(与AM阶段相比, SD和HD阶段有机碳潜在输入量、输出量和积累量分别降低了16%、18%、15%和59%、63%、41%)。SWC降低引起土壤容重、SOC含量、TN含量、全磷含量、C:N的改变, 进而导致植物功能群分布模式和土壤微生物的变化, 最终引起SOC输入和输出量的降低。SWC降低导致的植物碳潜在输入量的降低是若尔盖湿地高寒草甸退化过程中SOC含量下降的主要原因。     

高寒草甸退化过程中群落生产力和物种多样性的非线性响应机制研究

为了阐释青藏高原高寒草甸退化的关键生态过程, 该研究依托藏北高原草地生态系统研究站(那曲站), 设置不同退化梯度实验, 即对照、轻度退化、中度退化、重度退化和极度退化5个梯度, 探究群落生产力和物种多样性对不同退化强度的响应机制。结果表明: 1)随着退化程度不断加剧, 地上生物量呈现线性或非线性增加趋势, 在重度退化处理下, 地上生物量显著高于对照32.3%, 其中高山嵩草(Kobresia pygmaea)地上生物量呈非线性下降趋势, 而矮火绒草(Leontopodium nanum)地上生物量呈非线性增加趋势; 2)与地上生物量的响应模式相反, 随着退化程度加剧, 地下生物量与总生物量均呈现非线性降低趋势; 3)高寒草甸退化过程中, 物种辛普森指数、丰富度指数、香农多样性指数和均匀度指数均呈现非线性上升趋势。结构等式方程结果表明, 土壤碳含量和体积含水量与地下生物量均呈现显著的正相关关系。土壤碳含量、体积含水量和砾石质量比对地上生物量无显著影响, 土壤碳、氮含量与物种多样性指数呈现显著的负相关关系。研究认为地上生产力的变化不能很好地指示草地的退化程度, 建议今后研究应以可食性牧草和毒杂草等植物功能群的变化来衡量草地退化。     

Nonlinear responses of productivity and diversity of alpine meadow communities to degradation

为了阐释青藏高原高寒草甸退化的关键生态过程, 该研究依托藏北高原草地生态系统研究站(那曲站), 设置不同退化梯度实验, 即对照、轻度退化、中度退化、重度退化和极度退化5个梯度, 探究群落生产力和物种多样性对不同退化强度的响应机制。结果表明: 1)随着退化程度不断加剧, 地上生物量呈现线性或非线性增加趋势, 在重度退化处理下, 地上生物量显著高于对照32.3%, 其中高山嵩草(Kobresia pygmaea)地上生物量呈非线性下降趋势, 而矮火绒草(Leontopodium nanum)地上生物量呈非线性增加趋势; 2)与地上生物量的响应模式相反, 随着退化程度加剧, 地下生物量与总生物量均呈现非线性降低趋势; 3)高寒草甸退化过程中, 物种辛普森指数、丰富度指数、香农多样性指数和均匀度指数均呈现非线性上升趋势。结构等式方程结果表明, 土壤碳含量和体积含水量与地下生物量均呈现显著的正相关关系。土壤碳含量、体积含水量和砾石质量比对地上生物量无显著影响, 土壤碳、氮含量与物种多样性指数呈现显著的负相关关系。研究认为地上生产力的变化不能很好地指示草地的退化程度, 建议今后研究应以可食性牧草和毒杂草等植物功能群的变化来衡量草地退化。     

尕海湿地植被退化过程中植被——土壤系统有机碳储量变化特征

青藏高原湿地作为陆地生态系统的重要组成部分,在全球碳循环中发挥着重要作用.以青藏高原东缘尕海湿地植被不同退化程度样地(未退化CK、轻度退化SD、中度退化MD及重度退化HD)为研究对象,通过分析地上植物、凋落物、根系和土壤有机碳,研究湿地植被退化过程中植被-土壤系统有机碳储量变化特征.结果表明:除HD外,不同退化程度湿地地上植被碳储量为99.58～205.64 g·m^-2,根系(0～40 cm)碳储量为56.96～754.37 g·m^-2,地上、根系碳储量随退化程度的加剧显著下降,土壤容重随退化程度加剧呈先增加后减少趋势,植被退化湿地各层土壤容重均大于对照样地,而凋落物碳储量为17.29～35.69 g·m^-2,CK和MD均显著高于SD;不同退化程度湿地土壤0～40 cm碳储量为7265.06～9604.30 g·m^-2,且MD>CK>SD>HD,土壤有机碳储量CK和MD显著高于SD、HD;植被-土壤系统的碳储量为7265.06～10389.94 g·m^-2,各样地大小顺序为CK>MD>SD>HD,有机碳主要储存于土壤中,占湿地总碳贮量的90%以上,说明适度干扰有利于发挥高寒湿地生态系统的碳汇功能.     

沙漠化对科尔沁沙质草地生态系统碳氮储量的影响

通过野外调查,研究了沙漠化对科尔沁沙质草地生态系统碳、氮储量的影响.结果表明:沙漠化对草地碳、氮含量和储量具有显著影响,随着草地沙漠化的进程,草地碳、氮含量和储量明显下降.与非沙漠化草地相比,轻度、中度、重度和严重沙漠化草地0～100cm深土壤有机碳和全氮含量分别下降了56.06%和48.72%、78.43%和74.36%、88.95%和84.62%、91.64%和84.62%,植物组分中的碳、氮含量分别下降了8.61%和6.43%、0.05%和25.71%、2.58%和27.14%、8.61%和27.86%;轻度、中度、重度和严重沙漠化草地地上植物组分中的碳、氮储量分别下降了25.08%和27.62%、30.90%和46.55%、73.84%和80.62%、90.89%和87.31%,0～100cm深地下植物组分中碳和全氮储量分别下降了50.95%和43.38%、75.19%和71.04%、86.76%和81.48%、91.17%和83.17%.2000年科尔沁沙地沙漠化草地总面积为30152.7km2,因沙漠化损失的碳、氮总储量高达107.53和9.97Mt.草地碳、氮含量的下降主要源于风蚀过程中土壤细颗粒的损失.土壤的粗化和贫瘠化最终导致了植物和凋落物中碳、氮储量的明显下降.     

长江黄河源区湿地分布的时空变化及成因

通过整理解译1969年航片、1986年、2000年、2007年以及2013年TM影像数据,对长江黄河源区的高寒湿地分布的时空变化特征进行分析,并结合气象观测数据和人类活动状况,运用主成分分析和灰色关联度法定量分析造成高寒湿地退化的气候因素和人为因素的贡献,并揭示了高寒湿地退化与各环境因子之间的关联性。结果表明:1969年—2013年间,江河源区的高寒湿地面积减少了19.16%,各湿地类型的斑块分离度不断增大;空间上,高寒湿地的退化区主要分布在长江源区的东北部以及黄河源区的北部地区,与该区域冻土的退化有显著的一致性;1969年以来,江河源区的气候呈气温显著上升、相对湿度降低以及降水量微弱增加的暖干化趋势,湿地的退化与气候变化在时间上有明显的同步性,其中气温升高是形成湿地退化格局的主要原因,降水量和相对湿度的变化会对湿地的变化产生重要影响,尤其是对河流和湖泊的影响更为显著;此外,载畜量的变化是影响湿地变化最重要的人为因素。     

香溪河河流连续统特征研究

以香溪河附石藻类密度、藻类叶绿素a浓度、Shannon-Wiener多样性指数及生态系统初级生产力随河流级别的变化为例探索该河流的连续统特征。结果表明,附石藻类密度、藻类叶绿素a浓度和Shannon-Wiener多样性指数总体上都有随着河流级别增加而增加的趋势,但在1～3级河段之间这种趋势并不明显,甚至出现了逆转。河流初级生产力也有随河流级别增加而增加的趋势,并在第4级河流达到最大,随后有所下降。在全水系范围内河流初级生产力(P)与群落呼吸(R)比值P／R均大于1,说明香溪河是一条以自养生产为主的河流。所研究的特征并不完全与连续统概念的预测相一致,表明河流已经受到了一定程度的人为干扰。     

北京怀沙河、怀九河自然保护区藻类组成及时空分布动态研究

于2004年3月至2005年3月,首次对北京怀沙河、怀九河自然保护区的藻类植物进行实地调查研究,通过对区内10个采样点360余份水生藻类植物标本鉴定、统计,分析了该区藻类植物的区系组成、藻类时空分布特点.研究表明,该区共分布有藻类植物9门105属226种,其中以硅藻、蓝藻、绿藻3门为主,并有少量裸藻、甲藻、黄藻、红藻、金藻等分布;藻类植物由于受水体化学物质组成和物理性质的影响,各采样点及不同月份的种类组成和数量均有差异.怀九河源头的物种丰度和硅藻多度均最大,洞台、黄坎丝状蓝藻占优势,怀柔水库绿藻占优势;在时间分布上,7月物种丰度和藻类多度最大.通过对区内藻类分布规律及大量污染指示藻类的分析表明,该保护区的水体已经受到了一定程度的污染.     

三江源区不同建植年限人工草地植物群落与土壤微生物生理类群的变化

通过对江河源区不同建植年限多年生人工草地植物群落的调查,分析了其土壤理化性状和土壤微生物数量的变化.结果表明：随着人工草地建植年限的增加,植物群落的数量特征多呈高-低-高、杂类草生物量低-高-底、莎草生物量增加的趋势;土壤养分变化为高-低-高、容重为低-高-底、pH呈下降趋势;土壤中多数微生物的数量及微生物生物量碳含量的变化为高-低-高,纤维素分解菌数量逐渐升高,而反硝化菌数量逐年下降,溶磷菌数量呈低-高-低的动态变化.土壤微生物数量与土壤理化性状存在明显的相关关系,各生理类群明显受不同土壤理化因素的直接控制和间接调节.说明人工草地的建植及其正向恢复演替改善了土壤的理化性状,使土壤环境有利于有益微生物菌群的定居繁殖,有害微生物菌群的增殖受到抑制.     

赣江和抚河南方鳅鮀的遗传多样性及遗传结构

南方鳅鮀（Gobiobotia meridionalis）是我国特有的一种小型底栖鱼类。本研究利用线粒体Cyt b基因对赣江巴邱镇江段55尾、万安县江段7尾和抚河抚州市江段48尾共计110尾南方鳅鮀样本的遗传多样性和遗传结构进行分析。结果表明,2个水系110尾南方鳅鮀的Cyt b基因序列共检测出45个单倍型,单倍型多样性和核苷酸多样性分别为0.967 ± 0.006和0.007 1 ± 0.000 2,其中,抚州种群分别为0.911 ± 0.022和0.004 3 ± 0.000 2,巴邱种群分别为0.950 ± 0.015和0.003 7 ± 0.000 2,万安种群分别为0.810 ± 0.130和0.002 6 ± 0.000 5。群体遗传分化指数（Fst）表明,抚州种群与巴邱种群之间存在高度分化。分子方差分析（AMOVA）结果表明,赣江和抚河南方鳅鮀种群的遗传变异主要来自于种群内部（68.42%）。南方鳅鮀群体整体遗传多样性较高,且赣江巴邱种群和抚河抚州种群之间存在高度分化,建议以局部种群为管理单元,加强赣江和抚河流域南方鳅鮀的遗传多样性及资源保护。     

基于Budyko假设的洮河与大夏河径流变化归因识别

受气候变化和人类活动的影响,世界许多河流水文过程发生了显著的变化。研究河川径流变化特征及其原因对流域水资源管理和规划有十分重要的意义。以黄河上游支流洮河、大夏河为研究对象,采用Mann-Kendall趋势检验法、突变分析等方法探究河川径流的趋势变化、阶段特征,并采用Budyko水热耦合平衡方程定量评估径流变化影响因素的贡献率。研究发现洮河与大夏河流域年径流深均呈显著减少趋势,减少速率为：-1.85 mm/a、-1.36 mm/a （P≤0.01）。通过突变检验可将洮河的径流序列分为基准期1961-1987年,剧烈人类活动期1988-2017年,而大夏河的基准期为1961-1985年,人类活动期1986-2017年。洮河、大夏河流域下垫面变化对径流变化的贡献率超过60%,降雨次之,潜在蒸散发最弱,约贡献10%。流域下垫面改变是引起研究区河川径流变化的主要因素。     

黄河三角洲湿地生态系统的形成及其保护

通过对黄河三角洲新生湿地的野外调查,利用TM陆地卫星影像图的判读,结合黄河尾闾变动的历史资料分析,结果表明,黄河三角洲新生湿地是多泥沙的黄河淤积和海岸蚀退所形成.受区域气候、地貌、地质沉积、土壤、植被的相互作用和互相影响,形成4.5×105hm2的湿地,其中有6.84×104hm2的人工湿地.湿地生态类型随着黄河尾闾摆动和海退陆进程度而变化,自海洋向陆地依次为潮下带水生生态系统潮间带湿地生态系统潮上带盐生生态系统芦苇獐茅湿地生态系统草甸湿地生态系统陆上农田生态系统.该系统资源丰富,共有野生动物1524种,鸟类300种,鱼类1040种.石油开发和近年来黄河断流对湿地产生一定影响,应在开发利用中加强管理和保护     

汉江上游金水河悬浮物及水体碳氮稳定同位素组成特征

金水河位于南水北调中线工程水源地的汉江上游,研究其污染物来源及分布规律对水源地水资源保护尤为重要。研究了不同水文季节金水河中悬浮颗粒物C和N稳定同位素值、水体硝酸盐与铵盐含量及其N稳定同位素特征。结果表明:金水河流域可溶性氮素与悬浮颗粒物的来源具有明显的空间性和季节性差异,并且流域内叶绿素浓度、水体浊度、悬浮物浓度都会对河流碳氮素稳定同位素值造成影响,主要体现在环境因子的变化制约着水体中硝化和反硝化生物对氮素的可利用性。结果显示:1)水体中悬浮颗粒物的碳稳定同位素为-8.03‰-14.57‰,平均值为2.59‰;氮稳定同位素范围为-7.50‰-7.34‰,平均值为:4.33‰,表明悬浮颗粒物的来源主要为外源性土壤有机质与内源性水生植物残体的混合;2)河流水体中铵盐与硝酸盐N-稳定同位素范围分别为-5.86‰-17.20‰,平均值为5.02‰及-1.48‰-15.86‰,平均值为5.75‰;水体可溶性氮素主要来源为大气沉降、河流水生生物以及地表径流所带入的化肥农药等;3)悬浮颗粒物含量不仅随着河流径流量的季节性变化而变化,还随着人为干扰强度的加强而呈递增的趋势,水体悬浮颗粒物含量最高达到(9.883±3.45)mg/L。而NH_4~+及NO_3~-的浓度也呈现出相同的趋势,含量分别为0.07-0.45 mg/L,平均值为0.25 mg/L;0.08-0.44 mg/L,平均值为0.37 mg/L。稳定同位素测定为河流生态系统提供了一个整合时空氮素来源和转移循环过程的综合指标,揭示了环境因子对河流生态系统氮循环的影响过程与机制。     

生物入侵对黄河流域生态系统的影响及对策

黄河流域健康的生态系统是沿黄地区生态保护和高质量发展的核心。然而, 随着经济高速发展和人类活动增加, 大量的外来生物传入并占据黄河流域生态位。这些外来生物在黄河流域的大肆扩繁给黄河流域本土生物和生态系统带来了严重威胁, 甚至严重影响人类健康。因此, 研究黄河流域的外来生物入侵问题, 并提出保护对策, 对于黄河流域生态保护和高质量发展具有重大意义。本文主要从黄河流经九省区(包含黄河流域)外来入侵生物的传入特征、传播途径、种群动态、成灾机制以及入侵生物对黄河流域重要生物资源和生态系统的影响等方面进行综述, 并提出了防控黄河流域生物入侵、保护黄河流域健康的生态系统的措施和对策。     

长江流域鸟类的初步分析

对长江流域范围内有关动物调查报告和研究资料进行全面、系统地收集和整理,建立了鸟类分布数据库,初步查明在长江流域分布的鸟类共有762种,隶属20目、66科、291属,约占全国鸟类种数的61．2％。其中拥有中国特有鸟及主要分布鸟类72种,国家一级重点保护动物26种,国家二级重点保护动物92种。