青藏高原高寒草甸两种优势植物的生长及其CNP化学计量特征对模拟增温的响应

以青藏高原高寒草甸和高寒沼泽中的两种优势物种小嵩草(Kobresia pygmaea)和藏嵩草(Kobresia tibetica)为研究对象,采用开顶式增温室(OTCs)模拟气候变暖,对比分析两种植物叶片形态和解剖结构特征、根活性及地上—地下部分化学计量特征对增温的响应差异。结果表明:增温显著增加了小嵩草叶片的长度和叶片的数量,也显著增加了藏嵩草株高和叶片长度;增温没有明显改变小嵩草和藏嵩草的叶片上表皮厚度、下表皮厚度、下表皮细胞角质层厚度、叶肉细胞长和叶肉细胞宽;增温增加了小嵩草根系活跃吸收面积,对小嵩草和藏嵩草其他根系活性指标没有显著影响;增温降低了小嵩草地上部分N含量,对小嵩草地上部分C、P含量没有影响;增温降低了藏嵩草地上部分C、N含量,对P含量没有影响;增温增加了小嵩草和藏嵩草地上部分C/N比,提高了两种优势植物对氮素的长期利用效率;增温对小嵩草地下部分化学计量学特征没有影响,而降低了藏嵩草地下部分C含量和C/N比。     

青藏高原多年冻土区不同水分条件的高寒草甸根系功能性状对增温的响应

在青藏高原多年冻土广泛分布的风火山地区,选择小嵩草（Kobresia pygmea）草甸和藏嵩草（Kobresia tibetica）沼泽化草甸为研究对象,采用开顶增温室（Open top chambers, OTCs）模拟气候变暖,探讨模拟增温对土壤水分差异的两种草甸地下生物量及根系功能性状的影响。结果显示,（1）增温显著增加小嵩草草甸0—20 cm根系生物量,主要是由于表层（0—10 cm）根系生物量显著增加,而对藏嵩草沼泽化草甸根系生物量无影响。（2）增温显著增加了小嵩草草甸根组织密度,同时提高了藏嵩草沼泽化草甸10—20 cm的比根长和比根面积（3）增温降低了小嵩草草甸的根系碳含量及10—20 cm根系氮含量,增加了藏嵩草沼泽化草甸的碳含量及10—20 cm根系氮含量,显著提高了小嵩草草甸和藏嵩草沼泽化草甸深层（10—20 cm）根系碳氮比。这些结果预示着增温使得土壤水分较低的小嵩草草甸朝着资源保守的慢速生长型发展,以适应暖干化的环境;土壤水分较高的藏嵩草沼泽化草甸朝着资源获取的快速生长型发展,加速利用土壤中的养分满足植物生长需要。可见,土壤水分可以调节高寒草甸对气候变暖的演变趋势,强调了水分的重要性。     

青藏高原那曲高山嵩草草甸植物物候对增温的异步响应

植物物候对气候变暖的响应是全球气候变化研究的重要内容。目前,高海拔生态系统植物物候对气候变暖响应的研究仍然较少。该研究依托西藏那曲高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站布设的梯度增温实验,分别于2015、2017、2018和2021年对模拟增温下优势物种高山嵩草(Kobresia pygmaea)和钉柱委陵菜(Potentilla saundersiana)返青期、现蕾期和开花期等表征植物物候的指标进行了观测,以期揭示增温下藏北高寒草甸植物物候变化机制。结果表明:随着温度升高,高寒草甸中优势植物物候具有不同的变化趋势。高山嵩草返青、现蕾和开花物候期的推迟幅度与温度升高幅度呈正相关关系;钉柱委陵菜返青、现蕾和开花时间随着温度上升表现为先提前后推迟;这表明高寒草甸植物物候对增温产生异步响应。此外,长期增温下的藏北高寒草甸优势种的物候变化均显示出了延迟效应。结构方程归因分析发现,空气温度升高促使高山嵩草返青时间推迟;低水平增温可以促进钉柱委陵菜物候提前,而随着温度继续升高其物候响应发生逆转,土壤水分在决定物候对气候变暖响应的幅度和方向上具有关键作用。该研究结果揭示了藏北高寒草甸优势植物物候响...     

青藏高原高寒草甸植物群落物种组成和生物量沿环境梯度的变化

生物多样性与生态系统功能的关系及其机制是生态学领域的重大科学问题. 人们越来越关注环境因子对多样性-生产力关系的影响. 植物群落组成、物种丰富度、物种特征、生物量的分布结构和植物枯枝落叶对高寒草甸物种多样性和生产力有着重要的影响. 因此, 我们利用2001~2004年中国科学院海北生态系统定位站高寒草甸群落的实测资料, 研究了不同环境梯度(土壤含水量和营养)下, 植物群落生物量, 物种丰富度及组成的变化. 结果表明, 植物群落物种组成的不同反应在生物量的分布上, 以藏嵩草为优势种的藏嵩草沼泽化草甸群落总生物量(地上、地下)最高(13196.96±719.69 g/m²), 次之是以杂类草和莎草科为主的小嵩草草甸(2869.58±147.52 g/m₂), 以禾本科和杂类草为主的矮嵩草草甸最低(2153.08±141.95 g/m²). 藏嵩草沼泽化草甸中, 草本植物枯枝落叶显著高于小嵩草、矮嵩草草甸, 土壤含水量对草本植物枯枝落叶有较大的影响. 不同类型草甸群落中, 地上生物量与土壤有机质、全氮和群落盖度之间均呈显著正相关(P < 0.05); 藏嵩草沼泽化草甸中, 总生物量与物种丰富度呈负相关(r_s = -0.907, P < 0.05)、地下生物量与土壤含水量呈正相关(r_s = -0.900, P < 0.05); 而在小嵩草和矮嵩草草甸中它们之间均没有达到显著水平, 说明不同类型高寒草甸群落生产力除受物种多样性、功能群内物种密度和均匀度的影响, 同时也受物种本身特征和外部环境资源的影响. 不同类型草甸群落生物量的分布与土壤含水量和土壤养分的变化相一致.     

模拟增温对高寒草甸植物叶片碳氮及其同位素δ~(13)C和δ~(15)N含量的影响

基于国际冻原计划(ITEX)模拟增温效应对植物影响的研究方法,以高寒矮嵩草草甸4种植物(矮嵩草、垂穗披碱草、棘豆、麻花艽)为实验材料,设置大(OTC1)和小(OTC2)两类增温小室,测定了其叶片碳氮及其稳定性碳同位素(δ~(13)C、δ~(15)N)等指标在增温3年后的变化。结果表明:除矮嵩草在较小增温小室(OTC2)中C/N比值比对照降低了14.1%,其它物种C/N在两个增温处理下都有所增加,但差异均不显著(P0.05)。4种植物叶片δ~(13)C值在-24.12‰~-28.34‰之间,矮嵩草叶片δ~(13)C值随增温而升高,棘豆、麻花艽随增温而降低,且矮嵩草在OTC2的δ~(13)C值变化达到显著水平(P0.05)。矮嵩草和麻花艽的叶片δ~(15)N值在OTC1和OTC2中均比对照增加,且麻花艽增加较显著(P0.05)。垂穗披碱草在OTC1和OTC2的叶片δ~(15)N值比对照分别减少18.7%和26.9%,差异都不显著(P0.05);棘豆叶片δ~(15)N值在OTC2内比对照低11.0%(P0.05),在OTC1的内比对照高2.8%(P0.05)。可见,高寒矮嵩草草甸不同功能群植物物种碳氮含量及稳定性碳氮同位素含量对短期增温有不同的响应模式和规律。     

长期增强UV-B辐射对高寒矮嵩草草甸植物光合作用的影响

以高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸地区的强光和天然太阳短波辐射为背景,在植物生长季每天人工增补15.8 kJ·m-2的辐射剂量,模拟平流层臭氧破坏5%时近地表面增加的太阳UV-B辐射强度,探讨高寒矮嵩草草甸植物光合作用对UV-B辐射增强的响应.结果显示:(1)长期增强UV-B辐射对高寒矮嵩草草甸大多数植物的光合作用没有明显的负面影响;其中异针茅(Stipa aliena)、苔草(Carex atrofusca)、黄芪(Astragalus sp.)的光合作用受到抑制,但棘豆(Oxytropis ochrocephala)、异叶米口袋(Gueldenstaedtia multiflora)、鹅绒委陵菜(Potentilla anserina)、柔软紫菀(Aster flaccidus)、羌活(Notoperygium forbesii)的净光合速率和表观量子效率增加,这与它们的形态特征,气孔因素以及水分利用效率有关.(2)长期增强UV-B辐射使高寒矮嵩草草甸大多数植物的类胡萝卜素含量增加,叶绿素a/叶绿素b比值和类胡萝卜素/叶绿素比值升高,这更有利于植物吸收更多的紫外辐射,减少UV-B辐射增加对高寒矮嵩草草甸植物的伤害,起到了光合保护的作用,有利于植物光合作用的进行,也是高寒矮嵩草草甸植物适应环境的一种策略.研究表明,长期增强UV-B辐射不会减少高寒矮嵩草草甸生态系统的初级生产力.     

青藏高原两种植被类型净初级生产力与气候因素的关系及周转值分析

基于2008—2016年青海海北站9年净初级生产力及气候因子监测数据,分析了青藏高原高寒小嵩草草甸和高寒金露梅灌丛两种植被净初级生产力年际动态,并探讨了气候因子对其影响及其不同土层深度根系周转值特征。结果表明:(1)年际尺度上,小嵩草草甸地上净初级生产力表现为显著增加趋势,增幅为7.02 g m~(-2) a~(-1),而金露梅灌丛地上净初级生产力相对较为稳定;对于其地下净初级生产力和总生产力,小嵩草草甸和金露梅灌丛均表现为增加趋势(P0.05),9年间小嵩草草甸地上、地下和总净初级生产力平均值分别为(217.55±9.95)、(1882.75±161.33) g m~(-2) a~(-1)和(2100.30±163.38) g m~(-2) a~(-1),金露梅灌丛地上、地下和总净初级生产力9年间平均值分别为(256.27±11.4)、(1614.31±173.03) g m~(-2) a~(-1)和(1870.58±177.93) g m~(-2) a~(-1)。(2)不同植被类型地上净初级生产力对气候因素响应不同,金露梅灌丛地上净初级生产力主要受温度影响,而温度对小嵩草草甸地上净初级生产力无显著影响。此外,降水不是限制高寒生态系统草地地上净初级生产力主要因子,相比于降水影响,高寒生态系统地上净初级生产力更受温度调控。(3)年均温和年降水对金露梅灌丛和小嵩草草甸地下净初级生产力均无显著影响(P0.05),表明高寒生态系统,其地下生产力受外界气候条件变化影响微弱,是一个稳定的碳库。(4)两种植被类型其根系周转值均随着土壤深度的增加呈逐渐增加趋势,且高寒灌丛根系周转值明显高于高寒草甸根系周转值。研究表明,在全球气候变暖背景下将会增加金露梅灌丛地上净初级生产力,而对小嵩草草甸地上净初级生产力无显著影响。     

藏北高山嵩草草甸群落特征及生产力对模拟增温幅度的响应

青藏高原气候严酷,陆地表层生态系统脆弱,其高寒植物群落特征及生态系统生产力对气候变化的响应极其敏感。利用开顶箱(OTCs,Open Top Chambers)式装置在藏北高山嵩草(Kobresia pygmaea)草甸设置不同增温梯度实验(W1、W2、W3、W4),探究增温对高寒草甸植物群落特征及地上生产力的影响。研究结果表明:1)与对照样地相比,增温减少了植物群落总盖度(2015年,W1、W2、W3、W4分别显著减少了28%、23%、59%、60%; 2016年,W4显著减少了83%)和高山嵩草盖度(2015年,W1、W2、W3、W4分别显著减少了26%、33%、681%、64%; 2016年,W4显著减少了85%),而低幅度增温(W1、W2)对委陵菜属植物盖度无显著影响,高幅度增温(W3、W4)显著减少了委陵菜属植物盖度(2015年,W3、W4分别显著减少了58%和60%;2016年,W4显著减少了71%); 2)对整个植物群落而言,增温幅度较低时,增温对群落的生长和生物量的积累有促进作用,当温度升高超过一定程度,这种促进作用会逐渐减弱甚至变成抑制作用(2015年,W4显著减少了地上生物量69%; 2016年,W4显著减少了地上生物量82%); 3)高山嵩草盖度和其他物种总盖度存在显著的年际差异,而委陵菜属植物盖度无明显的年际变化。研究结果预示着,一定程度的升温会促进高寒草甸植物群落的生长,但温度升高超过一定幅度时,会导致草地生产力下降,草地退化加剧,同时当地群落中委陵菜属植物在全球变化背景下相对稳定,这类物种在未来气候变暖的背景下可能具有更强的竞争力。     

青藏高原高寒草甸退化对矮嵩草有关生理特性的影响

该研究采用空间分布代替时间演替的方法,选取青藏高原青海省果洛藏族自治州玛沁县境内典型的未退化草甸和退化草甸样地,分别设置3个5m×5m的样方,于6至9月下旬上午进行植株和土壤采样,测定矮嵩草生理指标,探讨高寒草甸退化所导致的环境变化对自然生长状态下矮嵩草生理特性的影响机制。结果表明:(1)与未退化草甸相比,退化导致土壤表层速效氮含量极显著降低,而速效磷和速效钾含量显著升高;全氮、全磷和全钾的含量总体上表现为未退化草甸低于退化草甸。(2)与未退化草甸相比,退化草甸矮嵩草叶中超氧化物歧化酶(SOD)活性在生长前期高而后期低(低4%),谷胱甘肽(GSH)含量在两个样地的变化趋势基本一致。(3)退化草甸矮嵩草叶片可溶糖和可溶蛋白含量在生长后期分别比未退化草甸降低17.6%和34.9%,且9月份降低达极显著水平。(4)生长中期以后,退化草甸矮嵩草叶片叶绿素a、b含量比未退化草甸的下降速度快、含量分别低18.84%和20.68%。(5)退化草甸矮嵩草叶片超氧阴离子自由基(O_2~)的产生速率在9月份极显著高于未退化草甸。研究表明,在非生物胁迫下未退化草甸的矮嵩草具有更高的ROS清除能力和渗透调节能力,退化导致的环境变化可能是矮嵩草在生长后期抗氧化能力降低、衰老早的内在原因。     

高寒草甸植被-土壤系统对气候变暖响应的研究进展

低温限制环境下发育的高寒草甸对气候变暖响应极为敏感,因此,研究高寒草甸响应气候变暖特征对预测未来气候变化下高寒生态系统可能产生的变化具有重要意义。为进一步加深高寒生态系统响应气候变暖机制的理解,从植物个体水平、群落水平特征,以及土壤物理、化学、生物特性等方面,综述了气候变暖对高寒草甸植被-土壤系统的影响,并指出现有研究存在的不确定性,同时对今后的工作做了展望。温度升高促进高寒草甸植物生长发育。在适度增温下植物的光合呼吸、生物量、物种多样性有所增加,然而不同植物种类具有不同的生理结构和生态位,加之增温幅度和时间不同,导致植物光合呼吸强度、生物量分配、物候期出现差异;而温度过度升高则会导致高寒草甸物种趋于单一化,引起物种多样性降低,对群落演替产生重要影响。同时,温度升高增加高寒草甸土壤温度,减少土壤含水量,从而导致土壤有机碳含量降低或增加。在短期增温下,土壤碳和酶活性升高,土壤呼吸速率增加;但随着时间延长,土壤呼吸速率不再增加,表现出对增温的适应性。因此,高寒草甸生态系统不同组分和各生命过程对温度响应模式的差异,导致了气候变暖对高寒草甸植被-土壤系统各组分的影响存在很大不确定性,建议深入开展不同增温幅度和时间下高寒草甸植被-土壤系统各组分正负效应的定量化阈值判断及其生态-分子生物学响应机制研究。     

放牧高寒嵩草草地不同演替阶段土壤酶活性及养分演变特征

以高寒草地演替序列禾草-矮嵩草群落、矮嵩草群落、加厚期小嵩草群落、开裂期小嵩草群落和杂类草-黑土型次生裸地为对象,研究多稳态放牧高寒草地土壤酶活性演变及其与养分的关联性.结果表明:随退化演替推进,植被盖度和地上生物量依次降低,而地下生物量在加厚期和开裂期小嵩草群落达到高峰.土壤蔗糖酶、脲酶、纤维素酶、碱性磷酸酶和芳基硫酸酯酶活性在土壤表层(0~10 cm)高于亚表层(10~20 cm),而几丁质酶相反;纤维素酶、碱性磷酸酶和芳基硫酸酯酶在禾草-矮嵩草群落最高,杂类草-黑土型次生裸地最低,加厚期小嵩草群落略有升高;几丁质酶在中间3个阶段均显示较高活性;脲酶和蔗糖酶在后期杂类草-黑土型次生裸地阶段明显升高.土壤水分、铵态氮、碱解氮、全氮、全碳和有机碳随退化演替依次递减,但硝态氮和速效磷在后期两阶段回升.除几丁质酶外,其他酶均与速效磷、铵态氮、碱解氮、全碳和有机碳呈正相关,与pH呈负相关;纤维素酶、碱性磷酸酶和芳基硫酸酯酶还与土壤水分和全氮呈正相关;影响土壤酶活性的主控因子为速效磷和铵态氮.高寒草地土壤酶受放牧退化演替影响呈现不同演变趋势,酶活性与土壤养分存在相互协同作用,但重度退化的极端环境也可能会激发与氮、碳养分转化相关的土壤酶活性.     

Effects of experimental warming on plant reproductive phenology in Xizang alpine meadow

Aims Climate warming strongly influences reproductive phenology of plants in alpine and arctic ecosystems. Here we focus on phenological shifts caused by warming in a typical alpine meadow on the Qinghai-Xizang Plateau. Our objective was to explore phenological responses of alpine plant species to experimental warming. Methods Passive warming was achieved using open-top chambers (OTCs). The treatments included control (C), and four levels of warming (T1, T2, T3, T4). We selected Kobresia pygmaea, Potentilla saundersiana, Potentilla cuneata, Stipa purpurea, Festuca coelestis and Youngia simulatrix as the focal species. Plant phenology was scored every 3-5 days in the growing season. The reproductive phenology phases of each species were estimated through fitting the phenological scores to the Richards function. Important findings Under soil water stress caused by warming, most plants in the alpine meadow advanced or delayed their reproductive events. As a result, warming significantly delayed phenological development of K. pygmaea. Warming significantly advanced reproductive phenology of P. saundersiana, S. purpurea and F. coelestis, but not of P. cuneata and Y. simulatrix. In addition, warming significantly shortened the average flowering duration of alpine plant species. The potentially warmer and drier growing seasons under climate change may shift the reproductive phenology of the alpine systems in similar pattern.     

实验增温对藏北高寒草甸植物繁殖物候的影响

全球气候变暖对高寒和极地地区的植物物候产生强烈的影响。该研究主要关注增温条件下藏北高寒草甸不同功能型植物繁殖时间(生殖物候)的改变。实验采用开顶箱式增温方法, 对3个主要功能群浅根-早花、浅根-中花和深根-晚花植物的现蕾、开花、结实时间进行观测。研究结果表明: (1)增温导致了土壤水分胁迫, 显著推迟了浅根-早花植物高山嵩草(Kobresia pygmaea)的繁殖时间; (2)增温显著提前了浅根-中花植物钉柱委陵菜(Potentilla saundersiana)和深根晚花植物紫花针茅(Stipa purpurea)和矮羊茅(Festuca coelestis)的繁殖时间; (3)增温没有显著影响浅根-中花植物楔叶委陵菜(Potentilla cuneata)和深根-晚花植物无茎黄鹌菜(Youngia simulatrix)的繁殖时间; (4)增温缩短了3种类型植物的开花持续时间。这些结果显示增温改变了藏北高寒草甸群落中多数物种的繁殖时间, 这预示着在未来更热更干的生长季, 青藏高原高寒草甸系统的植物物候格局可能会被重塑。     

青海海北植物群落类型与土壤线虫群落相互关系

土壤线虫是良好的指示生物, 是植物群落演替的重要驱动力, 其生态功能影响着生态系统正常生态效应的发挥。该研究以海北矮生嵩草(Kobresia humilis)草甸、西藏嵩草(Kobresia tibetica)沼泽化草甸、暗褐薹草(Carex atrofusca)沼泽化草甸和金露梅(Potentilla fruticosa)灌丛4种不同植物群落类型的土壤线虫为研究对象, 研究不同植物群落类型下的土壤线虫群落组成、分布特征、物种多样性及其营养类群组成, 分析植物类群结构与土壤线虫群落之间的相关性。主要研究结果: (1)在4种植物群落土壤样本中共分离线虫3 800条, 分属于2纲5目15科30属, 线虫平均个体密度为每100 g干土580条, 随土壤深度增加而递减, 具有明显的表聚性。不同植物群落间的土壤线虫群落组成存在一定差异, 矮生嵩草草甸0-40 cm土壤线虫总数(1 811条·392.5 cm^-3)显著高于其他植物群落类型, 暗褐薹草沼泽化草甸的土壤线虫总数最少(324条·392.5 cm^-3)。4种植物群落下土壤线虫的优势属和营养类群组成存在差异, 这种差异在矮生嵩草草甸与暗褐薹草沼泽化草甸之间表现得尤为明显。 (2)不同植物群落下土壤线虫的多样性指数(H′)和均匀度指数(J′)均为金露梅灌丛最高, 暗褐薹草沼泽化草甸最低, 其两种植物群落间H′差异显著, 而优势度指数(λ)相反, 为暗褐薹草沼泽化草甸最高, 金露梅灌丛最低。表明金露梅灌丛土壤线虫群落多样性最高, 暗褐薹草沼泽化草甸土壤线虫群落多样性最低, 土壤线虫群落趋于单一化。4种植物群落土壤有机质的分解途径均以细菌通道为主。西藏嵩草沼泽化草甸的瓦斯乐斯卡指数(WI)显著高于矮生嵩草草甸, 表明从高寒沼泽化草甸过渡到高寒灌丛、高寒草甸, 土壤肥力不断降低, 沼泽化草甸有利于食微生物线虫的生长。暗褐薹草沼泽化草甸的植物寄生线虫指数(PPI)、成熟度指数(MI)均表现为最低, 表明其生态系统的成熟度较低, 这与暗褐薹草沼泽化草甸土壤含水量较高有关。不同植物群落下的富集指数(EI)、结构指数(SI)均为暗褐薹草沼泽化草甸最高, 由此可以看出暗褐薹草沼泽化草甸的食物网相对连通性较高, 食物链较长, 食物网的阻力相对较小。(3)主成分分析(PCA)结果显示4种植物群落最大贡献属不同。相关性分析表明: 食细菌性线虫数量与西藏嵩草沼泽化草甸有显著的正相关关系; 金露梅灌丛的植物多样性与线虫的H′、J′有显著的负相关关系, 与λ则有显著的正相关关系; WI与矮生嵩草草甸的植物多样性有显著的正相关关系, PPI与矮生嵩草草甸的物种多样性指数有显著的负相关关系。综上所述, 植物群落深刻地影响着土壤线虫群落的多样性。     

青藏高原特有种-藏扇穗茅叶绿体基因组测序及序列分析

藏扇穗茅（Littledalea tibetica）是禾本科（Poaceae）雀麦族（Bromeae）中一个具有重要生态价值的多年生高山特有种,主要分布于青藏高原及其毗邻地区。本文采用基于第二代高通量测序平台的Illumina MiSeq技术,对青藏高原特有种—藏扇穗茅进行了叶绿体基因组测序,首次建立了雀麦族物种的标准测序流程;同时,以其近缘物种—黑麦草（Lolium perenne）的叶绿体基因组序列作为参考,组装获得它的叶绿体基因组序列。结果表明,藏扇穗茅叶绿体基因组序列全长136 852 bp,GC含量为38.5%,呈典型的四段式结构,其中大（LSC）、小（SSC）单拷贝区大小分别为80 970和12 876 bp,反向互补重复区（IR）大小为21 503 bp,共注释得到141个基因,包含95个蛋白编码基因、38个tRNA基因和8个rRNA基因,主要分布于大单拷贝区和小单拷贝区。同时,基于藏扇穗茅和其它30种禾本科植物叶绿体基因全序列构建的系统发育树显示,藏扇穗茅与早熟禾亚科中小麦族植物亲缘关系较近。     

放牧和模拟增温对藏北高寒草地植物群落特征及生产力的影响

气候变化和放牧活动对草地植物物种多样性和生产力具有重要影响。为探索藏北高寒草地植物物种多样性和生产力对增温、放牧及其交互作用的响应, 于2011年在藏北高原开始建立增温实验平台, 2016年起增设放牧、增温+放牧实验, 连续2年(2016-2017年)观测了植物群落特征、群落组成、生产力和物种多样性。结果表明, 增温和放牧对高寒草地植物高度和净初级生产力具有显著交互作用。在放牧条件下, 增温对植物高度无显著影响; 但在不放牧条件下, 增温却显著增加了植物高度。在放牧条件下, 增温对净初级生产力的影响存在年际差异, 2016年增温对生产力无显著影响, 2017年增温显著降低了植物净初级生产力; 但在不放牧条件下, 增温对植物净初级生产力无显著影响。增温和放牧对高寒草地植物物种丰富度、盖度、重要值及多样性均无显著交互作用。植物盖度在增温和放牧条件下显著降低, 杂类草物种比例显著增加, 但物种多样性均无显著变化。研究表明, 增温和放牧显著改变高寒草地群落结构。未来气候变化条件下, 放牧活动加剧有可能导致高寒草地生产力降低。     

Responses in allometric growth of two dominant species of subalpine meadow—Arundinella anomala and Miscanthus sinensis—to climate warming in Wugongshan Mountains,China

AimsArundinella anomala and Miscanthus sinensis are dominant species in the subalpine meadow of Wugongshan Mountains. Here we studied the effects of climate warming on allometric relationships among different growth components in the two species through simulated warming in natural habitat.
Methods The warming experiments were conducted with open-top chambers (OTCs) in natural habitat in a subalpine meadow community of Wugongshan Mountains. The two main Gramineae species, Arundinella anomala and Miscanthus sinensis, were selected as the study materials. Two sizes of OTCs were set up to create contrasting levels of warming (i.e. TD for low warming and TG for high warming). The morphological variables, such as the plant height and the basal diameter of shoots, were measured. Allometric analysis was conducted with the Smart Package in R software.
Important findings Significant or highly significant correlations and significant allometric relationships were found between and among growth components in both species. The allometry of the growth in most morphological features was strengthened and modified by simulated warming. Stem diameter and plant height, and spike length in A. anomala and M. sinensis changed from isometric to allometric following warming. The relationship The synchronized growth between stem diameter and spikelet in A. anomala was weakened, but their allometry was enhanced with increased warming. The allometric relationship between plant height and leaf length in A. anomala transformed into isometric growth, but it was in reversed pattern in M. sinensis. Warming promoted the plant height and leaf sheath length in A. anomala, whilst higher warming changed the growth relationship between plant height and leaf sheath length in M. sinensis. Similar allometric relationships among the leaf traits were observed, but warming did not significantly impact their allometric exponents. The results suggested that climate warming could have varied effects on different plants, and the differences are often related to the adaptability of plants.     

野外土壤增温对胡桃楸幼苗生长和生理特性的影响

全球气候变化将增加地表土壤温度,从而影响植物幼苗生长和种群动态。本研究以温带地带性顶极植被——阔叶红松林的优势树种胡桃楸为对象,研究野外土壤增温2 ℃对1年生和2年生胡桃楸幼苗生长与生理特性的影响。结果表明: 与对照相比,土壤增温使1年生胡桃楸幼苗的基径、根长、总叶面积、叶干重、根干重、总生物量、表观光合电子传递速率(ETR)、PSⅡ实际光化学效率(Φ_PSⅡ)和表观光合电光化学淬灭系数(q_P)分别显著增加18.3%、66.7%、 94.4%、105.9%、 95.8%、37.8%、89.5%、100.0%和71.4%;土壤增温使2年生幼苗的基径、总叶面积、叶干重、总生物量、叶片超氧化物歧化酶活性、过氧化物酶活性、过氧化氢酶活性和游离脯氨酸含量、ETR、Φ_PSⅡ和q_P分别显著增加12.5%、180.5%、97.3%、42.5%、23.9%、20.4%、14.9%、20.7%、66.7%、283.3%和284.6%。苗龄和增温对幼苗的根冠比以及叶绿素荧光参数中的Φ_PSⅡ、q_P存在交互作用,表现为土壤增温显著降低了2年生幼苗的根冠比,2年生幼苗叶绿素荧光参数的增幅(4.1～4.6倍)远高于1年生幼苗(1.5～1.8倍)。野外土壤增温2 ℃有利于1年生和2年生胡桃楸幼苗生长,提高胡桃楸幼苗的更新潜力,尤其是2年生胡桃楸幼苗通过大幅增大叶面积、提高叶片光化学效率和提升体内的保护酶活性产生抗逆性来应对土壤增温。     

武功山亚高山草甸群落优势植物野古草和芒异速生长对气候变暖的响应

气候变暖正持续影响着陆地生态系统的结构和功能, 一直是备受关注的热点问题。异速生长关系被认为是生物界中的一种普遍规律, 但我们对于气候变暖如何影响植物异速生长特征所知甚少。该文采用开顶式增温小室对野外自然生境进行模拟增温的方法, 研究了气候变暖对江西武功山亚高山草甸植物群落优势种野古草(Arundinella anomala)和芒(Miscanthus sinensis)异速生长特征的影响。结果表明: 野古草和芒的大多数形态指标之间均具有显著或极显著相关生长关系和异速生长关系, 气候变暖强化了两种禾本科植物大多数形态特征之间的异速生长, 或改变了其原有的生长关系。气候变暖还导致野古草和芒的基部茎粗与其高度、穗长间由原有的等速生长关系转变为异速生长关系; 野古草基部茎粗与小穗数间的异速生长随着温度升高而趋于增强。气候变暖导致野古草个体高度与其叶片长度的异速生长关系转变为等速生长关系, 而芒有相反表现。同时, 增温促进了野古草株高及叶鞘长的生长, 较强增温则改变了芒株高和叶鞘长之间的生长关系; 野古草和芒的叶片形态特征之间几乎都表现为类似的异速生长关系, 增温对其异速生长指数无显著影响。研究表明气候变暖对不同植物和植物构件具有差异性影响, 这种差异性往往与植物的适应性有关。