刈割、施肥和浇水对高寒草甸物种多样性、功能多样性与初级生产力关系的影响

通过在高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸为期4年的刈割(留茬1 cm、3 cm及不刈割)、施肥(尿素7.5 g·m^-2·a^-1+磷酸二铵1.8 g·m^-2·a^-1、不施肥)和浇水(20.1 kg·m^-2·a^-1、不浇水)控制实验, 对该生态系统中功能多样性与物种多样性的变化及其与初级生产力关系进行了研究。结果表明: 刈割和施肥显著影响植物性状和生产力, 而浇水作用微弱。刈割对物种多样性无影响, 但对不同功能多样性指数的影响不同; 施肥降低了物种多样性和以所有性状(除植株高度外)量化的功能多样性; 浇水仅对物种丰富度有微弱影响。各功能多样性的平均值能更好地反映群落物种间的功能差异。功能多样性和物种多样性呈正相关或不相关, 且二者与初级生产力的关系可表现为正相关、负相关和不相关, 说明三者间的关系是性状依赖的, 并受生境资源状况和刈割扰动的影响。植物功能性状对群落初级生产力有更加直接的影响。在考虑生物多样性对生态系统功能的影响时, 应更加注重对植物功能属性变化的研究。     

功能多样性和功能冗余对高寒草甸群落稳定性的影响

功能多样性和功能冗余是影响群落稳定性的重要因素,但它们对稳定性影响的相对强弱尚有争论。通过在青藏高原高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸为期6a的刈割(不刈割、留茬3cm、留茬1cm)和施肥(施肥、不施肥)控制实验对此进行了探讨。研究结果显示,群落稳定性随着功能多样性和功能冗余的增大而单调增加,但由于功能多样性的变异性大于功能冗余的变异性,功能多样性与物种多样性间的相关性强于功能冗余与物种多样性间的相关性,功能多样性与群落稳定性间的相关性也强于功能冗余与群落稳定性间的相关性,因此,尽管功能冗余产生的保险效应对维持群落稳定性具有促进作用,但功能多样性的互补效应对维持群落稳定性的作用更大。结果表明,功能多样性和功能冗余对群落稳定性的相对影响与其变化程度正相关,功能多样性与群落稳定性的变化具有更紧密的联系,能更好地预测生态系统稳定性的变化。研究为草原生态系统的可持续管理提供了重要启示。     

施肥和刈割对青藏高原东部高寒草甸群落生物量补偿效应的影响

通过对青藏高原东部高寒草甸植物群落在4个施肥处理及7个刈割水平下的群落生物量、物种丰富度和补偿指数的比较,分析了该类草甸群落主要特征对施肥及刈割强度差异的响应.结果表明:施肥显著增加了群落生物量,并降低物种丰富度,而刈割处理虽然增加了物种丰富度,但对群落生物量无显著影响;随着施肥量的增加,高寒草甸由莎草科和杂草类物种占优势的群落构成逐渐向禾本科物种占优势的群落构成转变;施肥可提高群落的补偿能力,在不同施肥梯度中,刈割后植物群落补偿能力也不相同;随着施肥量的增加,增加刈割强度,减少刈割次数,发生超补偿的机率增大;可见,施肥是主效应,刈割对群落主要特征的影响随营养水平的不同而发生变化.     

高寒草甸对刈割、施肥和浇水发生响应的最优植物性状集和功能型

基于植物性状和功能型的特征变化对于研究植被动态和生态系统功能变化具有重要意义。通过在高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸为期5年(2007-2011年)的刈割(不刈割、留茬3 cm、留茬1 cm)、施肥(施肥、不施肥)和浇水(浇水、不浇水)控制实验, 采用递归算法(recursive algorithm)和多元回归分析筛选对模拟放牧发生响应的最优植物性状集和响应功能型, 以及影响群落生产力变化的作用功能型。研究结果显示: (1)在不施肥不浇水、仅施肥、仅浇水和既施肥又浇水4种条件下的最优植物性状集不同, 它们分别是叶缘形状-株高-叶干质量-比叶面积、生活周期-株高-叶干质量-比叶面积、生活周期-叶片叶绿素含量-叶表面结构-株高-叶干质量-比叶面积和繁殖结构-叶缘-株高。其中, 株高、叶干质量和比叶面积是对刈割和土壤资源变化更为敏感的植物性状。(2)在这4种处理条件下, 共获得14个最优响应功能型和4个作用功能型。作用功能型对群落生产力变异的解释能力在50.3%-86.4%之间。(3)最优响应功能型和作用功能型分别占功能型总数的70%和20%。作用功能型占最优响应功能型的28.5%, 两者间仅存在部分重叠。上述结果说明, 植物功能性状和功能型变化能够准确地反映植被的放牧响应和生态系统功能变化, 但是不同资源条件下群落的最优响应性状集和功能型不同。作用功能型是同时反映植被放牧响应和生态系统功能变化的最优功能型。     

Effects of fertilization and clipping on species diversity,productivity and their relationship in subalpine meadow

施肥和刈割分别对植物群落物种多样性和生产力有重要的影响。采用不同施肥水平和刈割频度, 研究了施肥和刈割对亚高山草甸植物群落物种多样性与生产力及其关系的影响。结果显示, 5年的施肥和刈割处理对群落地上生物量均有显著影响, 但对物种多样性影响不显著; 物种多样性与生产力之间的关系因施肥和刈割次数的不同而不同, 有负相关、二次函数关系和不相关等几种类型, 多数为不相关。此结果表明施肥和刈割并不总是一致性地影响群落物种多样性与生产力。因此, 不同施肥和刈割处理下的亚高山草甸植物群落生产力与物种多样性之间并没有确定的关系。     

施肥和刈割对亚高山草甸物种多样性与生产力及其关系的影响

施肥和刈割分别对植物群落物种多样性和生产力有重要的影响。采用不同施肥水平和刈割频度, 研究了施肥和刈割对亚高山草甸植物群落物种多样性与生产力及其关系的影响。结果显示, 5年的施肥和刈割处理对群落地上生物量均有显著影响, 但对物种多样性影响不显著; 物种多样性与生产力之间的关系因施肥和刈割次数的不同而不同, 有负相关、二次函数关系和不相关等几种类型, 多数为不相关。此结果表明施肥和刈割并不总是一致性地影响群落物种多样性与生产力。因此, 不同施肥和刈割处理下的亚高山草甸植物群落生产力与物种多样性之间并没有确定的关系。     

刈割与施肥干扰下高寒草甸植物功能性状的构建模式

针对目前关于植物群落功能性状构建模式及其驱动因素存在的争议, 研究了33个物种10个功能性状的构建模式。研究结果显示: (1)在刈割-施肥复合梯度上, 这些功能性状主要表现为随机构建模式, 发生随机性和确定性构建的样方比例分别为82.7%和17.3%; (2)在10个功能性状中, 生长型、生活周期、单株地上干质量、叶面积和叶干质量5个功能性状为随机构建模式, 不受试验处理和群落特征(地上净初级生产力、刈割生物量损失、群落高度)变化的影响。植物倾斜度、繁殖方式、固氮性、株高和比叶面积5个功能性状的构建模式与试验处理或群落特征变化有关, 表现出趋同或趋异构建响应。其中, 植物倾斜度和比叶面积的构建模式仅受群落特征影响, 而固氮性、繁殖方式和株高3个性状的构建模式同时还受刈割或施肥处理的影响, 其构建模式因功能性状而异; (3)群落的生物量损失和地上净初级生产力是解释植物功能性状构建模式变化较理想的群落特征; (4)刈割和施肥处理对株高的构建模式具有相反效应, 而刈割和施肥的交互作用对其无显著影响。上述结果说明该研究群落植物功能性状的构建存在不同模式, 以随机构建模式为主, 确定性构建模式居次要地位。确定性构建模式与试验处理和群落特征变化有关, 而且是性状依赖的。相反选择力对趋同和趋异构建模式的平衡效应能引起功能性状发生随机构建。     

高寒草甸种间性状差异和物种均匀度对物种多样性与功能多样性关系的影响

物种多样性(SD)与功能多样性(FD)之间存在多种关系,但由于生态系统功能主要由物种的功能属性决定,因而功能多样性对生态系统功能的影响大于物种多样性的影响。但在种间性状差异和物种均匀度这两个构成功能多样性的基本成分中,何者对功能多样性影响更大,并进而决定SD-FD关系尚不明确。通过在高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸为期6a的刈割(留茬1 cm、3 cm及不刈割)和施肥(尿素7.5 g m~(-2)a~(-1)+磷酸二胺1.8 g m~(-2)a~(-1)、不施肥)控制实验,研究了种间性状差异(33个物种13个性状)和物种均匀度(所有物种)对物种多样性(所有物种)与功能多样性(33个物种13个性状)之间关系的影响。研究结果显示:(1)物种多样性与功能多样性正相关,它们与多性状种间差异负相关,而与物种均匀度正相关。物种均匀度是导致功能多样性变化的主要因素,也是导致SD-FD正相关的原因,这是因为随着物种多样性增加,物种均匀度的增加程度大于多性状种间差异的减少程度,因而功能多样性增加,SD-FD正相关;(2)功能多样性指数(FD_(Rao)和FDis)随物种多样性指数(H')减速递增,表明群落存在一定的功能冗余,且功能冗余随物种多样性的增大而增大,但尚未达到产生SD-FD无相关性的极限H'值;(3)功能多样性对高寒草甸生态系统地上净初级生产力(ANPP)的影响大于物种多样性的影响,二元线性回归显示在同时考虑二者对ANPP的影响时,可排除物种多样性的作用。但由于物种多样性下降或物种丧失引起的物种功能性状丢失或性状空间维度减小将导致功能多样性降低,表明它们之间存在一定互补性,在研究生物多样性与生态系统功能关系时,同时考虑物种多样性和功能多样性的影响仍十分必要。     

高寒矮嵩草草甸两种主要植物耐牧性的比较

通过野外控制实验,研究了刈割(留茬3 cm、留茬1 cm及不刈割)、施肥(施肥、不施肥)和浇水(浇水、不浇水)处理对高寒草甸矮嵩草(Kobresia humilis)和垂穗披碱草(Elymus nutans)补偿高度、株高相对生长率、比叶面积、叶片净光合速率和地上总生物量的影响.结果表明:2物种的株高和地上总生物量在刈割后均为低补偿响应,但其株高相对生长率显著提高,并均随年份而增加;垂穗披碱草比叶面积、叶片净光合速率和地上总生物量对刈割损伤更加敏感;尽管施肥能显著提高2物种上述各项指标,但在不同处理条件下矮嵩草的耐牧性指数均小于垂穗披碱草;浇水的作用不显著.说明2物种的耐牧性依赖于土壤养分资源获得性,矮嵩草的耐牧性强于垂穗披碱草.     

青藏高原东部高寒草甸群落生物量和补偿能力对施肥与刈割的响应

以青藏高原东部高寒草甸群落为研究对象,通过比较了不同施肥条件和不同刈割对群落地上生物量和多样性的影响。结果表明施肥可提高生物量且生物多样性降低,施肥和刈割处理后,施肥效应显著而刈割效应不显著,说明施肥是主效应。实验还发现施肥可提高群落的补偿能力;不同资源梯度的情况下植物群落对刈割处理后补偿作用也不相同,对刈割处理后植物群落补偿能力随资源的升高而增强。当未施肥和施肥30g/m^2时相同强度的1次刈割的补偿能力较相同强度的2次刈割的补偿能力大;当施肥60g/m^2和120g/m^2时相同强度的2次刈割的补偿能力较相同强度的1次刈割的补偿能力大。     

黄土丘陵区微地形对草地植物群落结构组成和功能特征的影响

对黄土丘陵区微地形(阳坡坡上、中、下部,坡顶,阴坡坡上、中、下部)条件下草地植物群落进行群落组成调查和地上、地下生物量测定,分析微地形对草地植物群落结构组成和功能特征的影响.结果表明： 研究区内草地植物群落主要由菊科、禾本科和豆科物种组成.群落地上和地下生物量以及根系年生长量分别为164.12 g·m^-2、1044.87 g·m^-2、731.77 g·m^-2·a^-1.群落地上和地下生物量以及根系年生长量在不同坡向的大小均为：阴坡>阳坡>坡顶.在阴坡,群落生物量和根系年生长量的大小为：坡下部>坡中部>坡上部>坡顶部,阳坡群落生物量在不同坡位的大小顺序与阴坡不同.根系生长主要集中在0～20 cm土层,且从上到下逐渐减小.根系周转率的平均值为0.75 a^-1,在不同微地形条件下不同土层内大小不同.     

中国森林凋落物不同组分异速比例关系

森林凋落物(litterfall)是森林植物在其生长发育过程中新陈代谢的产物, 在物质循环和能量流动方面起着重要作用。该文利用已发表的我国主要森林凋落物的研究数据, 分析了不同组分(叶、枝和繁殖器官)凋落物量之间及其与总凋落物量之间的异速比例关系。结果表明: 我国森林叶、枝和繁殖器官的平均凋落物量分别为3 810.34、1 019.07和767.95 kg·hm^-2·a^-1; 温度、降水量、林龄对森林凋落物量均有一定程度的影响, 其中温度对各组分凋落物量的影响最大。叶凋落物量(L_L)与总凋落物量(L_T)之间呈等速生长关系(L_L ∝ L_T^0.96), 繁殖器官和枝的凋落物量(分别为L_P和L_B)与L_T之间呈异速比例关系, 分别为L_P ∝ L_T^1.84和L_B ∝ L_T^1.61。不同组分凋落物量之间具有显著的异速比例关系, 其异速指数均小于1.0。不同林型(常绿林和落叶林)各组分凋落物量之间的异速比例关系无显著差异。了解不同组分凋落物量与总凋落物量之间的异速比例关系可以为更加精确地估算森林生产力提供理论依据。     

黑竹冲河小裳蜉(Leptophlebia sp.)和蜉蝣(Ephemera sp.)周年生产量

大型底栖动物在河流生态系统中发挥着重要作用。2003年6月至2004年6月间对汉江流域2级河流--黑竹冲河大型底栖动物群落优势种类的生产力进行了为期一周年的调查研究。结果表明,主要优势种小裳蜉(Leptophlebia sp.)和蜉蝣(Ephemera sp.)的生活史均为一年两代,蜉蝣的两个代之间界限比较明显;小裳蜉成虫羽化主要发生在秋季和冬季,而蜉蝣成虫羽化主要发生在夏季和冬季。小裳蜉和蜉蝣种群的生物量和多度均出现两次峰值。采用体长频率法(size-frequencymethod)测算的周年生产量分别为:小裳蜉,38.0362g·m^-2·a^-1,P/B为11.4;蜉蝣,76.0318g·m^-2·a^-1,P/B为11.8。     

长期施肥对黄土高原典型草原群落稳定性的影响及机制研究

施肥是当前草地生态系统最常见的人为干扰方式之一,可导致草地生物多样性和生态系统稳定性发生显著变化。该研究以黄土高原典型草原为研究对象,通过连续8年的氮肥(尿素)野外添加试验,分析不同氮肥处理(分别为0、5、10、20、40和80 g·m^-2)对草地群落稳定性的影响,并分析检验可能影响群落稳定性的四个潜在机制(物种多样性、物种同步性、投资组合效应和优势度),以明确施肥对群落稳定性的影响及其潜在机制,为黄土高原恢复草地的合理利用提供理论依据。结果表明:(1)随着施肥水平的增加,群落稳定性(S)降低,并在施肥处理为20 g·m^-2时开始极显著下降(P<0.01)。(2)施肥极显著降低了物种的丰富度(R)和优势度指数(D)(P<0.01),但物种同步性(B)和均值-方差的比例指数(z)并没有发生显著变化(P>0.05)。(3)物种丰富度(R)与群落稳定性(S)之间呈正相关关系,而优势度指数(D)与群落稳定性(S)不相关。研究认为,在人为施肥干扰下,黄土高原典型草原的物种丰富度下降导致群落稳定性下降,表明物种多样性对维持草地群落稳定具有重要作用。     

黄土高原4种植被类型的细根生物量和年生产量

细根(≤2 mm)在陆地生态系统净初级生产力的分配中占有重要地位,在碳循环和水土保持方面具有重要意义. 本文采用土钻法和内生长法,以黄土高原刺槐人工林、落叶灌木、退耕草地和沙蒿群落4种主要植被类型为对象,研究0～40 cm土层细根生物量、垂直分布和细根年生产量. 结果表明： 细根生物量与纬度呈线性负相关. 4种植被类型0～40 cm土层细根生物量的大小顺序为落叶灌木(220 g·m^-2)>刺槐人工林(163 g·m^-2)≈退耕草地(162 g·m^-2)>沙蒿群落(79 g·m^-2). 退耕草地直径≤1 mm细根生物量占直径≤2 mm总细根生物量的74.1%,在4种植被类型中最高;4种植被类型细根生物量随着土层深度的增加而减少,最大值均出现在0～10 cm土层. 退耕草地0～10 cm土层细根生物量占0～40 cm土层总细根生物量的44.1%,显著高于其他3种植被类型;细根年生产量与纬度呈线性负相关. 4种植被类型0～40 cm土层细根年生产量大小顺序为退耕草地(315 g·m^-2·a^-1)>落叶灌木(249 g·m^-2·a^-1)>刺槐人工林(219 g·m^-2·a^-1)>沙蒿群落(115 g·m^-2·a^-1),其中退耕草地显著高于其他3种植被类型. 退耕草地0～10 cm土层细根生产量占0～40 cm土层总细根生产量的40.4%,在4种植被类型中最高. 退耕草地细根周转时间为0.51 a,低于其他3种植被类型.     

雨生红球藻的光周期效应

雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)是一种单细胞淡水绿藻, 是自然界已知的中虾青素含量最高的生物物种。通过分析3种光照强度(70、120和300 μmol·m^–2·s^–1)下雨生红球藻细胞形态、生长速率和虾青素含量的差异, 对其光周期效应进行了研究。结果表明, 不同光强下适宜雨生红球藻生长的光周期均为16小时光照/8小时黑暗, 光强为120 μmol·m^–2·s^–1时其细胞生长速率最大, 为0.43 d^–1; 细胞内虾青素含量随着光强和光照时间的增加而增加, 在300 μmol·m^–2·s^–1光强下连续光照15天后, 藻细胞呈亮红色, 平均直径为21.02 μm, 最大虾青素值达39.40 pg·cell^–1。     

利用CASA模型估算我国植被净第一性生产力

基于地理信息系统和卫星遥感应用技术,利用CASA模型估算了我国1997年植被净第一性生产力及其分布。结果表明：1997年我国植被净第一性生产力为1．95PgC,约是世界陆地植被年净第一性生产力的4．0％;我国植被净第一性生产力的主要分布趋势是从东南沿海向西北逐渐减小,其中海南岛南部、云南西南部、青藏高原东南部的热带雨林和季雨林地区植被年净第一性生产力最大,达900gC.m^2.a^-1以上,而西部塔克拉玛干沙漠地区植被年净第一性生产力最小,不足10gC.m^-2.a^-1。     

基于数字高程模型的生态净化系统分析与设计

采用现场调查与系统模拟的方法,以辽东湾复合湿地生态系统为研究对象,全面分析了生态系统内各生态单元对有机污染物的净化能力,提出了复合生态系统的污染物净化量估算模型,并基于研究区的数字高程模型(DEM)信息,对整个湿地生态系统重新进行了优化设计.结果表明：各生态单元对化学需氧量(COD_Cr）、生化需氧量(BOD₅）、石油类等污染物的净化能力存在差异,导致不同组成与结构的生态系统净化负荷有所不同;系统原COD_Cr净化量为188.9 kg·d^-1、净化负荷量为2.84 g·m^-2·d^-1,而根据研究区DEM信息对系统进行优化设计后的COD_Cr净化量为313.3 kg·d^-1、净化负荷量达4.72 g·m^-2·d^-1,净化效率提高了近20%.     

植物光合CO2响应模型对光下(暗)呼吸速率拟合的探讨

运用LI-6400便携式光合作用系统测定了不同光强(2000、1500、1000和500 μmol·m^-2·s^-1)和两种O₂浓度(21%和2%的O₂)下冬小麦(Triticum aestivum)灌浆期旗叶的CO₂响应曲线, 比较了现有CO₂响应模型(生化模型、直角双曲线模型和直角双曲线修正模型)拟合给出光下(暗)呼吸与测量值之间的差异。结果显示, 直角双曲线修正模型所给出的光下呼吸速率拟合值与测量值最为接近。植物光合作用对大气CO₂响应(A/C_a)的拟合结果优于光合作用对胞间CO₂浓度(A/C_i)的拟合。然而, 所有模型基于A/C_a拟合的光下(暗)呼吸在整体上与测量值存在显著差异(p < 0.05), 推测与现有模型没有考虑CO₂浓度对光呼吸和光下暗呼吸速率的影响有关。对小麦的试验结果表明, CO₂浓度对光呼吸和光下暗呼吸均有显著影响: 随着CO₂浓度的增加(0-1400 μmol·mol^-1), 不同光强下的表观光呼吸变化范围分别为5.035-11.670、4.222-11.650、4.330-10.999和3.263-9.094 μmol CO_2·m^-2·s^-1; 光下暗呼吸的变化范围分别为0.491-2.987、0.457-2.955、0.545-3.139和0.448-3.139 μmol CO₂·m^-2·s^-1。回归分析发现, 表观光呼吸和光下暗呼吸与CO₂浓度之间均存在较好的相关性。然而, 将该回归关系整合到现有模型中, 是否会优化模型, 从而提高模型对相关光合参数估算的准确性尚有待于进一步研究。     

气候变化影响下不同地区苦竹异戊二烯排放速率对比

以全球气候模式NorESM1-M产生的RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5气候变化情景数据和植物异戊二烯排放计算模型,模拟分析了未来气候变化对分布在江苏宜兴、广东龙门、云南玉龙和四川万源的苦竹异戊二烯排放速率的影响,比较了气候变化影响下4个地区苦竹异戊二烯排放速率的差异.结果表明: 未来气候变化情景下,宜兴、龙门、玉龙和万源的年均气温上升、年降水量和辐射强度波动较大、同时存在增长和下降趋势.在基准情景下,苦竹异戊二烯日排放速率为71～470 μg·g^-1·d^-1、年排放速率为25954～171231 μg·g^-1·a^-1,日及年排放速率大小依次为龙门、宜兴、万源和玉龙.相比基准情景,未来气候变化情景下苦竹异戊二烯日排放速率高4～45 μg·g^-1·d^-1,其中宜兴、龙门、玉龙和万源分别约高23、29、4和14 μg·g^-1·d^-1以上;未来气候变化情景下苦竹异戊二烯日排放速率增幅在5%以上,其中万源和宜兴为13%以上、龙门和玉龙为5%以上,RCP8.5情景下最大(11%～18%).相比基准情景,未来气候变化情景下苦竹异戊二烯年排放速率高1500～17000 μg·g^-1·a^-1,其中,宜兴高8560～13208 μg·g^-1·a^-1、龙门高10862～16131 μg·g^-1·a^-1、玉龙高1574～3028 μg·g^-1·a^-1、万源高5288～8532 μg·g^-1·a^-1;苦竹异戊二烯年排放速率增幅为6%～14%,宜兴和万源最高、龙门和玉龙较低,在RCP8.5情景下增幅9%～14%.说明未来气候变化对分布在不同地区的苦竹异戊二烯排放速率的影响程度不同.