青海省高寒草甸不同退化阶段土壤无机碳分异特征

采用时空转换的方法,选取青海省高寒草甸退化演替过程中典型退化阶段,探讨高寒草甸不同退化阶段土壤无机碳(SIC)含量及储量分异特征。结果表明:禾草-矮嵩草群落、小嵩草群落、小嵩草剥蚀期和黑土滩型退化草地0~50 cm土层SIC总储量分别为0.45、0.10、0.13和1.10 kg C·m-2;0~50 cm土层范围内,禾草-矮嵩草群落与黑土滩型退化草地存在明显的碳酸盐淀积层(主要在30 cm土层以下),而小嵩草群落和小嵩草剥蚀期在剖面内无明显的碳酸盐淀积层;草甸草毡表层特征(厚度、破碎度等)以及土壤容重、pH值与SIC变化特征存在某种协同演化关系;高寒草甸退化与无机碳储量之间没有明显的耦合作用,只有当草甸极度退化(黑土型退化草地)时,草甸SIC分层及总储量特征才表现出明显的差异。     

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.     

高寒草甸植被退化过程中生物土壤结皮演变特征

对生物土壤结皮(BSCs)在青藏高原的分布和作用还知之甚少,为了解其在高寒草甸退化过程中的演变特征,以高寒草甸为对象,研究其退化和人工重建对BSCs生长和分布影响。结果表明:随草甸退化,植被盖度不断降低,苔藓类结皮在禾草嵩草草甸和6年人工草地出现频度最高,随植被退化出现频度降低,"黑土滩"阶段最低(43.6%);黑斑、菌斑和地衣都是在矮嵩草阶段形成,在小嵩草草甸裂缝期或者剥蚀期出现频度最高,在禾草嵩草群落、6年人工草地及黑土滩均未出现;相关分析表明,苔藓类结皮出现频率与植被盖度呈极显著相关(P0.01),而与黑斑和地衣出现频率呈负相关,菌斑与地衣出现频度呈显著相关(P0.05)。BSCs在高寒草甸广泛分布,不同演替阶段,其分布和物种组成存在较大差别。植被生长和表土稳定性状况导致了BSCs的异质性分布格局。     

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.     

青藏高原高寒草甸植物群落结构和功能对氮、磷、钾添加的短期响应

对中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站的矮嵩草草甸水肥样地进行了氮、磷、钾及其组合的施肥处理,研究了施肥对植物群落结构和功能的影响。结果表明:(1)施肥使矮嵩草草甸植物群落物种丰富度减少,不同施肥处理下物种丰富度大小分别为:对照钾磷氮氮磷磷钾氮钾氮磷钾。(2)在氮磷配合施肥处理下,矮嵩草草甸植物群落Shannon-Wiener指数显著高于对照,而其它施肥处理对Shannon-Wiener指数影响不显著。(3)在同一施肥处理下,禾草类和莎草类的重要值明显高于豆科和杂类草功能群,不同施肥处理使禾草、莎草、豆科植物的重要值增加,而杂类草重要值减少。(4)与对照相比,不同施肥(除钾外)处理可不同程度的增加植物群落的高度。(5)除钾、磷钾养分添加对矮嵩草草甸地上生物量的影响与对照差异不显著外,其它养分及其组合添加都极显著增加了群落地上生物量,且大小顺序依次为氮磷氮磷钾磷氮钾氮磷钾钾对照。(6)施用不同种类的肥料后,矮嵩草草甸各功能群地上生物量的比例变化明显,禾草和莎草的比例均增加,杂类草的比例减少,而豆科植物无规律性。(7)熵值法综合评价短期施肥处理对矮嵩草草甸群落的影响表明,氮磷、氮磷钾配合施肥是青藏高原高寒草甸最佳施肥选择。     

高寒草甸不同植被土壤微生物数量及微生物生物量的特征

用稀释平板法和氯仿熏蒸法研究了藏嵩草草甸、小嵩草草甸、矮嵩草草甸、禾草草甸、杂类草草甸及金露梅灌丛土壤的微生物数量、生物量及有机质的变化特征.结果表明:0～40 cm土层细菌和放线菌数量、微生物生物量碳和土壤有机质含量均以藏嵩草草甸最高,其微生物生物量及土壤有机质显著高于其它5种植被;真菌数量以金露梅灌丛最高;由表层到深层,随着土壤深度的增加以上各项指标均呈下降趋势.通径分析表明:土壤各生物环境因子之间存在着不同程度的相关性;土壤微生物数量、生物量及土壤有机质含量均与土壤水分含量存在显著的相关关系,说明土壤水分是调节高寒草甸生态系统土壤微生物代谢及物质转化的关键因子.     

青藏高原高寒矮嵩草草甸碳增汇潜力估测方法

以广布于青藏高原的高寒矮嵩草草甸为研究对象,研究了草甸碳储存的场所、碳库容量随草甸演替的变化过程及其碳增汇潜力的空间分布格局,同时探讨了高寒草甸碳增汇潜力估测的困惑与解决方法。结果表明,高寒草甸生态系统碳增汇潜力空间分布格局差异极大,主要受到土层厚度和草地演化进程的影响。高寒草甸碳主要贮存于草毡表层,其增汇潜力在于退化草地草毡表层的恢复与重建。保持适宜厚度的草毡表层是协调高寒草甸生产与碳生态服务功能的关键。随着退化高寒草甸的恢复,土壤容重呈现下降趋势,计算其系统碳增汇潜力,需要用根土体积比进行土层深度的校正。高寒草甸具有较大的固碳潜力,但其潜力的发挥受到气候和草地恢复与管理措施的影响,比较漫长。     

土壤-牧草氮素供需状况变化对高寒草甸植被演替与草地退化的影响

在中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站 ,选取处于不同退化阶段的具有典型代表意义的草甸草场为研究对象 ,通过对其土壤氮素矿化补给能力、牧草对氮素的需求量的研究 ,探讨土壤 牧草氮素供需状况变化对高寒草甸植被演替与草地退化的影响。结果表明 ,在牧草生长季 5～ 8月 ,高寒草甸土壤的氮素矿化补给量为 15 86 g·m-2 ,而随着高寒草甸退化程度的加重 ,植物群落中优势种群由禾草演替为禾草 苔草 嵩草、嵩草至杂类草 ,其牧草生长需要的总氮量分别为 2 2 86、2 4 87、37 3、14 96g·m-2 ,只有在杂类草草甸阶段 ,其牧草生长对氮素的需求才与其土壤氮素供求相适配 ,可见养分是高寒草甸植被演替与草场退化的重要驱动因子之一。     

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.     

高寒嵩草草甸植物群落数量特征对不同利用强度的短期响应

以时空转换的方法确定典型高寒嵩草草甸演替过程的4个关键阶段,以此为研究对象,探讨冬春放牧对高寒草甸生态系统植物功能群数量特征的影响,及在现有放牧制度下不同退化程度草甸植物群落数量特征对禁牧和减牧的响应。结果表明:当禾本科功能群在群落中的地位大于等于莎草科功能群时,减牧可以提高禾本科和莎草科功能群而降低杂类草功能群在群落中的地位;禁牧可以提高禾本科和杂类草功能群而降低莎草科功能群在群落中的地位。当莎草科功能群在群落中的地位大于禾本科功能群,且莎草科功能群以根茎密丛型植物为优势种时,放牧强度降低可以提升禾本科功能群但降低莎草科功能群在群落中地位;而莎草科功能群以密丛型植物为优势种时,放牧强度降低可增加莎草科功能群在群落中的地位,而禾本科功能群在群落中地位的变化取决于草地中裂缝的性质,一定强度的裂缝可以增加禾本科功能群在群落中的地位。因此,退化高寒嵩草草甸自我恢复方式的选择取决于可食性牧草组分、地表特征及恢复目标。当可食性牧草以禾本科功能群为优势种(或禾本科同莎草科功能群为共优种)时,减牧容易提高草地的牧用价值,而禁牧容易增加草地中杂类草功能群的比例,不利于畜牧业生产;当高寒嵩草草甸可食性牧草以莎草科功能群为优势种时,禁牧较减牧更容易加快其牧用性的恢复。小嵩草草甸草毡表层开裂期为该演替系列的激变期,而由于冻融交替形成的裂缝是草地恢复的新生带,如加以利用可以加速草地恢复。     

Mixed reproduction strategy and polyploidy facilitate dominance of Kobresia pygmaea on the Tibetan Plateau

Aims The sedge Kobresia pygmaea is the dominant species of high-altitude pastures in Tibet, and it is the most important source of forage in animal husbandry. We present the first comprehensive reproduction study for this perennial key species that adopts a molecular approach and tests how sexual and vegetative reproduction, as well as ploidy, relate to survival and dominance under harsh conditions.Methods We assessed inflorescence numbers of K. pygmaea across two Tibetan alpine pastures with differing grazing regimes. Germination was tested in untreated diaspores and then following mechanical and chemical scarification. In a 4-year experiment, we assessed diaspore viability and seed bank formation. Using eight microsatellite markers, we recorded multilocus genotypes in hierarchical grids and measured their ploidy using flow cytometry. Adjusted analysis of variance models were used to analyse data on sexual reproduction, while the complement of the Simpson index and the Shannon diversity index were used to characterize the spatial distribution of multilocus genotypes and clonal richness.Important findings Inflorescence production was high and differed significantly between years (2010: 617±460 SD; 2012: 2015±1213 SD) but not between grazing regimes. Diaspore viability was high (94%) and gradually decreased after 3 and 4 years of storage in the soil. Diaspores not exposed to further scarification failed to germinate, while mechanical and chemical (H 2 SO 4) scarification increased germination to 9 and 44%, respectively. Clonal diversity was high, although in situ germination was rarely observed. Multilocus genotypes intersected and covered a mean area of 0.74 m 2. Most individuals were found to be tetraploid, with only 0.8% of all ramets being triploid. We conclude that K. pygmaea survives on the Tibetan Plateau by employing a mixed reproduction strategy involving both sexual and clonal propagation. The species' adaptability and dominance is further facilitated by its polyploidy. As pasture restoration using diaspores would be difficult, existing Kobresia pasture should be managed more sustainably.     

不同退化程度高寒草甸高山嵩草的构件变化

对不同退化程度下高山嵩草的构件变化进行了初步研究.结果表明:随着退化程度的加剧,高山嵩草无性系复合主分蘖数、单分蘖数以及构件的叶片数均明显下降,退化程度加剧不利于高山嵩草的营养生长;除极度退化草地外,其余样地各构件的生物量大小依次是:根茎>根>叶>秆,并且随退化程度的加剧,各构件生物量显著下降;重度退化草地中,莎草科植物生殖枝数占植物群落总生殖枝的比例最大,每个有效生殖枝平均产生3.4粒种子.     

长江源区高山嵩草物候与生物量动态及其对气候变化的响应

利用青藏高原腹地江河源头的曲麻莱县气象站1994～2004年观测的高寒嵩草草甸优势种高山嵩草的生育期、高度、产量等指标与同期气象资料,通过定量分析研究较长时段的物候及生物量变化特征,以揭示其对气候变化的响应.结果表明:(1)高山嵩草返青期和开花期的变化总体均呈"W"形,在区域气候变暖背景下,植物物候表现为返青期提前,开花期和枯黄期推迟,整个生长季延长.(2)高山嵩草的生物量变化在10年间呈明显的波动趋势,各月最高生物量均出现在1999年,最低生物量出现在1994年.(3)高山嵩草物候期与生长季各月气温呈显著的正相关关系(P<0.001),与月降水量呈弱正相关关系(P>0.05);月均气温成为本区草本植物发芽生长的先决条件,且6～8月气温与植物萌动的相关性最大.(4)生长季6～8月高山嵩草生物量鲜重和干重均与月均气温呈显著正相关,鲜重仅与月降水量呈显著正相关关系,在青藏高原的高寒区,温度比降水对植物产量的影响更大.     

青海海北地区高山蒿草草甸植物群落生物量动态及能量分配

 对青海海北地区高山草甸主要植物群落小嵩草(Kobresia pygmaea)草甸、矮嵩草(K．humilis)草甸、藏嵩草(K．tibetica)沼泽化草甸地上生物量动态和能量分配的研究结果表明,不同植物群落年地上净生产量及其年际动态和主要植物类群生物量季节动态具明显的差异,其生物量季节动态可由如下模型表示： Wi＝Ki/(1+exp(Ai-Bit)) 植物群落地上、地下生物量的垂直分布呈典型的金字塔和倒金字塔模式。小嵩草草甸、矮嵩草草甸和藏嵩草沼泽化草甸的地上净生产量依次为368.4g·m-2·a-1、418.5g·m-2·a-1和518.4g·m-2·a-1,所固定的太阳能值依次为6655.16kJ·m-2·a-1、7610.09kJ·m-2·a-1、9488.77kJ·m-2·a-1。光能利用率分别为0.1097％、0.1256％、0.1568％。     

Characterization of CO2 flux in three Kobresia meadows differing in dominant species

Aims Kobresia meadows, the dominant species of which differ in different habitats, cover a large area of alpine grassland on the Qinghai-Tibetan Plateau and act as potential CO₂ sinks. Kobresia meadows with different dominant species may differ in carbon sink strength. We aimed to test the hypothesis and to clarify the differences in CO₂ sink strength among three major Kobresia meadows on the plateau and the mechanisms underlying these differences.Methods We measured the net ecosystem exchange flux (NEE), ecosystem respiration flux (ER), aboveground biomass (AGB) and environmental variables in three Kobresia meadows, dominated by K. pygmaea, K. humilis, or K. tibetica, respectively, in Haibei, Qinghai. NEE and ER were measured by a closed-chamber method. Environmental variables, including photosynthetic photon flux density (PPFD), air and soil temperature and air and soil moisture, were monitored during the above flux measurements.Important findings The measured peak AGB increased with soil water content and was 365, 402 and 434 g dry weight m^{-2<-sup> for K. pygmaea, K. humilis and K. tibetica meadow, respectively. From the maximum ecosystem photosynthetic rate in relation to PPFD measured during the growing season, we estimated gross ecosystem photosynthetic potential (GEP max) as 22.2, 29.9 and 37.8 μmol CO₂ m-2<-sup> s-1 for K. pygmaea, K. humilis and K. tibetica meadow, respectively. We estimated the respective gross primary production (GPP) values as 799, 1-063 and 1?158 g C m-2<-sup> year-1 and ER as 722, 914 and 1-011 g C m-2<-sup> year-1. Average net ecosystem production (NEP) was estimated to be 76.9, 149.4 and 147.6 g C m-2<-sup> year-1 in K. pygmaea, K. humilis and K. tibetica meadows, respectively. The results indicate that (i) the three meadows were CO₂ sinks during the study period and (ii) Kobresia meadows dominated by different species can differ considerably in carbon sink strength even under the same climatic conditions, which suggests the importance of characterizing spatial heterogeneity of carbon dynamics in the future.}     

蛋白质水平解析高山嵩草对青藏高原昼夜环境的响应（英文）

高山嵩草(Kobresia pygmaea)是高寒草甸的重要建群种,其生长发育同时受到年际、季节和昼夜环境变化的影响,但目前对高山嵩草响应昼夜环境变化的研究很少。本研究通过差异蛋白质组学的方法,结合抗氧化酶活性测定和蛋白质免疫印迹技术,分析了高山嵩草在一天中每4个小时的蛋白质表达变化。结果表明:在白天的高温、强光和紫外辐射,以及夜里的低温等不利条件下,高山嵩草体内的抗氧化酶、热休克蛋白和脱落酸代谢相关的蛋白质等能够被大量诱导表达,从而对细胞和机体起到保护作用。同时,受蛋白质调控的一些生命活动如光合作用会集中在较为适宜的时间段进行。通过体内蛋白质表达的可塑性和灵活性,高山嵩草能够有效地应对短时间里环境的变化。     

陕北风沙区不同植被覆盖下的土壤养分特征

选取了陕北定边县板凳滩风沙区四种典型植被覆盖下的风沙土壤,对其基本养分含量进行了测定。分析不同类型植被覆盖下的土壤养分含量特征、土壤养分含量层次特征以及土壤各层次养分含量之间的相关性,为风沙区土壤生态恢复重建及侵蚀土壤质量的恢复保育提供了科学依据。结果表明:(1)不同植被覆盖下的土壤对有机质、全氮、速效氮、速效磷的保持能力均为:小蒿草>羊草>沙蒿>苦豆子>无植被;对全磷的保持能力,各植被覆盖条件下差异不显著,但小蒿草覆盖下含量最高,羊草最低,且低于无植被;从土壤对全钾的保持能力来看,羊草覆盖下的全钾含量最高,小蒿草最低。(2)不同植被覆盖下的土壤养分含量层次变化除全磷和全钾变化微弱外,土壤有机质、全氮、速效氮、速效磷、速效钾含量均随着土层深度的增加而逐渐下降,且降低速度基本呈现出小蒿草>羊草>沙蒿>苦豆子>无植被。(3)不同植被覆盖下的土壤各层次养分含量之间的相关性以羊草最为密切,大体呈显著中度及以上正相关;沙蒿和苦豆子覆盖下的相关性稍弱,基本呈中度正相关;而小蒿草覆盖下的相关系数正负均有,相关性较为复杂。     

拉萨河谷草地群落的数量分类与排序

采用TWINSPAN数量分类和DCA、CCA排序的方法,对拉萨河谷草地23个样点进行统计分析。结果显示:(1)TWINSPAN数量分类将拉萨河谷草地群落划分成8种类型,拉萨河谷的草地群落分布呈现明显的垂直地带性分布格局。(2)TWINSPAN分类所划分的各群落在DCA排序图上都有各自的分布范围和界限,说明DCA排序能较好的反应各群落与其环境资源之间的关系,同时,TWINSPAN的分类结果也在排序图上得到较好的印证。(3)样点DCA排序的第一轴基本反映了海拔高度的变化梯度,第二轴基本反映了坡向的变化。(4)样点CCA排序表明,影响群落分布的主要环境因子是海拔,其次是坡向。CCA排序进一步阐明了拉萨河谷草地群落分布决定于海拔和坡向等环境因子,并间接验证了TWINSPAN的分类结果。(5)物种CCA排序和TWINSPAN分类结果表明:植物群落中物种的分布格局与植物群落类型的分布格局存在一定的相似性,物种的分布格局在很大程度上影响着群落的分布格局。     

三种嵩草群落中若干植物种的生态位宽度与重叠分析

本文利用Levins和Pianka公式,在多维生态因子梯度上测定了海北地区高寒草甸三种嵩草(Kobresia)群落中若干植物种的生态位宽度和生态位重叠。结果表明：三种嵩草群落中优势种群的生态位宽度都较大,其中小嵩草(K,pygmaea)在土壤水势、光照强度和坡向等三维因子上的生态位宽度分别是0.918、0.896和0.910;矮嵩草(K．humilis)和藏嵩草(K．tibetica)在土壤水势维上的生态位宽度分别是0.875和0.866;植物种如具有较大的生态位,则种间的生态位重叠亦较高;植物种对间若有相似的生物学—生态学特征,生态位重叠有降低的趋势;小嵩草和矮嵩草在三维上的重叠值分别是0.671、0.719和0.686;某些杂类草与优质牧草之间存有较大的重叠,这主要与长期过度放牧、优良牧草受到抑制以及生境退化有关。