退化高寒草甸关键生态属性对多途径恢复措施的响应特征

高寒草甸是青藏高原的主体植被类型，但退化态势较为严峻，严重威胁青藏高原生态屏障的战略地位。退化高寒草甸的复健是世界性难题，治理效果也因退化状态、恢复措施及气候环境而异。以春季休牧、秋季休牧、畜群结构优化、减畜轮牧、围栏封育及翻耕改建等典型多途径恢复措施下的退化高寒草甸为对象，系统探讨主要生态要素和生态功能的响应特征及潜在过程。结果表明，典型恢复措施下退化高寒草甸的植被生产力、土壤有机碳密度及土壤饱和持水量等生态要素都得到一定程度的提升，而恢复效果与实施年限及恢复措施密切相关。围栏封育和翻耕改建下土壤有机碳密度及饱和持水量随恢复年限均表现为对数饱和型的响应特征，退化高寒草甸固碳持水功能的基本恢复年限约为6—10年。春季休牧、秋季休牧、畜群结构优化、减畜轮牧、围栏封育等放牧管理恢复措施应适用于轻度退化至重度退化的高寒草甸，而翻耕改建则是极度退化高寒草甸的适宜治理措施。由于多途径恢复措施的关注目标不同，今后研究应集中在恢复措施的组合优化和综合评价等方面。     

祁连山南麓高寒湿地生态系统呼吸季节、年际动态及影响因素

由于青藏高原高海拔、低温的特殊环境，使得生态系统呼吸(RE)对气候变化的响应极其敏感，然而对高寒湿地生态系统长时间尺度上的RE动态特征及驱动机制的研究相对薄弱。以青藏高原东北部高寒湿地为研究对象，分析了基于涡度相关系统观测的高寒湿地2004—2016年的CO₂通量排放动态及影响机制，对预测高寒湿地碳平衡对未来气候变化的响应具有重要意义。结果表明：高寒湿地在2004—2016年的月平均RE表现为单峰变化趋势，在8月达到峰值；年RE表现为逐年升高的趋势(P<0.05),年RE均值为(608.9±65.6) g C m^-2 a^-1;生长季RE约是非生长季RE的2.7倍，线性回归分析表明生长季RE(r~2=0.66,P=0.001)、非生长季RE(r~2=0.47,P=0.01)与全年RE呈极显著正相关。在月尺度上，分类回归树分析和线性回归分析表明土壤温度是月RE的最主要控制因素，暗示高寒湿地的土壤呼吸对整个生态系统的碳排放至关重要。在年际尺度上，生长季积温与生长季RE呈显著正相关(P<0.05),而生长季降水(PP...     

青藏高原高寒灌丛非生长季节CO2通量特征

利用2003年和2004年涡度相关系统通量观测资料,对青藏高原高寒灌丛非生长季节CO2通量特征及其主要影响因子进行了分析。(1)从净生态系统CO2交换(NEE)日变化特征看,除13:00~19:00时有较小的CO2净释放以外,其余时段NEE均很小;(2)高寒灌丛非生长季月份间NEE差异明显,4月和10月是CO2净释放量较大,1月和12月CO2净释放量较小;(3)相对温带草原(高杆草大草原)草地类型,低温抑制下的青藏高原高寒灌丛生态系统非生长季节日平均CO2释放率较低;(4)高寒灌丛非生长季NEE日变化模式与5 cm土壤温度变化呈显著正相关,土壤温度是影响非生长季节青藏高原高寒灌丛NEE变化的主导气候因子,同时NEE变化还受降水的影响。     

刈割、施肥和浇水对矮嵩草补偿生长的影响

通过对青海海北高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸进行为期3年的野外控制试验, 研究了刈割(留茬1 cm、3 cm及不刈割)、施肥(2.5 g·m^-2尿素+ 0.6 g·m^-2磷酸二胺、不施肥)和浇水(20.1 kg·m^-2、不浇水)处理对矮嵩草补偿生长(包括分株密度、株高和分株地上生物量)的影响, 及其比叶面积、叶片净光合速率和相对增长率的变化, 探讨矮嵩草补偿生长的机制。研究结果表明: 刈割后, 矮嵩草的补偿生长高度和比叶面积显著降低; 分株密度有增加的趋势, 但会随刈割强度的增加而下降; 株高和生物量的相对增长率随刈割强度的增加而呈上升趋势; 补偿地上生物量在重度刈割处理下最高。施肥能显著增加矮嵩草的补偿高度、分株密度、补偿地上生物量、株高相对增长率、生物量相对增长率、比叶面积和净光合速率; 与不浇水处理相比, 浇水处理对重度刈割处理下的分株地上生物量、密度相对增长率、比叶面积和净光合速率无影响, 而显著降低了中度刈割处理下的补偿高度和株高相对增长率, 提高了不刈割处理下的分株密度和重度刈割处理下的生物量相对增长率。刈割、施肥和浇水处理的交互作用也显示出刈割与施肥对矮嵩草补偿生长具有拮抗效应, 而刈割与浇水具有协同效应。上述结果说明, 矮嵩草在刈割后可通过增加分株密度和相对增长率等途径来提高补偿能力, 弥补在生长高度上出现的低补偿, 而施肥可显著抵消刈割的不利影响, 提高矮嵩草的补偿能力。     

围栏放牧下土壤-植被碳密度空间分布格局

对围封13年且放牧的冷季高寒矮嵩草草甸,进行了从围栏入口到内部不同距离植被和土壤碳密度状况的调查.结果表明:1)入口到50 m植被现存碳密度平均为1298.0gC·m-2,60～180m有所下降(平均为997.3 g C·m-2),200～300 m反而升高(平均为1285.5 g C·m-2).当年净初级生产碳密度分布趋势与其相同,0～50 m、60 ～180 m和200～300 m平均分别为742.5、571.0和745.7 g C·m-2.这种分布趋势与放牧过程中绵羊觅食频度和强度有关.一般在中央地带放牧强度大,绵羊觅食时间长,边缘地带受围栏效应或围栏外环境因素影响,放牧强度相对较弱,一定程度上对植被生长发育起到了保护作用,使边缘地带植被碳密度得到提高.2)从围栏入口到草场内部土壤碳密度变化趋势表现复杂,入口到100 m增加,100～170 m减小,然后略有升高.土壤碳密度最高值出现在95 m处(15.42 g C·m-2),最低值出现在170 m处(14.12 gC· m-2).目前尚不清楚为何出现这种格局,但至少认为,土壤有机质的动态转化过程受多种因素影响,与植被碳密度相比具有一定的迟滞效应.具体如何影响有机质的动态转化及其迟滞效应,有待进一步研究.     

青藏高原高寒湿地GPP变化特征及对生长季积温的响应

基于涡度相关系统,利用2004-2016年的涡度相关系统观测资料,做了青藏高原高寒湿地生长季总初级生产力（GPP）在不同时间尺度上对生长季有效积温（GDD）响应的研究。结果表明：高寒湿地生态系统在生长季的日GPP、GDD与月际GPP、GDD都表现为先增大后减小的单峰变化趋势,都在7月或8月达到峰值,在5月达到最小值。在整个生长季尺度上,GPP与GDD变异性较大,没有明显的变化趋势。2004-2016年整个生长季GPP与GDD的均值分别为（458.82±25.78）gC m^-2季^-1和（1060.89±84.07）℃。在日尺度、月尺度、生长季尺度上,GPP与GDD都呈极显著正相关关系（P < 0.01）。但是,通过比较生长季分别每个月GPP与GDD的关系发现,5、9月的GPP与GDD没有显著相关性（P > 0.05）,而在7月相关性最为显著（P < 0.01）。整体上看,高寒湿地生态系统植被的总初级生产力与热量条件表现为正相关关系,由此说明在全球气候变暖的背景下,将会提高青藏高原高寒湿地生态系统植被的光合生产能力。     

水葫芦苗(Halerpestes cymbalaris)的生长特征研究

以调查统计的方法在中国科学院海北定位站研究了高寒湿地植物水葫芦苗无性系的生长特征、形态特征以及能量分配规律。结果表明：匍匐茎只有1条的水葫芦苗最多,占35．29％,匍匐茎有4条的水葫芦苗只占8．82％。同一水葫芦苗无性系中,随着匍匐茎数目的增多,分株数、间隔子数、茎总长和匍匐茎比节问重变小。分株一般在第一级最高,末级较低;第1条匍匐茎的间隔子较长。随水葫芦苗匍匐茎数目的增多,用于无性繁殖的分株干重比例逐渐增加,用于有性繁殖的花的干重比例下降。水葫芦苗无性系这种生长特征、形态特征以及能量分配规律是其生物—生态学特性和所处高寒湿地生境共同决定的。     

高寒草甸不同生境粗喙薹草补偿生长研究

 补偿生长反映了植物的耐牧性, 受采食和土壤养分资源获得性的共同影响。但何种条件易于引起植物发生超补偿是长期以来争论的问题。通过一项野外调查试验, 研究了高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸3种生境(I. 畜圈, 富养, 放牧; II. 牧道, 低养, 放牧; III. 封育草地, 低养, 不放牧)中粗喙薹草(Carex scabrirostris)的补偿生长模式与机制, 以及采食率、土壤养分和水分因子对补偿生长的相对贡献。粗喙薹草补偿生长量和分株盖度、密度及高度在生境I显著高于生境II和生境III, 在生境I和生境II均发生超补偿生长, 在生境III为低补偿。分株生物量对生长器官的分配在生境I和生境II相同, 并都高于生境II; 生物量对储藏器官的分配在生境II最高, 生境III次之, 生境I最低。储藏分配与生长分配和克隆繁殖分配间, 生长分配与有性繁殖分配间均存在负偶联(trade-offs)关系。对补偿生长贡献最大的因子是相对生长率和6月份土壤有机质含量, 其次是8月份土壤氮素营养和采食率。研究结果表明, 粗喙薹草的补偿生长和生物量分配具有可塑性, 并决定着补偿生长模式随生境条件而变化。不论在富养环境或低养环境, 储藏分配高的粗喙薹草都容易发生超补偿, 富养生境条件能降低采食的负面效应, 增加植物的耐牧性。     

青藏高原高寒草甸生态系统的恢复能力

近年来,青藏高原高寒草甸生态系统呈现退化的趋势.本文利用中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站多年观测的长时间序列数据,采用定量方法度量高寒草甸自然生态系统的恢复能力,评估该系统的持久性,并结合系统现状提出避免系统崩溃的对策.结果表明,高寒草甸净初级生产力的动态行为以对降水和气温的即时直接响应为主.无论是净初级生产力对自身的"记忆"程度,还是主要气候因子对初级生产力的"滞后"作用,均比较微弱,说明高寒草甸生态系统有较强的恢复能力,即有较强的持久能力.与世界其他地区草地生态系统恢复能力度量结果相比较,高寒草甸生态系统显示较强的恢复能力.科学地利用高寒草地资源,积极恢复治理退化草地,是维持脆弱的高寒草甸生态系统持久的关键.     

青藏高原高寒湿地生态系统CO2通量

依据涡度相关系统连续观测的2005年CO₂通量数据，对青藏高原东北隅的高寒湿地生态系统源/汇功能及其部分环境影响因素进行了分析。结果表明，高寒湿地生态系统为明显的碳源，在植物生长季（5~9月份）吸收230.16 gCO₂•m^-2，非生长季（1~4月份及10~12月份）释放546.18 gCO₂•m^-2，其中净排放最高在5月份，为181.49 gCO₂•m^-2，净吸收最高在8月份，为189.69 gCO₂•m^-2，年释放量为316.02 gCO₂•m^-2。在平均日变化中，最大吸收值出现在7月份12:00，为（0.45±0.0012） mgCO2•m^-2•s^-1，最大排放速率出现在8月份0:00，为（0.22±0.0090） mgCO₂•m^-2•s^-1。生长季中6~9月份表现为明显的单峰型日变化，非生长季的变化幅度较小。净生态系统交换量（NEE）和生态系统总初级生产力（GPP）与气温、空气水气饱和亏和地表反射率等环境因素呈现相似的相关性，与地上生物量和群落叶面积指数则为线性负相关，生态系统呼吸（Res）则与上述因子的相关性呈现相反的趋势。