祁连山冷龙岭南麓垂直带植被移地试验中鹅绒委陵菜克隆生长特征

在祁连山东段冷龙岭南麓海拔3 200～3 800 m的4个样地间按主要植被类型进行双向移地试验,以自然垂直带移地样方内鹅绒委陵菜(Potentilla anserina)为研究对象,调查其克隆生长对气候变化的响应和适应特征.结果表明:鹅绒委陵菜从海拔3 200 m和3 400 m分别双向移至4个不同海拔区生长1年后,所有样地中1条匍匐茎的植株最多(占43.66%),4条匍匐茎的最少(占4.23%);随海拔升高,它们的匍匐茎总条数分别表现为逐渐增多和减少-增加-减少的趋势,基株高度和基叶数均呈先增加后减少的显著变化趋势,分株数逐渐增加,间隔子长度分别呈先增加后减少和增加-减小-增加的趋势;匍匐茎长度在移到3 400 m时最大,移到3 800 m时最小.研究发现,移地后鹅绒委陵菜的匍匐茎数、基株高度、基叶数、分株数、间隔子长度等均可发生变化;鹅绒委陵菜对不同海拔高度的生态环境表现出不同的克隆生长特征,以适应环境稳定种群.     

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。     

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.     

青藏高原高寒草甸净生态系统碳交换对散射辐射变化的响应

青藏高原是地球上接收太阳辐射能最多的地区之一,具有世界上最高的高寒草甸生态系统,对区域乃至全球碳循环起着重要作用.为了探究太阳辐射变化对高寒草甸生态系统碳动态的影响,本研究利用涡度相关技术和微气象观测系统对高寒草甸生态系统CO₂净交换(NEE)、太阳总辐射、散射辐射及其相关环境要素进行观测;根据晴空指数(CI,到达地面的太阳辐射与大气上界太阳辐射的比值)将天空状况划分为晴天(CI≥0.7)、多云(0.32·m^-2·s^-1)对应的光量子通量密度(PPFD)约为1400 μmol·m^-2·s^-1,出现在CI为0.6～0.7范围内的多云天空,高于CI≥0.7的最高值(-0.57 mg CO₂·m^-2·s^-1)(NEE负值为碳吸收,正值为排放,为方便起见在此均用绝对值描述);CI<0.6条件下,NEE随散射辐射的增加呈显著的对数增加;CI在0.6～0.7范围内,NEE达到最大值,CI≥0.7时,NEE随CI的上升呈降低趋势,说明生态系统的光合作用可能出现了光抑制现象,且散射辐射的增加有利于提高生态系统固碳能力;生态系统呼吸(R_e)随温度升高呈明显的指数上升趋势,高寒草甸NEE最高值对应的温度为15 ℃,当温度高于15 ℃时,NEE随温度的升高呈下降趋势.晴天状况下,温度升高增加了R_e,进而降低了NEE.当饱和水汽压差(VPD)<0.6 kPa时,NEE随VPD增加呈增加趋势;当VPD>0.6 kPa时,NEE随VPD的升高呈缓慢下降趋势,说明相对较高的VPD抑制了生态系统的光合作用.晴天的强辐射并不能促进青藏高原高寒草甸的碳吸收能力,而晴空指数在0.6～0.7范围的多云天气最有利于生态系统碳固定.     

青藏高原雪白委陵菜(Potentilla nivea)叶片性状对海拔的响应

利用生态学常规方法、石蜡切片和显微观察技术,对青藏高原东北部的冷龙岭不同海拔(3600～4200 m)原位生长及移栽的雪白委陵菜(Potentilla nivea)叶片外部形态和解剖结构进行观察,探究其叶片性状对海拔的响应以及生态适应性。结果表明：随海拔的升高,气温呈明显的降低趋势(约为0.66℃·100 m^-1),而辐射和降水并未出现显著性差异;对于不同海拔原位生长的雪白委陵菜,总体上其叶片外部形态和解剖结构指标均存在显著差异(P<0.05),株高、叶片大小及比叶面积均随海拔升高呈减小趋势,而叶干物质含量、比叶重、叶片厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、栅栏系数和叶片紧密度则随海拔升高而增加。然而,从3800、4000和4200 m移栽到3600 m的雪白委陵菜,其叶宽、比叶面积、比叶重、叶干物质含量、角质层厚度、表皮厚度、海绵组织厚度和叶片紧密度均无显著差异。研究发现,无论是不同海拔原位生长还是移栽的雪白委陵菜,其叶片外部形态和内部解剖结构均表现出对海拔变化的敏感性,植物通过来改变自身性状以适应环境,且叶片性状之间存在协同变化。     

祁连山冷龙岭南坡移地植物叶片的碳氮特征

在祁连山冷龙岭南麓坡地进行不同海拔高度土壤(0～40(30)cm土层)和植被的整体双向移地实验,以探讨气候变化对主要物种和群落碳、氮特征的影响。结果表明,3 200 m的麻花艽移地至高海拔时,叶片碳、氮含量分别呈现出先增加后减少和一直增加的趋势,而碳/氮值下降明显。3 400 m的兰石草、珠芽蓼、垂穗披碱草、金露梅和鹅绒委陵菜5种植物大部分叶片碳、氮素含量及碳/氮呈现出随海拔增高而下降的趋势。3 600 m的矮嵩草、雪白委陵菜和重齿风毛菊3种植物叶片碳、氮含量及碳/氮在各海拔之间变化不明显。3 800 m的矮嵩草和矮火绒草的叶片碳、氮含量随海拔高度增加而增加,碳/氮下降。整个群落来讲碳含量随海拔升高而降低,氮含量和碳/氮比变化较小。研究发现,各群落和物种对移地的响应方式因物种组成、原生状态不同而存在差异;温度条件(以海拔升降模拟温度降升)对植被群落及主要植物叶片碳、氮含量和碳/氮比有一定影响,尤其是当高海拔稀疏植被移地到低海拔时,其叶片碳、氮和碳氮比与原生状况的植被群落及主要植物种相对变化较大。     

一次降水过程对青藏高原高寒草甸CO2通量和热量输送的影响

青藏高原高寒草甸的热量输送和碳收支对气候变化的响应十分敏感,降水过程对其影响较为复杂。利用三维超声风速仪和红外CO2／H2O分析仪,以及常规微气象要素的涡度相关观测系统,分析了2002年8月8—17日的一次降水过程对青藏高原高寒草甸CO2通量和热量输送的影响。结果表明：降水过程使气温、地温和辐射等有所降低,大气湿度和CO2通量有所升高;气温、地温、总辐射、地表反射辐射、光合有效辐射（PAR）、净辐射、土壤热通量、潜热通量和显热通量分别下降了23．3％、23．1％、61．9％、58．9％、61．7％、57．9％、268．3％、61．6％和71．0％,大气湿度和CO2通量分别升高了27．0％和38．6％;降水削弱了PAR对白天净生态系统CO2交换量（NEE）的影响,而增加了地温对夜间呼吸的控制;降水强度对白天NEE几乎没有影响,但能降低夜间呼吸。     

青藏高原矮火绒草(Leontopodium nanum)叶片性状对海拔高度变化的响应

植物叶片对环境变化十分敏感,能反映植物适应环境所形成的生存策略。为揭示高寒植物叶片性状对海拔高度变化的响应,对位于青藏高原东北部的冷龙岭3400—4200 m之间5个不同海拔高度的矮火绒草(Leontopodium nanum)叶片进行取样,采用常规石蜡制片技术和显微观察方法测定叶片外部形态、表皮气孔特征和解剖结构,探讨其叶片性状随海拔的变化,结果表明：（1）随海拔高度升高,叶面积呈减小的趋势,而比叶重和叶干物质含量增加;（2）叶片下表皮气孔密度随海拔升高呈先增加后下降的趋势,且气孔密度、气孔器面积、长度、宽度和潜在气孔导度指数等气孔特征之间存在显著相关性;（3）叶厚、栅栏组织和海绵组织厚度随海拔升高呈显著增厚的趋势;（4）叶片解剖结构可塑性和相关性分析显示,上、下角质层厚度的可塑性指数最大,而部分解剖结构指标间存在极显著的相关性。研究表明,矮火绒草为适应沿海拔上升温度降低的环境,主要采取叶片变小、变厚的对策,使植物趋于保温、保水和抗机械损伤的方向发展,并将资源最大化地投入到自身生长发育中。     

青藏高原矮嵩草草甸和金露梅灌丛草甸CO2通量变化与环境因子的关系

利用涡度相关技术观测了青藏高原两个典型的生态系统即矮嵩草(K obresia hum ilis)草甸和金露梅(P oten-tilla f ruticosa)灌丛草甸的CO2通量,并就2003年8月份的数据,分析了生态系统通量变化与环境因子的关系.8月份是这两个生态系统的叶面积指数达到最高也是相对稳定的时期,在此期间矮嵩草草甸和金露梅灌丛草甸净碳吸收量分别达56.2和32.6 g C.m-2,日CO2吸收量最大值分别为12.7μm o l.m-2.-s 1和9.3μm o l.m-2.-s 1,排放量最大值分别为5.1μm o l.m-2.-s 1和5.7μm o l.m-2.-s 1.在相同光合有效光量子通量密度(PPFD)条件下,矮嵩草草甸CO2吸收速度大于金露梅灌丛草甸;在PPFD高于1 200μm o l.m-2.s-1的条件下,随气温增加,两生态系统的CO2吸收速度都下降,但矮嵩草草甸的下降速度(-0.086)比金露梅灌丛草甸(-0.016)快.土壤水分影响土壤呼吸,并且影响差异因植被类型不同而不同.生态系统日CO2吸收量随昼夜温差增加而增大;较大的昼夜温差导致较高的净CO2交换量;植物反射率与CO2通量之间存在负相关关系.     

涡度相关法和静态箱/气相色谱法在生态系统呼吸观测中的比较

基于涡度相关法和静态箱/气相色谱法(箱式法)的碳通量观测数据,对比分析了两种方法在评价禹城冬小麦 夏玉米复种农田生态系统和海北高寒矮嵩草草甸生态系统呼吸中的差异.结果表明：在保证涡度相关法和箱式法观测数据质量的条件下,两种方法实时观测的夜间通量结果具有较好的一致性,相关系数达0.95～0.98;箱式法白天的观测结果与涡度相关法估算的白天生态系统呼吸值有较好的一致性,但前者普遍大于后者;两种方法测定生态系统呼吸日平均值的差异达极显著水平（P<0.01）,但二者的季节变化趋势较一致.在整个观测期内, 冬小麦-夏玉米复种农田观测箱内外平均温差为1.8 ℃,涡度相关法较箱式法测定的生态系统呼吸日平均值偏低30.3%;高寒矮嵩草草甸观测箱内外平均温差为1.9 ℃,涡度相关法较箱式法测定的生态系统呼吸日平均值偏低31.4%.两种方法对生态系统生长季呼吸日平均值测定结果的偏差高于非生长季.