高寒植物叶片性状对模拟降水变化的响应

降水变化对高寒草甸生态系统产生了显著影响,植物叶片性状特别是叶脉特征对降水变化非常敏感,然而高寒植物叶片性状特征如何响应降水变化还知之较少。采用集雨棚模拟增减50%降水的条件,以高寒草甸8种主要植物叶片为研究对象,研究了降水变化对叶片的叶脉率、叶脉密度、叶片大小、比叶质量、叶片总有机碳含量、叶片全氮含量、叶片碳同位素相对含量和碳氮比等叶片性状的影响。发现增水显著增加了植物的叶片大小、稳定碳同位素千分值、总有机碳含量、全氮含量,但显著降低了叶脉密度;而减水显著降低了叶片大小、稳定碳同位素千分值。植物叶片性状各指标对降水变化的响应存在协同变化和相互制约。不同水分生态类型的植物对降水变化的响应存在差异,中生植物通过增加叶片大小和减少叶脉密度积极应对降水的增加,矮生嵩草的叶片大小分别增加了200.3%,叶脉密度减小了17.5%,而旱中生植物通过减少叶片大小和增加叶脉密度应对降水的减少,垂穗披碱草和异针茅的叶片大小分别减少54.9%和30.7%,其叶脉密度分别增加25%和22.4%。羽状叶脉植物增加叶脉密度和稳定碳同位素千分值以适应增水条件,花苜蓿、异叶米口袋的叶脉密度的增加了7.8%和4.0%,稳定碳同位素千分值增加2.5%和3.3%,但增水条件下平行叶脉植物的叶脉密度不变或降低和稳定碳同位素千分值保持不变;减水增加了平行叶脉植物叶脉密度并减低了稳定碳同位素千分值,异针茅的叶脉密度增加了22.4%,稳定碳同位素千分值减小2.9%,而对羽状叶脉植物的叶脉密度和稳定碳同位素千分值减少或不变。植物叶片性状对增水的敏感性显著大于对减水的敏感性,增水的效应约为减水的2倍;叶片大小的敏感性显著大于其它叶片性状,约为其它叶片性状的10倍。因此,植物在应对短期降水变化时,植物形态可塑性的作用凸显,放大或缩小叶片大小是植物应对降水变化的最有效的途径,但是不同水分生态类型和叶脉类型植物可塑性的方向存在显著差异。     

西藏高原高寒草地群落植物多样性和地上生物量监测方法的比较研究

以西藏高原高寒草地3种植被类型(高寒草甸、高寒草原和高寒荒漠草原)为研究对象,分别采用样线法、样方法和巢式样方法进行实地调查,记录每条样线上或每个样方内出现的所有物种,并分物种刈割样方内地上部分,通过统计分析比较不同高寒草地群落植物多样性和地上生物量监测方法,以阐明西藏高原高寒草地不同植被类型的最小取样面积和最少样方数或样线长度。结果显示:(1)就物种丰富度而言,400m样线法观测到的高寒草甸、高寒草原和高寒荒漠草原的所有物种数分别占3种方法调查到的总物种数的55%、71%和50%;8m2巢式样方法调查到高寒草甸、高寒草原的总物种数占所有3种方法观测的物种总数的57.5%和57%,而8m2的巢式样方对高寒荒漠草原的调查监测到的物种数最多,其中2m2观测到的物种数就达到所有可能出现物种的83%;20个样方法监测到高寒草甸和高寒草原的物种数最多,占3种方法观测到总物种数的78%和86%,所以对物种丰富度的调查高寒草甸和高寒典型草原至少需要20个样方,高寒荒漠草原需要最小面积不少于2m2的2个样方。(2)就地上生物量而言,由地上生物量与物种数之间的变异关系得出最小样方数为7~11个,而由地上生物量的变异系数可知,在变异系数小于等于5%的前提下,高寒草甸的最小取样面积不小于0.25m2,高寒典型草原和高寒荒漠草原的最小取样面积不少于1m2。研究表明,对于生产力的监测方法而言,高寒草甸采用10个0.5m×0.5m的样方,而高寒草原和高寒荒漠草原采用10个1m×1m的样方为宜;而对于物种丰富度的监测方法而言,高寒草甸以20个0.5m×0.5m的样方和高寒草原20个1m×1m的样方为宜,高寒荒漠草原采用2个不小于2m2样方面积为宜。     

草地植物生产力主要影响因素研究综述

草地是全球分布面积最大的陆地生态系统,植物初级生产力是反映草地功能的重要指标。从植物种多样性、资源有效性、放牧、退化草地恢复和气候变化等方面较系统综述了影响草地植物生产力的关键要素和驱动力。大量研究表明,植物多样性与生产力的关系尚未有一致的结论,依据试验地点、起始状态甚至度量指标不同而不同;特别是资源有效性调节着生产力水平并对植物多样性和生产力关系产生显著影响;放牧改变了植物群落特征和养分有效性进而影响生产力的形成过程,也改变了资源有效性-植物多样性-生产力之间的关系;对于退化生态系统,在退化草地恢复过程中植物与土壤资源有效性的互作效应对植物生产力的变化起着关键作用;而在未来气候变化特别是增温对植物生产力的影响因地点和生态系统的不同而异,但多数研究结果显示增温提高了草地植物生产力。与国外其它草地分布区相比,国内的相关研究不仅在数量上明显不足,更重要是欠缺机理上的深入研究。在放牧和未来气候变化背景下如何维持和提高草地生产力,如何加速退化草地生态系统的恢复,进而实现生态安全建设和经济社会协调发展,是我国当前急需解决的理论和实践问题。     

高寒草甸主要植物地上地下生物量分布及退化对根冠比和根系表面积的影响

研究高寒草甸主要植物地上地下生物量的分布及其对退化的响应有利于了解高寒草甸的退化过程。该研究首先在西藏那曲生态环境综合观测研究站小嵩草围栏内(2009年围封)选择原生植被较好的地点随机选择小嵩草(Kobresia pygmaea)、矮嵩草(K.humilis)、紫花针茅(Stipa purpurea)、二裂委陵菜(Potentila bifurca)和青藏苔草(Carex moorcroftii)等5种植物斑块,选择退化斑块上(与原生植被相比)的二裂委陵菜和青藏苔草;然后用烘箱烘至恒重并称重,用扫描仪对根系进行扫描用于估算根系表面积;最后利用2因子方差分析检验不同物种个体、不同取样层次对地上和地下生物量的影响,利用物种和退化状态2因子方差分析检验对地上生物量的影响,以及利用物种、取样层次和退化状态3因子方差分析检验对二裂委陵菜和青藏苔草地下生物量、根冠比和根系表面积的影响。结果表明:在未退化条件下,小嵩草、矮嵩草和紫花针茅0~10cml地下生物量占0~30cm地下生物量的70%以上,0~30cm地下生物量占其地上地下总生物量的96%以上;二裂委陵菜(Potentilla bifurca)和青藏苔草(Carex moorcroftii)0~10cm地下生物量占0~30cml地下生物量的50%以上,其中二裂委陵菜0~30cm地下生物量占其地上地下总生物量的57%,青藏苔草0~30cm地下生物量占其地上地下总生物量的87%;对于退化草甸的主要植物,退化显著降低了二裂委陵菜的地上生物量、地下生物量和根冠比,对其根系表面积影响不大,但显著增加了青藏苔草的地上生物量,降低了其根冠比,对其地下生物量和根系表面积影响不大。     

增温和放牧对草地土壤和生态系统呼吸的影响

草地生态系统作为世界陆地生态系统的主体类型,其土壤呼吸和生态系统呼吸是陆地生态系统碳循环的重要组成部分,土壤呼吸是未经扰动的土壤由于代谢活动而产生CO2的过程,生态系统呼吸包括地下部分的土壤呼吸和地上部分植被的自养呼吸。研究增温和放牧对草地土壤和生态系统呼吸的影响,可为预测未来气候变化条件下的全球碳收支以及草地的可持续经营与管理提供重要的科学依据。该文扼要综述了关于草地土壤和生态系统呼吸对增温和放牧的响应方面的研究。结果表明:草地土壤和生态系统呼吸对增温和放牧的响应非常复杂,受多种因素的综合影响,无论是增温还是放牧对草地土壤和生态系统呼吸的影响均具有不确定性,因草地类型、增温幅度、增温时间、放牧强度、放牧频度和放牧方式的不同而不同。在此基础上,指出了以后应加强研究的方向,草地的利用离不开放牧,对于未来气候变化条件下的草地,温度升高和放牧这两个因素必然是同时存在的,以前多数实验是单独研究增温或放牧对它们的影响,然而,这两者对草地生态系统的影响并非可加的,因此,需要加强增温与放牧的耦合试验,同时加强关于生态系统呼吸不同组分对两者的响应的研究,以便更好地理解增温和放牧的影响机制。另外,草地土壤和生态系统呼吸对增温和放牧的响应会随着时间的推移而发生变化,因而加强长期连续的试验观测很有必要。     

青藏高原草地生态系统对气候变化的响应

青藏高原高寒草地生态系统对气候变化高度敏感,其如何响应和反馈气候变化一直以来受到极大关注.本文系统综述了近5年来有关青藏高原草地生态系统在物候、生产力、碳循环等方面对气候变化的响应过程以及应对气候变化的适应性管理的最新研究成果,发现气候变化对高寒草地生态系统的诸多影响还存在很大的不确定性.多数研究结果表明,增温使高寒草甸的植被物候提前和初级生产力水平提高,而高寒草原有相反的影响趋势,说明不同地域、不同群落类型对不同季节温度变化的响应模式不同.而气候变化对物种多样性和碳循环有关过程的影响结果尚没有一致的结论,时空尺度和方法上的差异可能是导致不同结果的主要原因.因此,建议在增强时空异质性的响应与反馈研究的同时,更需要加强生态过程和机理的研究.     

植物叶片性状对气候变化的响应研究进展

叶片性状反映了植物对环境的高度适应能力及其在复杂生境下的自我调控能力。叶片性状如何响应和适应气候变化是植物适应性研究的重点内容。该文系统综述了叶片大小、比叶质量、叶片氮含量、碳同位素等指标对气候变化响应的最新研究结果。不同叶片性状对气候变化的响应结果存在差异,所指示的生态学含义也有所不同。单一叶片性状不能全面地反映植物对气候变化的响应;不同尺度的研究(如环境的修饰或筛选作用的研究)还存在很多不确定性。高寒地区的研究工作相对缺乏。该文有助于理解植物与气候之间的相互关系、植物对气候变化的响应与适应对策,对了解植物演化、预测植物在未来气候变化条件下的变化特征具有一定意义。