青藏高原两种植被类型净初级生产力与气候因素的关系及周转值分析

基于2008—2016年青海海北站9年净初级生产力及气候因子监测数据,分析了青藏高原高寒小嵩草草甸和高寒金露梅灌丛两种植被净初级生产力年际动态,并探讨了气候因子对其影响及其不同土层深度根系周转值特征。结果表明:(1)年际尺度上,小嵩草草甸地上净初级生产力表现为显著增加趋势,增幅为7.02 g m~(-2) a~(-1),而金露梅灌丛地上净初级生产力相对较为稳定;对于其地下净初级生产力和总生产力,小嵩草草甸和金露梅灌丛均表现为增加趋势(P0.05),9年间小嵩草草甸地上、地下和总净初级生产力平均值分别为(217.55±9.95)、(1882.75±161.33) g m~(-2) a~(-1)和(2100.30±163.38) g m~(-2) a~(-1),金露梅灌丛地上、地下和总净初级生产力9年间平均值分别为(256.27±11.4)、(1614.31±173.03) g m~(-2) a~(-1)和(1870.58±177.93) g m~(-2) a~(-1)。(2)不同植被类型地上净初级生产力对气候因素响应不同,金露梅灌丛地上净初级生产力主要受温度影响,而温度对小嵩草草甸地上净初级生产力无显著影响。此外,降水不是限制高寒生态系统草地地上净初级生产力主要因子,相比于降水影响,高寒生态系统地上净初级生产力更受温度调控。(3)年均温和年降水对金露梅灌丛和小嵩草草甸地下净初级生产力均无显著影响(P0.05),表明高寒生态系统,其地下生产力受外界气候条件变化影响微弱,是一个稳定的碳库。(4)两种植被类型其根系周转值均随着土壤深度的增加呈逐渐增加趋势,且高寒灌丛根系周转值明显高于高寒草甸根系周转值。研究表明,在全球气候变暖背景下将会增加金露梅灌丛地上净初级生产力,而对小嵩草草甸地上净初级生产力无显著影响。     

2000-2015年祁连山南坡生态系统服务价值时空变化

祁连山是我国西部重要的生态安全屏障和生物多样性保护优先区域,其中南坡地区是水源涵养服务核心区,但目前对该区域生态系统服务时空分布及动态变化仍缺乏深入认识。利用遥感技术和生态系统服务理论,综合多源数据产品,借鉴生态系统服务计算方法,对包括土壤保持等7个生态系统服务类型展开功能及价值核算,对祁连山南坡土壤保持等7个生态系统服务类型2000-2015年间的时空分异及动态展开监测和评估,研究表明：（1）近16年来祁连山南坡生态系统服务平均单位面积价值为76.27万元/km²,总价值为658.74亿元,且调节气候、水源涵养和调节空气质量服务构成了研究区生态系统服务的主体。（2）高寒草甸和高寒草原的生态系统服务总价值最高,而森林和灌丛的单位面积服务价值最高;天峻县和祁连县的生态系统服务总价值最高,而海晏县和刚察县的单位面积服务价值最高。（3）近16年来祁连山南坡生态系统服务价值呈增长趋势,其中调节气候和调节空气质量服务价值的增速最快,且增长区域主要集中在研究区北部祁连县和天峻县境内。（4）研究区东部山区、南部环湖区以及中部湿地区能够提供多项复合生态服务功能,应作为生态保护和管理的重点。研究结果能为祁连山生态红线制定及国家公园建设提供理论依据和技术支撑。     

不同植被被覆下温性草原土壤养分分异特征

以青海湖区4种不同植被被覆下温性草原为对象,研究在自然及放牧因素影响下土壤异质性分布格局.结果表明:速效养分(速效氮、速效磷、速效钾)具有明显的分层特征,表层土壤含量最高,随土层加深含量逐渐降低.紫花针茅退化样地各层土壤速效养分含量普遍低于其他3个样地,恢复时间较长的样地(早熟禾样地)和有外来物质输入的样地(赖草样地)含量较高.全量养分表现不同,全氮含量表现出分层现象,退化和恢复时间短样地(紫花针茅退化样地、垂穗披碱草样地)表层(0～10 cm)和第二层(10～20 cm)全氮含量高,下层含量迅速降低;早熟禾样地和赖草样地各层全氮含量都较高;全磷含量随土层降低没有出现显著差异(P＞0.05),紫花针茅退化样地0～40 cm土层全磷含量都显著低于其他样地(P＜0.05),其全钾和有机质含量也普遍低于其他样地;有机质与全量养分、速效养分均呈现极显著相关(P＜0.01).随土层加深土壤容重增高,退化使土壤pH值升高.退化温性草原在恢复6a后土壤基本得到恢复,人类扰动和自然因素都影响到土壤养分状况.     

植物释放甲烷研究进展

植物是否在有氧条件下自身产生甲烷、其产生机制和释放速率等问题目前还存在很大争议,如果确证植物在有氧条件下产生较大量的甲烷,就必须重新认识和计算全球甲烷的源汇及其收支平衡。已有研究表明,植物排放的甲烷有一部分是由土壤或木本植物的根和树干内部产甲烷微生物产生,再通过植物传输进入大气中的;植物本身产生甲烷的机制可能主要是在活性氧自由基的作用下,将植物细胞壁成分果胶、木质素等中的甲氧基转化为甲烷,这一过程受到高温、强光和UV辐射等环境胁迫的刺激。根据植物排放速率或大气甲烷浓度与碳同位素组成的实测值,对区域和全球植物源甲烷排放率做出的估算还存在相当大的不确定性,需要对更多植物和更多地点开展实测研究,深入了解植物产甲烷的机制和过程,并结合大气传输模型才能进一步提高估算准确性。     

不同演替状态下高寒草甸土壤物理性质与植物根系的相互关系

采用空间代时间的方法,以高寒嵩草草甸不同退化演替状态土壤物理性质(土壤机械阻力、温度、湿度)为变量,探讨高寒草甸不同退化阶段土壤物理性质同植物根系生长特质的相互关系。结果表明:高寒嵩草草甸根系分布具有明显的"V"型垂直构型特征;高寒嵩草草甸根系以细根为主,直径0.5 mm的根系占全剖面根系总长的90.8%—93.6%。土壤紧实度和土壤湿度与植物根系直径细化具有显著的正相关关系(P0.05);土壤温度与根系细化之间具有显著的负相关关系(P0.05),且其对高寒嵩草草甸根系生长特性形成的贡献率最高,说明高寒嵩草草甸植物根系生长构型特征的主控因子为温度。高寒嵩草草甸根系细化及表聚现象与土壤物理性质之间具有一定程度的互馈效应。低温、高紧实度和较高的土壤湿度有助于形成高密度和细根构型的草毡表层,这种土壤根系构型也是高寒草甸植物群落为适应放牧干扰及恶劣环境的应激性改变。该发现对明晰草地退化演替过程中生态系统构件对外界干扰改变的响应和适应过程及为制定合理有效的退化高寒草甸恢复措施提了供理论依据。     

三江源地区高寒湿地土壤微生物生物量碳氮磷及其化学计量特征

微生物生物量及其化学计量特征是土壤养分循环的重要参数, 对预测气候变化和提高模型准确性及理解陆地生态系统养分循环都起到重要作用。为了明晰高寒生态系统土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)、微生物生物量磷(MBP)浓度及其化学计量特征, 该研究通过在三江源区高寒湿地连续两年的野外调查和室内培养, 分析了50个样点的数据, 探究三江源高寒湿地MBC、MBN、MBP浓度及其化学计量特征, 明确了土壤理化特性和微生物群落特征对其影响。结果表明: (1)三江源高寒湿地MBC、MBN和MBP浓度分别为105.11、3.79和0.78 mmol·kg^-1, MBC:MBN、MBC:MBP、MBN:MBP和MBC:MBN:MBP分别为50.56、184.89、5.42和275:5:1。高寒湿地土壤的MBC浓度显著高于高寒草甸土壤, 而MBN和MBP浓度在高寒湿地和高寒草甸土壤之间没有显著差异; 高寒湿地土壤的MBC:MBN和MBC:MBP显著高于高寒草甸土壤, 而MBN:MBP在高寒湿地和高寒草甸土壤之间差异不显著。(2)土壤理化特性与MBC、MBN和MBP浓度具有显著相关性。土壤含水率与MBC:MBN和MBC:MBP存在显著负相关关系, 而土壤密度与MBC:MBN和MBC:MBP浓度存在显著正相关关系, 土壤全氮含量和MBC:MBP存在显著负相关关系, 而与MBC:MBN的相关关系不显著。土壤理化特性对MBN:MBP的影响不显著。(3)整体而言, 微生物群落结构与MBC、MBN和MBP浓度之间存在显著的相关性。微生物群落结构和MBC:MBN、MBC:MBP的关系是相似的, 总磷脂脂肪酸(PLFA)含量、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、细菌、放线菌、丛枝菌根真菌浓度和其他PLFA含量与MBC:MBN和MBC:MBP存在显著负相关关系, 而真菌:细菌与MBC:MBN和MBC:MBP之间存在显著正相关关系, 真菌浓度与MBC:MBN和MBC:MBP之间的相关关系不显著。除丛枝菌根真菌外, MBN:MBP与微生物群落结构均无显著相关关系。     

青藏高原矮嵩草草甸地下和地上生物量分配格局及其与气象因子关系

基于2006—2015年青海海北站10年生物量及气候因子监测数据,分析了青藏高原高寒矮嵩草草甸生物量的季节及年际动态,并探讨了气候因子对其影响。结果表明:(1)季节尺度上,高寒矮嵩草草甸地上生物量表现为单峰变化曲线,8月为其峰值点,为(345.72±27.01)g/m2,代表了高寒草甸的地上净初级生产力。而地下根系的现存量变化较为复杂,其中5—7月呈现持续上升趋势,8月快速下降,之后9月份急剧,且各月份之间未达到显著水平(P0.05);年际尺度上,10年间高寒矮嵩草草甸地上生物量整体呈现波动增加趋势,2014年为其峰值点,达(437.12±32.01)g/m2。地下生物量呈现波动性变化,变异较大,10年间平均值为(2566.99±138.11)g/m2;(2)高寒草甸光合产物分配主要分布在地下,80%地下根系生物量分布于地表0—10 cm土层,且不同土层根系生物量占总地下生物量的比值在不同月份较为稳定。(3)气候因子中,大气相对湿度是影响高寒草甸地上生物量大小的主要因素;而气候因子对地下根系生物量的影响极为微弱。研究表明,高寒嵩草草甸对环境变化具有较高的自我调节能力,且高寒草甸的演化受制于人类干扰,而非气候变化。     

青海省高寒草地土壤无机碳储量空间分异特征

以青海省主要高寒草地类型即温性草原、高寒草原、草甸草原以及高寒草甸为研究对象,进行其土壤无机碳(SIC)储量分异特征研究。结果表明,在取样剖面内四类草地SIC储量依次为温性草原高寒草原草甸草原高寒草甸,其值分别为16.51、16.48、3.37 kg C/m2和0.12 kg C/m2,温性草原与高寒草原土壤是高寒草地无机碳的主要储蓄库。温性草原与高寒草原50—100cm SIC储量分别占0—100cm总储量的60.2%和51.8%,而草甸草原与高寒草甸30—50cm SIC储量分别占0—50cm总储量的50.1%和55.8%,说明土体下部是高寒草地无机碳储蓄的主要场所。四类草地SIC含量随土层深度的变化过程各异,其碳酸钙富集层与野外剖面调查所得碳酸钙盐酸泡沫检验结果相吻合。SIC储量与土壤容重和土壤p H均呈显著正相关关系,与地下生物量呈显著负相关关系。     

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。     

放牧扰动下高寒草甸植物多样性、生产力对土壤养分条件变化的响应

为了揭示高寒小嵩草草甸群落在放牧扰动下,探讨土壤养分供给水平的变化对生态系统初级生产力和多样性影响,为高寒草地的退化演替机理研究提供依据,以野外样地调查和室内分析法研究了放牧扰动下高寒草甸植物多样性、生产力对土壤养分条件变化的响应.结果表明,放牧干扰不仅改变了高寒小蒿草草甸群落土壤根系和蕴育土壤根系的"载体"量及根土比例,改变了植物群落的结构和功能,而且使土壤的物理和化学特性发生了明显的改变.随着放牧强度的增加,蕴育土壤根系的基质量逐渐减少,根土比特别是0～10 cm土层的根土比例增加;"载体"量减少导致大部分地下根系由于营养供给水平的降低而死亡,归还土壤中有机质的数量逐渐减少,加之地上部分持续利用,土壤养分也在不断消耗,土壤基质量的减少和土壤资源持续供给能力的下降,草地发生逆向演替(退化),表现在:物种数减少、多样性下降、能量的分配转向地下等;土壤性状上的某些改变(土壤容重、土壤湿度等),也会引起植被组成、物种多样性变化;放牧主要通过影响土壤环境及其养分含量来改变草地群落生物量(地上、地下);土壤表面的适度干扰和原有植物的适度破坏为新成员提供了小生境,从而允许新的植物侵入群落,并提高了植物的丰富度.但是,在受到强度干扰时,草地植物群落的主要物种的优势地位发生明显的替代变化.