青藏高原高寒灌丛植被对长期放牧强度试验的响应特征

在青藏高原中国科学院海北高寒草甸生态系统定位研究站对金露梅高寒灌丛草场植被开展了长期不同放牧强度试验,分别在短期(4年)、中期(11年)和长期(18年)放牧阶段研究不同放牧干扰强度对草地植物物种多样性、群落结构、地上生物量和草场质量的影响.研究表明,在不同放牧阶段,随着放牧强度增加植物群落的高度和盖度都降低.在中期放牧干扰阶段,物种多样性数和均匀度指数随着放牧强度增加呈现典型的单峰曲线模式;在长期放牧干扰阶段,随着放牧强度增加,占优势地位的灌木和禾草被典型杂类草替代,其中的重度放牧干扰简化了高寒灌丛植被群落结构,减少了地上现存生物量,特别是可食优良牧草生物量.植被对放牧的响应除了与放牧强度和放牧时间阶段密切相关外,还与该地区水热条件的变化有一定的相关性.针对长期放牧干扰的反应特性可将金露梅灌丛草场中植物划分为增加型、敏感型、忍耐型和无反应型4种类型.除了丰富度指数、多样性指数和均匀度指数外,其它一些特征参数并不支持著名的中度干扰假说.本研究发现,长期重度放牧促进了青藏高原高寒草地退化,适度放牧有利于高寒灌丛草场的生物多样性保护和牧草利用;"取半留半"的放牧原则在青藏高原草场放牧管理实践中值得推荐,它将有利于防止草场退化,提高牧草利用率和维持较高的生物多样性.     

青藏高原区退化高寒草甸植被和土壤特征

高寒草甸约占青藏高原草地的46.7%,是我国草地生态系统重要的组成部分。近年来,在气候变化和人为活动的影响下,高寒草甸生态系统退化严重,植被和土壤均呈现出不同的退化趋势。在大空间尺度上表现为草地覆盖度下降,杂草类植被增加,土壤退化甚至沙化;在微观尺度上,退化高寒草甸的土壤粒径、土壤微生物和土壤酶也发生改变。本研究从高寒草甸物种多样性、植物群落结构、植被生物量、土壤物理性质、土壤微生物、土壤酶和土壤养分等方面,分析了高寒草甸生态系统退化过程中植被和土壤的变化特征,提出当前研究中存在的一些不确定性和有待深入研究的问题,为全面了解高寒草甸的退化机制和规律、有效干预高寒草甸生态系统和恢复生态功能提供科学依据。     

黄河首曲湿地植物群落生产力、物种多样性及其与生境的关系

近年来,在气候变化与人为干扰等因素的驱动下,高寒湿地退化导致生物多样性的丧失如何影响生态系统功能尚无共识。以黄河首曲高寒湿地为研究对象,基于野外采样数据和植物群落多样性指数,重点分析植物物种多样性、地上生物量空间分布格局及其与土壤因子关系。结果表明：首曲湿地存在一定程度退化,植物群落组成主要集中在菊科和禾本科,莎草科和豆科植物较少;植物群落物种多样性和地上生物量未表现出显著的经纬度和海拔梯度变化;Patrick丰富度指数(R)和Shannon-Weiner多样性指数(H)与地上生物量呈显著正相关,说明保护区植物多样性的保护有利于生产力维持;土壤含水量影响着高寒湿地植被群落结构,与多样性指数呈显著相关性,是高寒湿地植被恢复和重建的关键性因子。该研究结果对于认识黄河首曲高寒湿地植物生物量和物种多样性及土壤因子的空间分异规律具有一定的参考价值,同时为高寒湿地退化生态系统功能的恢复及生物多样性的保护提供科学依据。     

青藏高原高寒草甸植被特征与温度、水分因子关系

以广布于青藏高原的高寒草甸为研究对象,进行模拟增温实验,探讨高寒草甸植被特征与温度、水分因子关系,并试图论证高寒草甸植被是否符合生物多样性代谢理论.结果表明:①高寒草甸植被物种多样性的对数与绝对温度的倒数呈显著线性递减关系,空气-地表-浅层土壤(0-20 cm)温度(R2 ＞0.6,P＜0.01)较深层土壤(40-100 cm)温度(R2＜0.5,P＜0.05)对物种多样性影响大;其植被新陈代谢平均活化能为0.998-1.85 eV,高于生物多样性代谢理论预测值0.6-0.7 eV,这是高寒草甸植被对长期低温环境适应进化的结果.②除趋势对应分析和冗余分析显示,温度对植被地上部分影响较大,而土壤水分对全株影响均较大,适当的增温与降水均可极显著促进高寒草甸植被生长.③逐步回归和通径分析显示,40 cm、60 cm深度土壤水分对植被地上部分产生直接影响,20 cm高度空气相对湿度和40 cm深度土壤温度对其产生间接影响;40 cm深度土壤温度和60 cm深度土壤水分对植被地下部分产生直接影响,红外地表温度对其产生间接影响.深层土壤温度和水分对高寒草甸植被具有影响作用,这可能与增温后冻土的融化有关,但其机理尚待进一步研究.     

青藏高原海北高寒湿地和草甸生态系统碳库对比

青藏高原高寒湿地和草甸生态系统碳库对我国陆地生态系统碳循环具有极为重要的作用。本研究以青藏高原海北高寒湿地塔头、塔间以及高寒草甸3种生境为对象,分析了3种生境下植被碳库、土壤碳库(0~30 cm)以及生态系统总碳库的差异。结果表明:湿地塔头和塔间的植被碳库分别为1.54±0.11和1.57±0.20 kg·m~(-2),显著高于草甸植被碳库(0.83±0.05 kg·m~(-2)),尤其是植被地下碳库;湿地塔间的土壤有机碳(SOC)库为21.99±1.18 kg·m~(-2),显著高于湿地塔头和草甸的SOC库,湿地塔头与草甸的SOC库没有显著差异;湿地塔间的总碳库最大,为23.53±1.18 kg·m~(-2),湿地塔头总碳库为19.53±1.43kg·m~(-2),草甸总碳库为18.70±0.81 kg·m~(-2),湿地塔头与草甸的总碳库没有显著差异。因此,建议在未来的高寒湿地碳库估算中将湿地塔头和塔间碳库予以区分,有助于精确估算高寒湿地碳库。     

黄河首曲湿地退化过程中植物群落组分及物种多样性的变化

黄河首曲湿地是黄河下游生态安全的重要屏障.通过实地调查,采用空间序列代替时间序列的方法,研究了黄河首曲湿地自然退化过程中植物多样性的变化,并用对比分析的方法研究了人工排水对植物多样性的影响.结果表明:在黄河首曲湿地自然退化过程中,经沼泽、沼泽化草甸、高寒草甸到草原化草甸,优势种向中生和旱生种演替,丰富度指数和多样性指数逐渐增大,即草原化草甸>高寒草甸>沼泽化草甸>沼泽,而优势度指数却逐渐减小,均匀度指数先降低后增加,植物物种多样性总体上表现为增加的态势.人为排水后,毒杂草在群落中的比例增加,导致丰富度指数和多样性指数增加,均匀度指数和优势度指数略有降低,群落相似性系数逐渐降低,主要是由于人工排水后,生境相对中生化,部分植物在群落内的零星分布导致多样性指数和丰富度指数增加,而均匀度指数下降.人工排水虽然增加了群落内的植物多样性,但增加的植物多为毒杂草,从而使湿地向杂草型退化方向演替.     

高寒湿地和草甸退化及恢复对土壤微生物碳代谢功能多样性的影响

为研究高寒湿地、草甸的退化及恢复与土壤微生物碳代谢功能多样性的关系,以及影响土壤微生物碳代谢功能多样性的关键因素,利用BIOLOG Eco微平板法,分析了甘肃玛曲地区5类(湿地、沼泽化草甸、高寒草甸、退化草甸、人工恢复草甸) 14个退化与恢复样地的土壤微生物对单一碳源的利用情况。结果表明,从湿地到沙化草地的逐渐退化过程中,草甸的土壤微生物群落代谢活性差异显著;主要是由于在湿地干化过程中,微生物活性逐渐升高,沼泽草甸土壤微生物活性最高;随着草甸不断退化,微生物活性逐渐降低,沙化草地最低;而人工补播恢复使土壤微生物活性有所增加,表明退化对微生物碳代谢功能多样性造成显著影响,人工恢复措施在一定程度上提高了土壤微生物活性。聚合物类(吐温40、吐温80、环状糊精、肝糖)、氨基酸类及碳水化合物类是土壤微生物主要利用的碳源。冗余分析结果显示,土壤的碳氮比、含水量、有机碳、全氮、容重、氮磷比、p H及植被覆盖度是影响土壤微生物碳代谢功能多样性的关键因子。因此,可用土壤碳代谢功能多样性变化评价高寒湿地及草甸的退化和恢复及其变化程度。     

黄河首曲湿地退化过程中植物群落组分及物种多样性的变化

黄河首曲湿地是黄河下游生态安全的重要屏障.通过实地调查,采用空间序列代替时间序列的方法,研究了黄河首曲湿地自然退化过程中植物多样性的变化,并用对比分析的方法研究了人工排水对植物多样性的影响.结果表明:在黄河首曲湿地自然退化过程中,经沼泽、沼泽化草甸、高寒草甸到草原化草甸,优势种向中生和旱生种演替,丰富度指数和多样性指数逐渐增大,即草原化草甸>高寒草甸>沼泽化草甸>沼泽,而优势度指数却逐渐减小,均匀度指数先降低后增加,植物物种多样性总体上表现为增加的态势.人为排水后,毒杂草在群落中的比例增加,导致丰富度指数和多样性指数增加,均匀度指数和优势度指数略有降低,群落相似性系数逐渐降低,主要是由于人工排水后,生境相对中生化,部分植物在群落内的零星分布导致多样性指数和丰富度指数增加,而均匀度指数下降.人工排水虽然增加了群落内的植物多样性,但增加的植物多为毒杂草,从而使湿地向杂草型退化方向演替.     

青海湖地区植被及其分布规律

青海湖地区位于青藏高原东北部,境内复杂的地貌类型及青海湖的顾在对植被有重要影响,本区植物种类贫乏,现有种子植物52科,174属,445种,主要植被类型有寒温性针叶林,高原河谷灌丛,高寒灌丛,沙生灌丛,温性草原,高寒草原,高寒草甸,沼泽草甸,高寒流石坡植被等,植被分布表现出明显的规律性变化。草原分布于湖盆及河谷地带,由东而西植被兴型有更加适应寒旱趋势,温性草原以青海湖为中心,呈环带状分布,而高寒草原的分布则与生境寒冷干旱相一致,山地垂直带谱表现为草原带,高寒灌丛与高寒草甸带以及高寒流石坡植被带,本区植被水平地带性分异受到青海湖的影响,其植被组合及特征表现出与青藏高原植被的明显相似性,作为祁连山南麓中部地区的一个大型山间盆地,其东西方向界于青海省东部地区和柴达木盆地之间,植被东西方向的水平地带性并示表现出明显的过渡特征,根据植被特点及分布规律分析,本区植被有其自身的特殊性,并与青藏高原隆升之后气候寒冷干旱相一致。因此,青海湖地区就整体而言应属祁连山地区植被一个相对独立的组成部分。     

青海湖地区植被及其分布规律

青海湖地区位于青藏高原东北部。境内复杂的地貌类型及青海湖的存在对植被有重要影响。本区植物种类贫乏,现有种子植物52科、174属、445种。主要植被类型有寒温性针叶林、高原河谷灌丛、高寒灌丛、沙生灌丛、温性草原、高寒草原、高寒草甸、沼泽草甸、高寒流石坡植被等。植被分布表现出明显的规律性变化。草原分布于湖盆及河谷地带,由东而西植被类型有更加适应寒旱趋势。温性草原以青海湖为中心;呈环带状分布,而高寒草原的分布则与生境寒冷干旱相一致。山地垂直带谱表现为草原带、高寒灌丛与高寒草甸带以及高寒流石坡植被带。本区植被水平地带性分异受到青海湖的影响,其植被组合及特征表现出与青藏高原植被的明显相似性。作为祁连山南麓中部地区的一个大型山间盆地,其东西方向界于青海省东部地区和柴达木盆地之间,植被东西方向的水平地带性并未表现出明显的过渡特征。根据植被特点及分布规律分析,本区植被有其自身的特殊性,并与青藏高原隆升之后气候寒冷干旱相一致。因此,青海湖地区就整体而言应属祁连山地区植被一个相对独立的组成部分。     

青藏高原东缘高寒草原有毒植物分布与高原鼠兔、高原鼢鼠的相关性

青藏高原高寒草原生态系统是我国特有的生态系统类型,由于受到人为破坏的影响,目前该地区草原生态系统功能退化,优良牧草减少,有毒植物蔓延。高原鼠兔(Ochotona curzoniae)和高原鼢鼠(Myospalax baileyi)是青藏高原东缘高寒草原中最重要的两种小型哺乳动物,其采食行为和挖掘洞穴的生活特性必然对生态系统产生影响,但其与有毒植物之间的互作关系尚未揭示。基于此,在甘肃省玛曲县河曲马场自然生长的高寒草原生态系统中开展了有毒植物的分布与高原鼠兔、高原鼢鼠之间的相关性研究。结果表明,该高寒草原生态系统中分布有毒植物27种,分属于菊科、豆科、毛茛科等11科。在此基础上,测定了该地区有毒植物的生物多样性指数、均匀度指数和丰富度指数,并探究了单位面积条件下有毒植物的分布特征与高原鼠兔和高原鼢鼠种群密度之间的相关性,发现该地区高寒草原有毒植物的蔓延与高原鼠兔的密度之间存在密切的负相关关系(P0.05),而与高原鼢鼠的相关性不显著(P0.05)。     

高寒草甸植物群落中相似性、物种多样性与地上生物量的年际变异性

相似性似说通过物种构成的相似性来解释物种丧失是如何影响生物量的变异性的,但还没有得到检验。本研究通过设置在青藏高原东部地区的高寒草甸植物群落中的74个永久样方．采集3年(1999～2001)植物生长高峰期的群落数据,试图检验物种构成的相似性是如何解释物种多样性对地上生物量年际变异性的影响。结果表明：随着物种丰富度增加,生物量变异性降低;而随着均匀度的增加,生物量的变异性尽管在均匀度中等程度时似乎保持在同一水平,但总体上呈下降趋势;物种构成上的相似性解释了地上生物量变异性的大部分,而且随着物种构成上的相似性的增加,生物量的变异性降低;物种丰富度和均匀度均与物种构成上的相似性没有显著相关关系。这些结果表明：尽管生物多样性的丧失可能不必导致物种丰富群落中物种构成上的相似性,但相似性与地上生物量的变异性的因果联系可能是稳健的．由于本研究是在自然群落中进行的,对物种构成的相似性没有进行直接控制,因此,要深入理解相似性是如何影响生物多样性对生态系统功能变异性的效应的机制,可能还需要直接对物种构成的相似性进行控制的实验研究。     

放牧条件下高原鼠兔扰动对高寒草甸植物群落特征的影响

在高寒草甸生态系统中,大型草食动物放牧是重要的管理方式之一,对草地生物多样性起着关键的驱动作用。高原鼠兔是高寒草甸生态系统中生物多样性的重要组成成分,对生态系统的食物网结构以及其功能与稳定性起着关键作用。探明放牧条件下高原鼠兔扰动对高寒草甸的影响,对于高寒草甸建立合理的放牧提供理论依据,为鼠害的防治提供科学依据有一定的现实意义。2017年5—9月在青海省海北州祁连县矮嵩草草甸,以高原鼠兔为研究对象,通过小区控制研究放牧条件下高原鼠兔扰动对高寒草甸植物功能群植物特征的影响。结果显示高原鼠兔扰动降低了除杂类草以外的各植物功能群的高度;同时显著降低了禾本科、豆科功能群盖度及总盖度,而杂类草功能群的盖度有增加的趋势。另外,我们的结果也发现高原鼠兔扰动对各植物功能群生物量和重要值的影响不显著。该研究表明放牧条件下高原鼠兔扰动在一定程度上对杂草群落特征具有积极的作用,对其它功能群的群落特征具有抑制作用。     

Trophic interactions in the Zoige Alpine wetland on the eastern edge of the Qinghai–Tibetan Plateau inferred by stable isotopes

The Zoige wetland ecosystem of the eastern edge of the Qinghai–Tibetan Plateau is the largest plateau peat bog worldwide and an important biodiversity conservation centre in China. Nevertheless, limited information is available about this Alpine wetland aquatic ecosystem, including its food-web structure and complexity. In this study, we analysed the trophic interactions among dominant organisms in the food web of this Alpine wetland aquatic ecosystem and assessed the importance of allochthonous and autochthonous carbon sources during the wet season using δ¹³C and δ¹⁵N analysis. The results supported the hypothesis that the food web of the Zoige Alpine wetland is largely maintained by allochthonous carbon sources rather than autochthonous food sources during the wet season when the allochthonous resource availability is relatively high. The food web contains approximately three trophic levels, and Schizopygopsis pylzovi (a genus of cyprinid fish) is the top predator. Intermediate trophic positions, including zooplankton and macroinvertebrates, represent the primary animal community in the food web. The allochthonous carbon sources are transferred to the food web via these macroinvertebrates (e.g., Ecdyonurus sp. and Sigara substriata). Although our findings show a low biodiversity in the Zoige wetland during the wet season, the trophic redundancy in the food-web structure could support the stability of the Zoige Alpine wetland aquatic ecosystem.     

青藏高原东缘人工草地群落物种丰富度对杂草入侵的影响

物种丰富度和生态系统功能间的关系是近年来生物多样性研究的中心问题,其中群落抗杂草入侵是其功能的重要表现形式。本文利用青藏高原东缘地区3种野生优良牧草：垂穗披碱草(Elymus nutans)、中华羊茅(Festuca sinensis)和羊茅(F. ovina),构建人工草地群落,探讨了物种丰富度与杂草入侵能力间的相互关系及其潜在的作用机理。结果表明：随着群落中物种丰富度的增加,入侵杂草的物种数、秧苗数和生物量均表现为显著下降趋势(P＜0.05);杂草的物种数、秧苗数和生物量间存在极显著的正相关(P＜0.01);群落的物种丰富度与入侵杂草间的负相关关系可能是选择效应和补偿效应共同作用的结果;2004—2007年,群落中入侵杂草的物种数和生物量有增加趋势,而秧苗数的变化趋势不明显。     

春沼生态系统概述及其研究进展

小微湿地是全球最重要的淡水栖息地之一,其价值不仅在于单个小微湿地,而是由多种小微湿地构成的流域小微湿地网络,发挥着非常重要的淡水生物多样性保育功能。春沼作为自然界一种独特的临时性小微湿地类型,是流域小微湿地网络的重要组成部分,提供了多种生态服务功能。但迄今为止对于春沼生态系统,国内外相关研究较少,这类特殊而又重要的小微湿地生态系统尚未引起足够的重视。阐述了春沼的概念和形成原因,对春沼生态系统干湿交替的水文特征,以及物种组成、群落结构、生物多样性和群落动态等春沼生物群落特征进行了概述,探讨了春沼维持流域淡水生物多样性、提供物种生境、水文调节和均化洪水、净化水质和其他生态系统服务,在此基础上讨论了春沼生态系统研究存在的问题与不足,对该领域研究的未来发展方向给出了建议。     

青藏高原高寒草地植物物种丰富度及其与环境因子和生物量的关系

在青藏高原进行了大范围的群落调查 ,研究高原的两种主要草地群落类型———高寒草甸和高寒草原的植物物种丰富度及其变化。结果表明 :(1)在 5 0个样地 2 5 0个 1m× 1m的样方中 ,共出现 2 6 7种植物 ,其中高寒草甸179种 ,高寒草原 135种。在高寒草甸 ,1m2 样方内物种数最多为 32种 ,最少的仅为 3种 ;在高寒草原 ,物种数最多为 18种 /m2 ,最少的仅为 2种 /m2 。 (2 )物种丰富度随经度和纬度的增加呈增加趋势 ;随海拔的上升呈减少趋势。对物种丰富度与环境因子之间进行逐步回归 ,发现物种丰富度与生长季降水和温暖指数呈显著正相关。 (3)物种丰富度与地上生物量呈显著正相关。     

基于植物多样性特征的武汉市城市湖泊湿地植被分类保护和恢复

湿地植被多样性特征及其影响因素的调查分析是湿地植被保护与恢复策略制定的基础。借鉴生物多样性热点分析原理,在武汉市城市湖泊湿地植物多样性调查的基础上,研究了湖泊湿地的植被多样性特征,探讨了城市湖泊湿地植被分类保护与恢复对策。结果表明,武汉市湿地维管束植物的物种丰富度、植物多样性、优势度和均匀度指数在各湖泊间的变化趋势较为一致,但在空间变化幅度上存在一定差异。按照物种丰富度、多样性、优势度、均匀度、湿地植被群丛数目,以及典型湿地植物的物种所占比例、丰富度和优势度的差异,可将调查涉及的26个典型湖泊湿地分为原生植被湖泊、次生植被湖泊、人工植被湖泊和退化植被湖泊4类。原生植被湖泊应建立相对严格的湿地保护区,优先保护原有湿地植被。次生植被湖泊最多,城市发展区内的次生植被湖泊应建立30-100m的植被缓冲带,促进植被自然恢复和发育;而农业区的次生植被湖泊应引导和规范湖泊周围的农业生产模式,以减少人类活动干扰。人工植被湖泊应通过建立城市湿地公园,人工促进植被的近自然恢复。而退化植被湖泊则应尽快采用生态工程法促进湿地植被生境改善,并积极开展近自然湿地植被重建与恢复。     

Exploring the community phylogenetic structure along the slope aspect of subalpine meadows in the eastern Qinghai–Tibetan Plateau,China

Exploring the community assembly has been important for explaining the maintenance mechanisms of biodiversity and species coexistence, in that it is a central issue in community ecology. Here, we examined patterns of the community phylogenetic structure of the subalpine meadow plant community along the slope gradient in the Qinghai–Tibetan Plateau of China. We surveyed all species and constructed the phylogenetic tree of the plant community based on data from the Angiosperm Phylogeny Group III. We selected the net relative index (NRI) and evaluated the community phylogenetic structure along the five slope plants communities. We found that the phylogenetic structure varied from phylogenetic clustering to phylogenetic overdispersion with the slope aspect from north to south. In the north slope, the community phylogenetically cluster indicated that the limiting similarity played a leading role in the community assembly and the maintenance of biodiversity. Community phylogenetic overdispersion in the east, southeast, and south slopes indicated that habitat filtration was the driving force for community assembly. The NRI index of the northeast slope was close to zero, implying random dispersion. But it may be driven by the neutral process or limiting similarity, in that the community assembly process was the result of a combination of several ecological factors and thus required further study.     

西部高寒湿地系统的草地资源保护与优化利用模式研究

西部高寒湿地系统的草地资源保护与优化利用问题,是我国生态环境建设中倍受重视的科学问题。本研究以甘南的高寒湿地为研究对象,分析了高寒草地资源变化的时空分布特征及其在环境条件影响下的增长动态,采用生物控制论方法,组建了草地资源保护模型及草地放牧系统的最优控制模型。依据在甘南玛曲县高寒草地的调查结果,分别对其山地草原化草甸、山地典型草甸和沼泽草甸等草地资源的利用,建立了相应的保护指标。确定了该草地放牧系统的最优牧草资源水平和最优控制量,提出了草地资源优化利用的管理对策与措施,为草地放牧管理提供了优化模式和定量依据。